浸沒式膜生物反應(yīng)器(MBR)的最早研究可以追溯到上世紀60年代末期的美國。1969年Smith等報道采用超濾膜來替代傳統(tǒng)活性污泥工藝中的二沉池,用于處理城市污水。70年代末期,日本由于污水再生利用的需要,膜生物反應(yīng)器(MBR)的研究工作有了較快的進展。自1983年到1987年日本有13家公司使用好氧膜生物反應(yīng)器(MBR)處理大樓污水,處理水作為中水回用。從80年代后期到90年代初,Zenon公司繼續(xù)Dorr-Oliver公司的早期研究,以開發(fā)用于處理工業(yè)廢水的系統(tǒng)并獲得了成功。Zenon公司的商業(yè)化產(chǎn)品,ZenoGem于1982年投入使用。
KY-MBR再生水處理設(shè)備工藝流程與傳統(tǒng)技術(shù)比較圖1
我國對浸沒式膜生物反應(yīng)器(MBR)的研究始于上世紀90年代初。最早開始研究的有清華大學、中科院生態(tài)環(huán)境中心、天津大學、同濟大學等。近年,由于該項技術(shù)所具有的巨大吸引力和潛在的應(yīng)用前景,受到了更多研究者的青睞。
浸沒式膜生物反應(yīng)器(MBR)作為目前污水生化處理的核心技術(shù),起到保障出水水質(zhì)的末端工藝,其核心膜組件型式多種,但從技術(shù)原理來講,萬變不離其中,今天小編就帶你系統(tǒng)了解下其原理是怎么回事,讓你對各種膜組件、配置有一個系統(tǒng)認識。
浸沒式膜生物反應(yīng)器原理
浸沒式膜生物反應(yīng)器(MBR)是膜分離技術(shù)和生物技術(shù)的有機結(jié)合。用超濾或微濾膜分離技術(shù)取代傳統(tǒng)的活性污泥法的二沉池和常規(guī)過濾單元,使水力停留時間(HRT)和泥齡(STR)完全分離。其高效的固液分離能力使出水水質(zhì)良好,懸浮物和濁度接近于零,并可截留大腸桿菌等生物性污染物,處理后出水可直接回用,出水水質(zhì)要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)污水處理工藝,是一種高效、經(jīng)濟的污水資源化技術(shù)。
KY-MBR再生水處理設(shè)備工藝流程與傳統(tǒng)技術(shù)比較圖2
MBR污水處理中水回用技術(shù)工藝膜分離單元的特點
浸沒式膜生物反應(yīng)器(MBR)中膜分離單元-濾膜的選擇基于三點:1.可有效的分離活性污泥;2.運行成本最低;3.抗污染能力強。通過對國內(nèi)外膜生物反應(yīng)器技術(shù)的研究,目前國內(nèi)外使用的膜生物反應(yīng)器大部分濾膜孔徑基本集中在0.05-0.4μm之間,基本介于超濾、微濾膜臨界點附近。在如上孔徑范圍基本上實現(xiàn)了對活性污泥的有效截留,同時確保其運行能耗最低。再大或者再小的空間將不太適應(yīng)于膜生物反應(yīng)器技術(shù)。
微濾膜(MF)
截留顆粒直徑0.1 到數(shù)微米之間。微濾膜允許大分子和溶解性固體(無機鹽)等通過,但會截留懸浮物、細菌及大分子量膠體等物質(zhì)。微濾操作壓力一般在0.01~0.2MPa之間。
超濾膜(UF)
