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MBR膜分离技术详析
浏览次数:168发布时间:2019-02-19 16:59:39 文章来源:
什么是MBR?近年来,膜分离行业中最为热门的技术MBR。所以今天就给大家分析MBR的技术原理。

1. MBR 的技术原理

MBR 工艺一般由膜分离组件和生物反应器组成,由膜组件代替二次沉淀池进行固液分离。由于膜能将全部的生物量截留在反应器内,可以获得长泥龄和高悬浮固体浓度,有利于生长缓慢的固氮菌和硝化菌的增殖,不需进行延时曝气就能实现同步硝化和反硝化,从而强化了活性污泥的硝化能力,膜分离还能维持较低的 F/M,使剩余污泥产率远小于活性污泥工艺,且系统运行更加灵活和稳定。

2. MBR 工艺中膜选择的技术要点

MBR 从膜分离的角度主要涉及微滤、超滤、纳滤及反渗透。由于无机膜的成本相对较高,目前几乎所有的膜技术都依赖于有机的高分子化合物。应用于MBR 的膜材料既要有良好的成膜性、热稳定性、化学稳定性,同时应具有较高的水通量和较好的抗污染能力。目前,国内外常采用的方法是膜材料改性或膜表面改性,能有效地提高膜组件的通量和抗污染能力。

另一点需要考虑的因素是膜的孔径,由于曝气池中活性污泥是由聚集的微生物颗粒构成,其中一部分污染物被微生物吸收或粘附在微生物絮体和胶质状的有机物质表面,尽管粒子的直径取决于污泥的浓度、 混合状态以及温度条件,这些粒子仍存在着一定的分布规律,考虑到活性污泥状态与水通量,最好选择0.10~0.40 微米孔径的膜。

二、MBR技术的优点

MBR 是膜分离技术与生物处理法的高效结合,其起源是用膜分离技术取代活性污泥法中的二沉池,进行固液分离。这种工艺不仅有效地达到了泥水分离的目的,而且具有污水三级处理传统工艺不可比拟的优点:

1、高效地进行固液分离,其分离效果远好于传统的沉淀池,出水水质良好,出水悬浮物和浊度接近于零,可直接回用,实现了污水资源化。

2、膜的高效截留作用,使微生物完全截留在生物反应器内,实现反应器水力停留时间 (HRT)和污泥龄 (SRT)的完全分离,运行控制灵活稳定。

3、由于 MBR 将传统污水处理的曝气池与二沉池合二为一,并取代了三级处理的全部工艺设施,因此可大幅减少占地面积,节省土建投资。

4、利于硝化细菌的截留和繁殖,系统硝化效率高。通过运行方式的改变亦可有脱氨和除磷功能。

5、由于泥龄可以非常长,从而大大提高难降解有机物的降解效率。

6、反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄下运行,剩余污泥产量极低,由于泥龄可无限长,理论上可实现零污泥排放。

7、系统实现 PLC控制,操作管理方便。

三、MBR处理工艺在设计和运行过程中存在的问题

1. 工艺设计

在常规的水处理工艺中,废水中的污染物约有 2/3 被转化为新生的生物量(污泥)。因为这些新生的生物量也是一种潜在的污染源,所以在传统的水处理工艺中污泥的分离过程与降解过程具有同样重要的地位。

在传统的处理工艺中, 污泥分离是以重力分离形式来实现的,因此反应器混合液污泥容积指数( SVI)在设计和运行控制过程中占有很重要的地位。

2. MBR系统的工艺配置

MBR系统可以省去活性污泥法中的初沉池。但是,进入到 MBR 反应器的固体颗粒会聚集在膜纤维之间。过量的积累将导致断丝的情况发生使整个系统的正常运行受到影响。因为目前膜分离组件的造价占整个工程投资的比例较大,所以在MBR系统的设计过程中应该对预处理单元进行合理的配置。

此外,MBR 处理工艺中污泥停留时间较长,随着运行时间延长污泥活性下降明显。污泥中的非活性物质在反应器中的积累不但对微生物的活性产生抑制使

污泥老化,而且这些非活性物质还会在膜表面沉积导致膜通量降低,给反应器的稳定运行带来麻烦。另外,从固液分离的角度而言,膜单元可以取代二沉池,但是它却很难实现剩余污泥分离这一功能。在传统活性污泥法中二沉池污泥含水率在 99.8%(相当于 20g/L),曝气池混合液污泥浓度在 2500~4500mg/L 之间。而MBR 混合液的污泥浓度在 6000~12000mg/L之间。另外,MBR混合液的沉降性能远不如活性污泥法中曝气池混合液的沉降性能好。目前,尚无一种现成的适合于处理 MBR剩余污泥的方法。

四、传统 MBR膜生物反应器与改进型 MBR 膜生物反应器

传统 MBR膜生物反应器分为分置式和一体式两种,在对普通的 MBR 膜生物反应器进行改进的基础上,改进型 MBR膜生物反应器的主要部件有 MBR 膜组件和生物反应器。

由导流板分成生物降解区和膜滤出水区两部分,由于导流板的作用,进入膜滤出水区的活性污泥浓度很低,在提高生物降解区污泥浓度的同时,大大减轻了膜污染,可明显延长膜的清洗周期。

生物降解区为复合式,即兼有固定培养 (生物膜 )和悬浮培养 (活性污泥 )生物反应器的特点,研究表明,相比单纯的活性污泥法 MBR和生物膜 MBR污水处理,复合式 MBR膜生物反应器的性能更佳。

微滤膜,孔径 0.05μm,直接悬挂于膜滤出水区。原污水经毛发过滤器过滤后,进入高位水箱,再经流量计进入生物降解区,有机物在这里被微生物分解,混合液经导流板进入膜滤出水区,在真空泵的抽吸作用下经膜过滤后进入出水槽,浓缩液可经底部连通管返回生物降解区,形成回流,底部采用曝气器曝气。

1. 与传统 MBR相比,改进型 MBR在结构上具有如下特点:

1) 与一体式 MBR相比,MBR膜组件相对独立于 MBR膜生物反应器,位于膜滤出水区,而一体式 MBR膜组件直接悬挂于 MBR膜生物反应器中,相同之处在于水均通过负压抽吸从膜单元外表进入中空纤维引出,底部曝气以减轻膜污染。

2) 与分置式 MBR相比,MBR膜组件与 MBR膜生物反应器之间无需泵和管线连接,相同之处在于 MBR 膜组件相对独立于生物反应器,MBR膜污染减轻。

2. 改进型 MBR膜生物反应器的主要优点是:

1) 较一体式 MBR膜污染大为减轻,而较分置式 MBR的结构紧凑,体积小,工作压力小,无水循环,节能;

2) 处理对象不同。一体式 MBR 和分置式 MBR 的膜组件处理的是生物反应器中经生物降解的完全混合液,而改进型 MBR 膜组件处理的是经导流板预澄清的料液,SS浓度降低,有利于在不增加能耗的情况下减轻膜污染。除生物降解区外,膜滤出水区也需少量曝气 (前者是为微生物提供好氧环境,后者是为了减轻膜污染 ),因此该设备的具体能耗需进一步的试验研究。

这就是基于膜分离技术和生物膜法相结合的MBR。结合了两者的特点,使之可以用更高的效率来分离物质,同是也扩大了应用领域