2017年初MBR膜處理系統(tǒng)處理量降低，其中7個(gè)膜池的MBR膜透膜壓差TMP上漲速度加快，2月份中旬發(fā)現(xiàn)有部分膜池產(chǎn)水濁度上升，經(jīng)過排查部分膜堆發(fā)生泄漏，本次對這7個(gè)膜池36組膜堆進(jìn)行檢修，主要查找膜片漏點(diǎn)、清理膜片間泥餅，并更換損壞膜片，分析MBR膜損壞、結(jié)垢、透膜膜壓差高，膜片結(jié)垢原因，并針對上述問題優(yōu)化操作，列出相應(yīng)防范措施。目前我們采用的膜堆是進(jìn)口浸沒式平板MBR膜組件，膜材質(zhì)為聚偏氟乙烯(PVDF)+無紡布(PET)，每片膜的有效面積為1.4平米，每個(gè)膜堆由100片MBR膜組成，目前膜堆到了廠家協(xié)議的5年使用壽命，部分膜堆的膜片已經(jīng)開始損壞，根據(jù)MBR膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)特點(diǎn)、運(yùn)行工藝，對現(xiàn)有膜堆運(yùn)行情況進(jìn)行了分析，同時(shí)在現(xiàn)有的工藝條件下對國產(chǎn)MBR膜進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。
1、MBR膜介紹與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
(1)MBR膜系統(tǒng)膜形式及材質(zhì)介紹，目前的MBR膜系統(tǒng)由多個(gè)單元組成，每個(gè)單元由若干個(gè)膜組件組成，每個(gè)膜組件按照上下兩層分布，每100片膜組成一個(gè)膜組件，每片膜膜面積1.4㎡，運(yùn)行方式采用過濾+松歇的方式運(yùn)行，標(biāo)稱孔徑0.08微米，膜片材質(zhì)：聚偏氟乙烯(PVDF)+PET無紡布，膜組件底部為曝氣管，產(chǎn)水側(cè)利用自吸泵抽吸出水，池內(nèi)污泥定期循環(huán)。
(2)我公司采用的MBR膜為固液分離型膜，通常人們所指的膜生物反應(yīng)器僅包括固液分離膜生物反應(yīng)器。按膜組件和生物反應(yīng)器的相對位置，固液分離MBR膜又可以分為浸沒式膜生物反應(yīng)器和外置式膜生物反應(yīng)器。膜-生物反應(yīng)器(MembraneBioreactor,MBR)技術(shù),是一種新型高效的污水處理工藝，它是用膜組件代替?zhèn)鹘y(tǒng)活性污泥法中的二沉池，大大的提高了系統(tǒng)固液分離的能力。MBR技術(shù)是膜分離技術(shù)與生物技術(shù)有機(jī)結(jié)合的新型廢水處理技術(shù)。它是利用膜分離組件將生化反應(yīng)池中的活性污泥和大分子有機(jī)物截留住，省掉二沉池。因此，活性污泥濃度可以得到大大提高，水力停留時(shí)間(HRT)和污泥停留時(shí)間(SRT)可以分別控制，而難降解的物質(zhì)在反應(yīng)器中不斷反應(yīng)和降解。因此，膜-生物反應(yīng)器工藝通過膜的分離技術(shù)大大強(qiáng)化了生物反應(yīng)器的功能。
(3)膜-生物反應(yīng)器特點(diǎn)
①對污染物的去除率高，抵抗污泥膨脹能力強(qiáng)，出水水質(zhì)穩(wěn)定可靠，出水中沒有懸浮物。
?、谒νＡ魰r(shí)間(HRT)與污泥齡(SRT)相互依賴，提高容積負(fù)荷與降低污泥負(fù)荷往往形成矛盾。系統(tǒng)在運(yùn)行過程中還產(chǎn)生了大量的剩余污泥，其處置費(fèi)用占污水處理廠運(yùn)行費(fèi)用的25%～40%。傳統(tǒng)活性污泥處理系統(tǒng)還容易出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象，出水中含有懸浮固體，出水水質(zhì)惡化。
?、勰さ臋C(jī)械截流作用避免了微生物的流失，生物反應(yīng)器內(nèi)可保持高的污泥濃度，從而能夠提高體積負(fù)荷，降低污泥負(fù)荷，且MBR工藝略去了二沉池，大大的減少占地面積。