截留顆粒直徑0.002~0.1μm 之間。超濾允許小分子物質(zhì)和溶解性固體(無機鹽)等通過,同時截留下膠體、蛋白質(zhì)、微生物及大分子有機物,用于表示超濾膜孔徑大小的切割分子量一般在1,000~500,000 之間。超濾操作壓力一般在0.05~0.6MPa 之間。
珂沅環(huán)保MBR污水處理技術(shù)與傳統(tǒng)工藝占地面積對比圖
MBR膜組件型式
中空纖維膜原理及型式
篩分過程,浸沒式膜生物反應(yīng)器(MBR)操作壓力一般在0-70kPa,混合液在靜壓差或自吸泵的作用下,透過纖維素或高分子材料制成的微孔濾膜,利用其均一孔徑,來截留水中的微粒、細菌等,使其不能通過濾膜而被去除。
平板膜原理和形式
篩分過程,膜生物反應(yīng)器(MBR)操作壓力0-35KPa,混合液在靜壓差或自吸泵的作用下,透過纖維素或高分子材料制成的微孔濾膜,利用其均一孔徑,來截留水中的微粒、細菌等,使其不能通過濾膜而被去除。
平板膜
平板膜組件形式
MBR膜生物反應(yīng)器作為一種新型高效的污水處理技術(shù),已成為城市污水和工業(yè)廢水處理及回用技術(shù)的最佳選擇,并被視為“21世紀污水處理最佳實用技術(shù)”,其核心部件為膜組件。
單片式平板膜組件
平板膜-膜生物反應(yīng)器工藝路線
浸沒式膜生物反應(yīng)器MBR的主要特點
膜生物反應(yīng)器(Membrane Bio-Reactor,MBR)是一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)臺的新型水處理技術(shù),以膜組件取代二沉池,在生物反應(yīng)器中保持高活性污泥濃度減少污水處理設(shè)施占地,并通過保持低污泥負荷減少污泥量。與傳統(tǒng)的生化水處理技術(shù)相比,MBR 具有以下主要優(yōu)點:
1)能夠有效地進行固液分離,分離效果遠好于傳統(tǒng)的沉淀池,出水水質(zhì)良好,出水懸浮物和濁度接近于零,可直接回用,實現(xiàn)了污水資源化;
2)膜的高效攔截作用使微生物完全截流在反應(yīng)器內(nèi),實現(xiàn)了反應(yīng)器水力停留時間(HRT)和污泥齡(SRT)的完全分離,使運行控制更加靈活穩(wěn)定;
3)反應(yīng)器內(nèi)的微生物濃度高,耐沖擊負荷能力強;
4)有利于增殖緩慢的硝化細菌的截流、生長和繁殖,系統(tǒng)硝化效率得以提高,具有一定的脫氮、除磷功能,優(yōu)于傳統(tǒng)的生物處理單元;
5)污泥齡長。膜分離使污水中的大分子難降解成分,在體積有限的生物反應(yīng)器內(nèi)有足夠的停留時間,大大提高了難降解有機物的降解效率。反應(yīng)器在高容積負荷、低污泥負荷、長泥齡下運行,可以實現(xiàn)基本無剩余污泥排放;
6)省去二次沉淀池,節(jié)省占地;
7)系統(tǒng)采用PLC 控制,可實現(xiàn)全自動化控制。
KY-MBR一體化膜生物反應(yīng)器中水回用工程照片 KY-MBR一體化膜生物反應(yīng)器中水回用工程照片
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MBR預(yù)處理設(shè)施選擇的原則
