不同MBR膜工藝處理高濃度污水的效果分析

寧愛民

摘要：膜生物反應(yīng)器（Membrane bio-reactor，MBR）具有污泥齡長、運(yùn)行穩(wěn)定、水力剪切力大、F/M值較小等特點(diǎn)，其微生物群落結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)活性污泥有很大不同。MBR可憑借其優(yōu)良的微生物菌體截留能力，實(shí)現(xiàn)多種難降解有機(jī)物的有效去除。通過現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)和MBR膜的運(yùn)行狀況分析，積累了較好的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。MBR膜需要不斷優(yōu)化膜的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不斷優(yōu)化實(shí)際運(yùn)行狀況，以延長MBR膜的運(yùn)行周期，最大限度地發(fā)揮MBR微濾膜的良好污水處理效果。

關(guān)鍵詞：MBR；運(yùn)行周期；膜工藝；高濃度污水；效果分析

近年來，隨著污水深度處理和回用技術(shù)的發(fā)展，膜法深度處理污水回用的課題已成為人們探索的熱點(diǎn)。MBR作為高科技領(lǐng)域中的一個(gè)新興技術(shù)，在污水回用領(lǐng)域，以其高效除濁和脫鹽能力的有機(jī)結(jié)合，具有自動(dòng)化程度高、適用范圍廣的優(yōu)勢(shì)，正逐漸得以推廣應(yīng)用。本文通過對(duì)不同膜材質(zhì)的應(yīng)用實(shí)踐，探討在高濃度污水處理方面由于膜材料不同產(chǎn)生的不同膜污染和膜清洗等問題，為膜處理技術(shù)在水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用提供借鑒。

1污水水質(zhì)及MBR膜工藝

1.1MBR工藝流程

現(xiàn)場(chǎng)MBR處理工藝是在原兩級(jí)生化處理的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改造。利用原一級(jí)曝氣池中的兩個(gè)活性污泥池改造作為MBR進(jìn)水的調(diào)節(jié)緩沖池和MBR的反應(yīng)池，形成缺氧區(qū)、好氧區(qū)及膜反應(yīng)區(qū)，成為一套包括缺氧工藝、好氧處理工藝與膜處理工藝相結(jié)合的膜生物反應(yīng)器（MBR）污水處理工藝。處理后的水經(jīng)MBR微濾膜由集水管匯集排出，回用到循環(huán)水系統(tǒng)作為系統(tǒng)補(bǔ)水。

1.2污水水質(zhì)情況

污水處理場(chǎng)的來水主要是PTA、PET裝置的高濃度污水，特點(diǎn)是廢水成分復(fù)雜、污染物濃度高，無機(jī)物和有機(jī)物含量均較高，含有醛類、氰類、苯類等有毒物質(zhì)，水質(zhì)水量波動(dòng)大（見表1），COD在1000～100000mg/L之間，廢水可生化性一般較差，B/C一般小于0.25。

經(jīng)二級(jí)生化處理后，COD降解90%、TA降解96%以上，二級(jí)沉淀池出水即MBR進(jìn)水水質(zhì)比較平穩(wěn)（見表2），可保證MBR系統(tǒng)運(yùn)行在污泥濃度較低的狀況，有效防止膜污染。MBR系統(tǒng)進(jìn)水為二沉出水，進(jìn)水量約為170t/h，進(jìn)水COD在300～500mg/L，出水COD可降30～50mg/L，污泥濃度基本維持在6000～8000mg/L，滿足污水回用于循環(huán)冷卻補(bǔ)充水標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了回用。

2試驗(yàn)?zāi)そM的情況

由于污水的水質(zhì)特點(diǎn)，污染物含量較高，COD難降解，MBR膜自投用以來，先后出現(xiàn)了膜絲表面結(jié)垢、斷絲、通量下降等膜污染問題。為了MBR膜的長期穩(wěn)定運(yùn)行，開展了現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化試驗(yàn)。通過與膜生產(chǎn)廠家的技術(shù)交流、膜組造型、膜材質(zhì)等方面的篩選，先后選擇了5種膜廠家的MBR膜進(jìn)行對(duì)比研究，并從膜絲性能檢測(cè)、污染分析、膜力學(xué)性能比對(duì)和膜產(chǎn)水等進(jìn)行了應(yīng)用分析。

3不同膜組的實(shí)際運(yùn)行情況

3.1膜組的產(chǎn)水閥與跨膜壓差

開始試驗(yàn)后，崗位職工定期巡檢，記錄試驗(yàn)?zāi)そM產(chǎn)水調(diào)節(jié)閥開度、產(chǎn)水量和跨膜壓差，共記錄了600余組數(shù)據(jù)。各膜組經(jīng)過近1年的連續(xù)運(yùn)行，除2#膜組由PE更換為PVDF外，均未出現(xiàn)較大的斷絲和結(jié)垢現(xiàn)象，情況基本穩(wěn)定，產(chǎn)水水質(zhì)滿足回用指標(biāo)要求。各組MBR膜均在產(chǎn)水量方面基本保持設(shè)計(jì)指標(biāo)，產(chǎn)水閥開度和真空度上略有差異。