?、苡捎赟RT很長，生物反應(yīng)器又起到了“污泥硝化池”的作用，從而顯著的減少污泥產(chǎn)量，剩余污泥產(chǎn)量低，污泥處理費(fèi)用低。
?、萦捎谀さ慕亓髯饔檬筍RT延長，營造了有利于增殖緩慢的微生物。如硝化細(xì)菌生長的環(huán)境，可以提高系統(tǒng)的硝化能力，同時(shí)也有利于提高難降解大分子有機(jī)物的處理效率和促使其徹底的分解。
?、轘MBR曝氣池的活性污泥不因產(chǎn)水而損失，在運(yùn)行過程中，活性污泥會因進(jìn)入有機(jī)物濃度的變化而變化，并達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡，這使系統(tǒng)出水穩(wěn)定并有耐沖擊負(fù)荷的特點(diǎn)。
⑦較大的水力循環(huán)導(dǎo)致了污水的均勻混合，因而使活性污泥有很好的分散性，大大的提高活性污泥的比表面積。MBR系統(tǒng)中活性污泥的高度分散是提高水處理的效果的又一個(gè)原因。這是普通生化法水處理技術(shù)形成較大的菌膠團(tuán)所難以相比的。
?、嗄ど锓磻?yīng)器易于一體化，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，操作管理方便。
?、崮ど锓磻?yīng)器存的不足，主要表現(xiàn)在幾個(gè)方面：膜造價(jià)高，使膜生物反應(yīng)器的基建投資高于傳統(tǒng)污水處理工藝;膜污染容易出現(xiàn)，給操作管理帶來不便;能耗高，首先MBR泥水分離過程必須保持一定的膜驅(qū)動(dòng)壓力，其次是MBR池中混合液懸浮固體濃度非常高，要保持足夠的傳氧速率，必須加大曝氣強(qiáng)度，還有為了加大膜通量、減輕膜污染，必須增大流速，沖刷膜表面，造成MBR的能耗、費(fèi)用要比傳統(tǒng)的生物處理工藝高。
2、MBR平板膜在煤直接液化廢水中的應(yīng)用及問題分析
2.1 MBR膜系統(tǒng)工藝組成
膜生物反應(yīng)器主要是由膜分離組件及生物反應(yīng)器兩部分組成的。我廠MBR膜工藝組成流程描述：煤直接液化生活污水、低濃度含油污水生化出水、高濃度污水臭氧氧化出水及脫鹽回用工段超濾反洗排水壓力進(jìn)入MBR工段配水井，經(jīng)配水井將污水均勻分配到兩條格柵渠;污水經(jīng)轉(zhuǎn)鼓格柵去除污水中的顆粒物和漂浮物之后自流進(jìn)入A/O池中，轉(zhuǎn)鼓格柵除污機(jī)攔截的顆粒物和漂浮物運(yùn)出廠外。
A/O池由兩個(gè)序列組成。A池為前置的反硝化池，A池中的異養(yǎng)型反硝化細(xì)菌利用來水中的有機(jī)物作為碳源將混合液中的亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮還原為氮?dú)?。O池為推流式曝氣池，活性污泥中的微生物在有氧條件下，將污水中的有機(jī)物降解成CO2和H2O,將污水中的NH3-N氧化成亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮。來自MBR膜池中混合液回流至A池進(jìn)行脫氮。O池補(bǔ)充堿度和營氧鹽。A/O池出水自流進(jìn)入MBR膜分離間。
2.2 MBR膜運(yùn)行中存在的問題
煤直接液化高濃度污水處理MBR膜系統(tǒng)自2013年6月投運(yùn)后運(yùn)行穩(wěn)定，水質(zhì)和水量保持穩(wěn)定，從2016年底開始，發(fā)現(xiàn)透膜壓差TMP上漲速度加快的現(xiàn)象，到2017年初透膜壓差TMP上漲速度加快，2月中旬開始發(fā)現(xiàn)有部分膜組件的產(chǎn)水濁度上升的情況，經(jīng)過及時(shí)對各膜組件的排查，對泄漏的膜組件進(jìn)行隔離(切斷膜組件摻水閥與系統(tǒng)隔離)，產(chǎn)水水質(zhì)恢復(fù)正常，MBR膜拆檢后發(fā)現(xiàn)膜膜片間存有較多的板結(jié)淤泥，大量的板結(jié)淤泥造成了膜表面的機(jī)械污堵，影響到了膜過濾面積，造成了產(chǎn)水能力的下降，在檢修過程中清理板結(jié)淤泥時(shí)，發(fā)現(xiàn)板結(jié)淤泥中混有較大顆粒的砂礫和鐵銹樣物質(zhì)，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)膜組件產(chǎn)水管會有老化現(xiàn)象，有污泥從產(chǎn)水管進(jìn)入系統(tǒng)的現(xiàn)象。