MBR工藝保護膜的預(yù)處理設(shè)施:超細格柵(0.2~2mm)超細格柵選擇原則:1.設(shè)在沉砂池之后;2.選用Mesh或Hole狀轉(zhuǎn)鼓格柵;3.平板膜1~2mm;
MBR工藝保護膜的預(yù)處理
多數(shù)膜工程商:進水油脂<50mg/L,礦物油<3mg/L 。
KY-MBR一體化膜生物反應(yīng)器中水回用工程照片 KY-MBR一體化膜生物反應(yīng)器中水回用工程照片
預(yù)處理的重要性
1.沒有預(yù)處理,對MBR是不可想象;
2.預(yù)處理的作用:既要防止膜污染,又要保證生物體系的正常運行;
3.根據(jù)原水的特點,選擇適當?shù)念A(yù)處理措施;
4.預(yù)處理不當:格柵過粗、絮凝不充分(PAM)等高分子之間易吸附,加強膜污染。
MBR技術(shù)設(shè)計關(guān)鍵點
MBR構(gòu)型選擇與膜組件形式
a.污泥濃度<10g/L;
b.膜組件排布時,需要考慮維護管理的便利性;
c.通量:工業(yè)廢水處理時,提供一般1/2生活污水通量,但實際選擇時,需要結(jié)合具體的廢水類型和水質(zhì)特征進行具體分析。
運行費用與能耗
a.運行費用是工程設(shè)計中需要特別考慮的。
b.MBR的運行費用:
(1) 水泵的性能:與膜組件和TMP有關(guān);(2)曝氣:膜曝氣,一般采用大氣泡曝氣;
生物曝氣,一般采用微氣泡曝氣
注:小型MBR,生物曝氣和膜曝氣可以合并,采用大氣泡方式,保證對膜組件的沖刷,但能耗稍高。
中型、大型MBR,需分開設(shè)置,既保證對膜組件的沖刷作用,又可以降低能耗。③過量的膜曝氣,會造成膜壽命下降和膜組件損傷。
膜的清洗:所在比例很;
膜的更換:與膜材質(zhì)、膜廠家技術(shù)水平、維護好壞等有關(guān)。
風機與曝氣管
a.為保護膜,宜采用無油壓縮風機。
b.由于工業(yè)廢水沖擊負荷的問題,需要足夠的溶解氧即需要有足夠的風
機富余量。
c.曝氣管容易堵塞,需要設(shè)置清洗設(shè)備。設(shè)計管路時,應(yīng)防止清洗水流
入風機。鼓風機管路應(yīng)高于水面,防止清洗水流入風機。
10、自控方式與監(jiān)測
a.通常情況下采用PLC控制,配置必要的電/氣動閥門,自動運行。
b.自動閥門應(yīng)帶有信號反饋,以確定是否開關(guān)到位。
c.設(shè)計監(jiān)測指標:TMP、水質(zhì)、濁度等。
11、臭味、噪音和濕度問題
a.由于曝氣量較大,MBR車間的臭味、噪音和濕度都較大。
b.臭味:根據(jù)需要,反應(yīng)池頂部加蓋,做成密閉方式,用離心鼓風機將臭氣抽取到臭味去除裝置中。
c.噪音:采用隔音罩,或者選擇低噪音風機。
d.濕度:根據(jù)需要,增加除濕器或者加強通風。
e.溫度:不能超過40~45度。
色度問題與去除
a. 目前的MBR均采用超濾/微濾膜,對色度的截留效果較低。
b. 原水中的色度:進行預(yù)處理,加入混凝劑或脫色劑,預(yù)先把色度降低到一個合理的范圍,然后進入MBR,通過生物降解作用繼續(xù)脫色。
c. 膜出水有時會有色度?刹捎贸粞酢⒒钚蕴康确绞嚼^續(xù)脫色。
后期運行維護的便利性
a.考慮膜組件清洗的便利性;
b.考慮膜組件更換的便利性;
c.操作人員日常維護、日常檢修等.