3.2各組膜的運(yùn)行狀況

a）1#膜。采水樣肉眼可明顯看到少量的懸浮物。2月8號(hào)運(yùn)行出現(xiàn)異常，膜產(chǎn)水閥門開度100%，產(chǎn)水下降、壓差上升到0.04MPa?，F(xiàn)場(chǎng)組織了化學(xué)離線清洗，3月3號(hào)重新投用。試驗(yàn)期間連續(xù)運(yùn)行163d后，膜絲出現(xiàn)抽癟現(xiàn)象和少量斷絲，真空度有緩慢上升的趨勢(shì)。

b）2#膜。15：00投用第一批PE材質(zhì)的膜組，17：00時(shí)就出現(xiàn)產(chǎn)水閥100%，產(chǎn)水量下降至5m3/h?，F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了化學(xué)清洗，但狀況仍不好。3個(gè)月后投用了廠家提供的第二批PVDF材質(zhì)的新膜組，運(yùn)行正常。試驗(yàn)期間連續(xù)運(yùn)行103d后，膜絲出現(xiàn)灰白色斑點(diǎn)。

c）3#膜。投用后運(yùn)行較平穩(wěn)。試驗(yàn)期間連續(xù)運(yùn)行213d后，真空度有上漲的趨勢(shì)，但變化緩慢。膜絲出現(xiàn)積泥現(xiàn)象較多，有軟化現(xiàn)象。

d）4#膜。投用后運(yùn)行較平穩(wěn)。試驗(yàn)期間連續(xù)運(yùn)行220d，閥門開度、運(yùn)行壓力均無大幅度變化，產(chǎn)水量在后期稍有波動(dòng)，膜絲出現(xiàn)褐色斑點(diǎn)現(xiàn)象，化學(xué)清洗無法去除。

e）5#膜。第5種膜與其他的同類產(chǎn)品不同。該產(chǎn)品設(shè)計(jì)為獨(dú)特的單頭封裝固定海藻式結(jié)構(gòu)，且膜材料內(nèi)帶有加強(qiáng)筋的支撐層。膜系統(tǒng)采用配套的產(chǎn)水、反洗、化學(xué)清洗和自控系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行。投用后運(yùn)行平穩(wěn)，過程中采用自動(dòng)產(chǎn)水、反洗與化學(xué)清洗相結(jié)合的運(yùn)行措施。試驗(yàn)期間連續(xù)運(yùn)行240d后，膜具有較強(qiáng)的抗污染能力，能量沒有衰減，真空度保持較好。

3.3膜運(yùn)行狀況討論

經(jīng)過近一年的運(yùn)行情況比對(duì)，不論是從膜的運(yùn)行情況還是膜出水水質(zhì)來看，MBR膜具有較好的處理效果，運(yùn)行穩(wěn)定，產(chǎn)水水質(zhì)可達(dá)到中水回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)期目標(biāo)。各組膜因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)、材質(zhì)、清洗周期等的不同也出現(xiàn)了膜結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、親水性、通量等主要性能指標(biāo)的變化。從膜材質(zhì)方面分析來看，PE膜絲通量明顯小于PVDF膜絲，造成膜阻力很大，約是PVDF膜的10～20倍。這主要是因?yàn)樵囼?yàn)所用的PE材質(zhì)表面具有一定的疏水性，而PVDF膜絲靜態(tài)接觸角均小于90°，有一定的潤濕性，親水性較強(qiáng)。膜絲性狀方面分析來看，1#膜絲最薄，橫向抗壓能力弱，膜絲被吸癟后產(chǎn)水量急劇下降。2#膜絲更換的PVDF膜表面出現(xiàn)白色斑點(diǎn)，發(fā)生膜結(jié)構(gòu)變化。3#膜絲最細(xì)，兩端積泥較多，表觀未發(fā)現(xiàn)異樣。4#膜絲壁較厚，表面出現(xiàn)褐色斑點(diǎn)，無法化學(xué)清洗干凈，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變化。5#膜絲最粗，表面未發(fā)現(xiàn)異常。5#膜絲的通量最大，是其他膜組的2～3倍，而且跨膜壓差最小，約為0.01MPa，僅為其他膜組的1/4?？刮鄱虑闆r分析來看，由于5#膜設(shè)計(jì)上不同于其他兩端固定的膜組，利用海藻式單端固定的框架結(jié)構(gòu)，膜絲運(yùn)行狀況好于其他膜組，基本上沒有斷絲，凈產(chǎn)水通量能穩(wěn)定在15.6m3/h。

4結(jié)論與建議

在膜的使用中要慎重考慮的問題很多，需要全面掌握污水成分和膜運(yùn)行狀態(tài)變化，查找敏感影響因素。通過現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)和MBR膜的運(yùn)行狀況分析，積累了較好的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。MBR膜需要不斷優(yōu)化膜的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不斷優(yōu)化實(shí)際運(yùn)行狀況，以延長MBR膜的運(yùn)行周期，最大限度地發(fā)揮MBR微濾膜的良好污水處理效果。

（作者單位：勝利石化總廠）