2.3 MBR膜系統(tǒng)問題分析
在MBR膜系統(tǒng)檢修和問題排查過程中，發(fā)現(xiàn)了有部分膜組件出現(xiàn)了機(jī)械破損，膜表面機(jī)械損傷可歸類為以下幾種現(xiàn)象，第一種是膜表面只破損一個(gè)或多個(gè)孔洞尺寸約0.5mm-5mm，第二種是膜表面大面積擦傷并有較為明顯的磨損現(xiàn)象，減薄后形成多個(gè)破損孔洞，第三種是膜表面會發(fā)現(xiàn)較多處壓痕，該壓痕與支撐板表面凸起部位一致，是由于板結(jié)淤泥較多長時(shí)間對膜片擠壓所形成的壓痕直至膜片損壞。膜元件破損后會有大量的污泥從破損部位直接進(jìn)入到了產(chǎn)水側(cè)，這也是造成產(chǎn)水濁度升高的根本原因。經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)，機(jī)械破損主要是硬物的刮破和磨破為主。結(jié)合發(fā)現(xiàn)了板結(jié)淤泥和淤泥中存在的砂礫以及鐵銹等硬物，機(jī)械破損主要是由板結(jié)淤泥將硬物壓到膜表面形成較大的力量造成的，曝氣效果差，曝氣偏流或曝氣量小非常容易造成淤泥沉積直至板結(jié)，當(dāng)淤泥板結(jié)后膜片間曝氣通量面積減小，曝氣流速增加，從而造成膜片間局部磨損嚴(yán)重，當(dāng)膜池內(nèi)有砂礫或鐵銹時(shí)極易造成膜片損壞。膜組件產(chǎn)水管為直徑8mm，材質(zhì)是PU的透明軟管，經(jīng)過長時(shí)間使用產(chǎn)水管會老化變硬，顏色變成褐色，污泥極易從產(chǎn)水管漏入產(chǎn)水系統(tǒng)。
MBR膜片表面有垢類物質(zhì)，顏色為褐色居多，通過對污染物的測試，發(fā)現(xiàn)污染物基本上都是無機(jī)物。經(jīng)過分析垢類物質(zhì)成分主要是由硅，鋁，鐵，鈣和錳等等。其中錳，鋁元素主要來自于污水中自身含有的成分或者前級系統(tǒng)的藥劑投加，但較高的鐵垢懷疑和嚴(yán)重腐蝕的碳鋼件存在關(guān)系，硅的污染除污水中外，與膜池脫落的混凝土也應(yīng)該有聯(lián)系。鈣污染和系統(tǒng)增加的一股較高硬度的污水可能存在關(guān)系。
形成了結(jié)垢的污染物后，膜表面明顯會變粗糙，污染物在粗糙的表面上難以依靠氣體擦洗將污染物去除掉。另外，形成了較厚的結(jié)垢污染層后，也影響到了透膜壓差的升高，加重和加速了MBR膜的污染。這從實(shí)際情況看，較高硬度水進(jìn)入系統(tǒng)一段時(shí)間以后，透膜壓差TMP的增速加快也可以觀察到。
對于污染物的情況，當(dāng)時(shí)進(jìn)行了一些現(xiàn)場試驗(yàn)進(jìn)行了觀察，發(fā)現(xiàn)結(jié)垢物質(zhì)在檸檬酸中很難溶解，在次氯酸鈉中完全不溶解，但是在一定濃度的鹽酸和硝酸中會較快的溶解。結(jié)合之前的清洗情況看，主要以次氯酸鈉和檸檬酸藥劑的清洗對于現(xiàn)有形成的污染物去除效果有限。
2.4 MBR膜存在問題解決措施探索及預(yù)防措施