KY-MBR一體化膜生物反應(yīng)器中水回用工程照片 KY-MBR一體化膜生物反應(yīng)器中水回用工程照
常規(guī)MBR 污水處理工藝說明:
(1)格柵
污廢水通過格柵,利用機械格柵去除大塊雜物、漂浮物等,避免對后續(xù)設(shè)備的影響。在格柵井內(nèi)安裝一套機械格柵,柵條間隙為1-2mm,由進水室、格柵渠道組成。在格柵進水室設(shè)置應(yīng)急溢流管,當設(shè)備故障或其他非常原因,使進水室的污水超過最高設(shè)定水位時,污水通過應(yīng)急溢流管超越排出,為檢修,在格柵前設(shè)置圓形閘閥。柵渣需定期清理,可作垃圾處理。
(2)調(diào)節(jié)池
由于來自各時的水質(zhì)、水量均不一樣,一般高峰流量為平均處理量的2~8倍,因此為使處理系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定地運行,同時調(diào)節(jié)水量和均和水質(zhì),設(shè)計一座調(diào)節(jié)池。調(diào)節(jié)池的設(shè)計有效容積一般為平均處理量的4~12倍,為保證調(diào)節(jié)池內(nèi)不沉積污物,設(shè)置潛水攪拌器進行攪拌。設(shè)置液位自動控制裝置,水泵將根據(jù)液位自動開啟;設(shè)置潛污泵提升污水至缺氧池,配套自動耦合起吊裝置。
(3)缺氧池
污水進入缺氧池,同時進入的還有膜池的回流混合液和污泥池的污泥。缺氧池主要作用是依靠污水中的有機物為碳源,利用反硝化細菌的反硝化作用將回流至該池泥水混合物中的硝酸鹽、亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮氣,從而實現(xiàn)廢水脫氮。此外,由于在脫氮過程中也消耗了污水中的有機物,所以廢水COD同時降低。池內(nèi)設(shè)潛水攪拌器,溶解氧濃度為0.5mg/L。
(4)好氧池
污水經(jīng)缺氧池處理后,自流進入好氧池,即進入好氧處理階段。在曝氣狀態(tài)下中大量繁殖的活性污泥中微生物以及硝化菌群、磷細菌,降解或吸附水中含碳、氨氮、磷有機污染物質(zhì),以達到凈化水質(zhì)的目的。池內(nèi)設(shè)置硅橡膠管式曝氣器,具有良好的氧轉(zhuǎn)移率?刂迫芙庋鯘舛2.0mg/L。
好氧池采用鼓風曝氣方式。傳統(tǒng)地埋式常用潛流曝氣方式,但運行發(fā)現(xiàn)當停止曝氣時,污泥沉淀至曝氣口附近而造成曝氣口堵塞現(xiàn)象,使曝氣機難以啟動,甚至完全不能啟動;同時,由于潛流曝氣設(shè)備埋設(shè)于地下,造成維修更換困難,給正常運行造成很大的麻煩。所以本設(shè)計采用羅茨鼓風機進行鼓風曝氣,安裝由管道組成的曝氣系統(tǒng),不易堵塞,風機設(shè)在設(shè)備房,維修更換方便。
(5)MBR池
利用膜對生化反應(yīng)池內(nèi)的含泥污水進行過濾,實現(xiàn)泥水分離。一方面,膜截留了反應(yīng)池中的微生物,使池中的活性污泥濃度大增加,使降解污水的生化反應(yīng)進行得更迅速更徹底;另一方面,由于膜的高過濾精度,保證了出水清澈透明,得到高質(zhì)量的產(chǎn)水。
膜池設(shè)置MBR膜組件系統(tǒng)及配套的出水、清洗、吹掃等系統(tǒng)。MBR膜區(qū)內(nèi)的吹掃(曝氣)有兩個用途,一是用于膜組件周圍的氣水振蕩,保持膜表面清潔,二是為提供生物降解所需要的氧氣。通過膜的高效截留作用,全部細菌及懸浮物均被截流在曝氣池中,可以有效截留硝化菌,使硝化反應(yīng)順利進行,有效去除氨氮;同時可以截留難于降解的大分子有機物,延長其在反應(yīng)器中的停留時間,使之得到最大限度的降解。剩余污泥通過膜區(qū)剩余污泥泵定期排出,可控制系統(tǒng)內(nèi)活性污泥的濃度及污泥齡。
(6)消毒/清水池
經(jīng)膜過濾的出水尚有一部分病毒不能被去除,出水再經(jīng)消毒即可達標回用?刹捎米贤庀荆竞蟮乃畠Υ嬖谇逅貎(nèi)供使用,預(yù)留取水泵位置。
MBR 系統(tǒng)實現(xiàn)從水中去除有機物(COD)、氨氮(NH3-H)、總氮(TN)和總磷(TP)。用戶可根據(jù)出水要求,組合厭氧、缺氧、好氧工藝,實現(xiàn)對出水的要求。
注:對于各種廢水(尤其是工業(yè)廢水)都應(yīng)該做好MBR 工藝的預(yù)處理,使得MBR 長期穩(wěn)定高效運行。
KY-MBR再生水處理設(shè)備工程業(yè)績照片
MBR膜組件自旋回流模式
膜組件在生物反應(yīng)池中需要利用膜組件下部的曝氣作用在膜組件內(nèi)外形成自旋回流(如圖3-2 所示)。
自旋回流的作用:
1) 提供混合液微生物提供充足溶解氧;
2) 充分混合泥水;
3) 減緩或防止膜污染(由于氣泡的攪動及氣流在膜表面形成的循環(huán)流對膜表面有沖刷和剪切作用,可有效防止或減輕污染物在膜表面的附著和沉積)。
膜組件選型
1)膜元件用量計算
n(張)=Qmax/(F·A)
Qmax:日最大污水量(m3/d);考慮下雨、洪水等情況的最大日污水量。
F: 膜通量[L/( m2·d)];
A :每張膜元件的有效膜面積(m2/張)。
參考值:
1.生活污水設(shè)計膜通量范圍:400~800L/(m2·d);(中空、平板適用范圍)
2.工業(yè)廢水設(shè)計膜通量范圍:100~400L/(m2·d)。工業(yè)廢水的場合最好通過試驗確認膜通量最佳值.(中空、平板適用范圍)
膜池活性污泥循環(huán)方式
如果采用好氧池+膜池或脫氮池+膜池的運行方式,為了保證均衡的污泥濃度和脫氮效果,需要進行活性污泥(MLSS)循環(huán)。
污水處理站地上可以停車 污水處理站自控
設(shè)計水量
設(shè)計流量的確定是污水處理廠設(shè)計最基本的問題,是污水處理系統(tǒng)設(shè)計、工藝設(shè)備選型的基礎(chǔ)。
a.傳統(tǒng)的生物處理工藝:污水處理廠規(guī)模Qd是指平均日污水量,污水處理的生物處理系統(tǒng)多數(shù)也是按照Qd設(shè)計。生物處理系統(tǒng)是利用微生物吸附、水解或氧化水中有機物的設(shè)施,具有很強的緩沖能力。
b.MBR工藝:通常采取恒流出水模式,決定了膜通量和膜數(shù)量的選擇。污水處理廠的設(shè)計流量與運行流量要保持一致。
多數(shù)膜供應(yīng)商:設(shè)定(1.2-1.3)Qd的水量沖擊負荷。
如果出現(xiàn)長時間的污水量沖擊負荷,對系統(tǒng)運行膜而言,需以更大的膜通量運行才能保證系統(tǒng)進、出水平衡,顯然這樣高通量運行勢必會造成嚴重的膜污染,影響MBR系統(tǒng)的正常運行。如發(fā)生長時間污水量的沖擊,需采取一定的措施來分流超過設(shè)計流量的峰值負荷,引向污水處理廠中其他非MBR工藝的處理系統(tǒng)或其他市政污水處理廠。
MBR預(yù)處理-格柵過濾發(fā)展認識
MBR工藝保護膜的預(yù)處理設(shè)施:超細格柵(0.5-2mm)
運行經(jīng)驗和調(diào)查表明:
(1)頭發(fā)和纖維狀物質(zhì)是中空纖維膜纏繞性污染的主要因子;
(2)中空纖維膜對預(yù)處理的要求高于平板膜;
(3)Mesh和Hole使用效果優(yōu)于Slit,但反沖洗要求較高;
(4)大型MBR選用的超細格柵間隙越來越小;
對超細格柵的認識,在認知上選得越來越重要。
無論使用何種濾膜,良好的預(yù)處理以及有效的管理是膜生物反應(yīng)器能否可靠運行的關(guān)鍵。
對膜的選型必須考慮客戶具備的預(yù)處理環(huán)境,以及操作能力,綜合分析選用何種類型的濾膜,而不能單一從投資角度思考。
膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)設(shè)計計算書(以平板膜-膜生物反應(yīng)器為案例)
設(shè)計參數(shù)
(1)處理對象:生活污水
(2)處理規(guī)模:200m3/d
(3)進出水水質(zhì):
項 目 |
進水水質(zhì)(mg/L) |
出水水質(zhì)(mg/L) |
去除率(%) |
CODcr |
350 |
≦50 |
85.7 |
BOD5 |
200 |
≦10 |
95 |
T-N |
50 |
≦15 |
70 |
SS |
180 |
≦5 |
97.2 |
PH |
6~9 |
6~9 |
- |
T-P |
3 |
≦0.5 |
83.3% |
KY-MBR醫(yī)院廢水處理設(shè)備適合用于1-500m3/d中小型規(guī)模的醫(yī)院廢水處理和回用
處理工藝:缺氧+MBR工藝
構(gòu)筑物容積設(shè)計計算
(1)調(diào)節(jié)池
無特殊參數(shù)設(shè)定,一般按照平均小時處理量的4-12倍設(shè)計,有效停留時間4-12h。
流量調(diào)節(jié)比:
K=膜片數(shù)量(片)×膜面積(1.0或1.5m2)×0.4m3/(m2.d)÷Q m3.d=330×1.5×0.4÷200=0.99
計算式:
V=(Q/T-KQ/24)T=(200/12-0.99×200/24)×12=100.92 m3
實際尺寸:8.0×5.0×4.5m 實際有效容積:100m3
(2)脫氮池
氮容積負荷定為0.2 kg-N/(m3・d)以下。
流入水含氮量
200.0 m3/d×0.035kg-N/m3=7.0 kg/d
需要容量
7.0 kg/d÷0.2 kg-N/(m3・d)=35.0 m3以上
實際尺寸: 5.0m×2.0m×4.5m (實際有效容積40m3)
(3) 硝化池
氮容積負荷定為0.25 kg-N/(m3・d)以下。
流入水含氮量
200.0 m3/d×0.05kg-N/m3=10.0 kg/d
需要容量
10.0 kg/d÷0.25 kg-N/(m3・d)=40.0 m3以上
實際尺寸:5.0m×2.0m×4.5m(實際容量40m3)
※ 以上尺寸應(yīng)該為考慮到了膜組件的設(shè)置面積后的容量。
(4) 消毒池
日平均汚水量的15分鐘量以上
0.14 m3/min×15 min=2.1 m3以上
實際尺寸: 1.0m×1.5m×4.5m(實際有效容積6 m3)
(5) 排放池
日平均汚水量的15分鐘量以上
0.14 m3/min×15 min=2.1 m3以上
實際尺寸: 1.0m×1.5m×4.5m(實際有效容積6m3)
(6) 殘渣・汚泥儲存池
剩余汚泥量:(汚泥濃度設(shè)為2.0%,BOD的汚泥轉(zhuǎn)換率設(shè)為45%)
200.0 m3/d×0.2kg-BOD/m3×0.45=18.0 kg/d
18.0 kg/d÷20kg/m3=0.9m3/d
殘渣量:(殘渣濃度50 000 mg/L,每流入1kg BOD為0.05kg)
200.0 m3/d×0.2kg-BOD/m3×0.05kg/kg=2.0 kg/d
2.0 kg/d÷50kg/m3=0.04m3/d
存貯量設(shè)為14天的量。 (0.9 m3/d+0.04 m3/d)×14d=13.2 m3以上
陜西珂沅環(huán)保工程有限公司技術(shù)部整理供稿