(1)通過對MBR膜片表面板結(jié)淤泥的清理，泄露膜片的更換，池內(nèi)帶有砂礫及鐵銹的淤泥清理，MBR膜系統(tǒng)的產(chǎn)水水質(zhì)和水量完全能夠達(dá)到生產(chǎn)的要求，系統(tǒng)運(yùn)行正常。對整個(gè)MBR系統(tǒng)的檢修過程進(jìn)行分析，MBR膜系統(tǒng)問題的主要原因是膜片間板結(jié)的淤泥，污堵了膜組件，造成系統(tǒng)處理量降低。系統(tǒng)中有部分機(jī)械破損的膜元件存在，但是數(shù)量較小，對于整個(gè)膜系統(tǒng)的產(chǎn)水水量和水質(zhì)不會造成大的影響，多數(shù)膜池板結(jié)淤泥清理后，產(chǎn)水水量迅速恢復(fù)，膜組件進(jìn)行化學(xué)清洗后，透膜壓差也有了明顯下降，但本次化學(xué)清洗方案根據(jù)垢樣進(jìn)行了優(yōu)化，化學(xué)清洗藥劑進(jìn)行了更換，目前清洗效果較好。
(2)MBR膜系統(tǒng)的運(yùn)行問題分析和預(yù)防措施
由于系統(tǒng)污水水質(zhì)與之前有所變化(較高硬度的污水進(jìn)入系統(tǒng))，加速了系統(tǒng)的結(jié)垢，對于高硬度水的情況，依照之前主要以有機(jī)物污染為主的以次氯酸鈉清洗方式不完全適用，對于高硬度污水，無機(jī)污染的情況超過了有機(jī)污染，因此需要根據(jù)實(shí)際情況來調(diào)整操作維護(hù)的方式。對于無機(jī)污染，需要計(jì)劃增加酸洗的頻率，更改化學(xué)清洗配方，及時(shí)了解水質(zhì)變化的情況，關(guān)注透膜壓差變化情況，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)分析處理。
MBR膜片間板結(jié)淤泥的形成，除了水質(zhì)變化外，與膜池沉積的淤泥有一定關(guān)系，MBR膜污水系統(tǒng)一直處于高生產(chǎn)負(fù)荷的狀態(tài)。在全廠檢修時(shí)，依然會有較多的水量要處理，無法清理膜池內(nèi)的淤泥，需要定期清理池內(nèi)被污染的淤泥。膜池曝氣效果差，曝氣效果不均勻、曝氣量小等加速了淤泥在膜片表面的附著;曝氣效果長時(shí)間不好，極易導(dǎo)致膜片間淤泥板結(jié)。為避免板結(jié)淤泥的形成需要經(jīng)常關(guān)注曝氣量是否均勻，曝氣量是否過小，曝氣間隙時(shí)間是否過長，悶曝時(shí)間是否過短，要實(shí)現(xiàn)精細(xì)化操作。
MBR膜池中池壁等預(yù)埋件、與污泥回流泵入口管都是碳鋼材質(zhì)，長期使用后發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，有大量的鐵銹進(jìn)入池中，要對能產(chǎn)生鐵銹的部件進(jìn)行更換或是防腐處理，以避免銹渣和砂礫損壞膜組件。MBR膜池前端A/O池封閉避免砂礫等雜物掉落進(jìn)入MBR系統(tǒng)，損壞MBR膜片。
定期組織對膜組件進(jìn)行檢查，拆檢一組膜組件，檢查膜片的結(jié)垢情況，檢查是否有淤泥板結(jié)的傾向，檢查有無機(jī)械損傷，檢查產(chǎn)水管是否老化等，以便能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)處理，避免事態(tài)擴(kuò)大并做出預(yù)防和糾正措施，保證系統(tǒng)的運(yùn)行安全可控。
3、MBR膜在煤直接液化廢水應(yīng)用的探索
隨著我國國內(nèi)環(huán)保壓力增加，水處理行業(yè)發(fā)展迅速，國產(chǎn)膜發(fā)展與應(yīng)用較為廣泛，但大型工業(yè)化的相對較少，國內(nèi)使用的MBR膜形式各異，以浸沒式膜生物反應(yīng)器為主，運(yùn)行效果層次不齊。2017年10月份選用國產(chǎn)某名牌盒式MBR平板膜進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的MBR膜根據(jù)現(xiàn)場現(xiàn)有尺寸進(jìn)行安裝實(shí)驗(yàn)，出水管裝有就地流量計(jì)，實(shí)驗(yàn)至2018年10月份，運(yùn)行效果良好，膜通量未見明顯衰減，膜未發(fā)現(xiàn)有損壞現(xiàn)象，由于做實(shí)驗(yàn)只安裝一組，透膜壓差無數(shù)據(jù)，2018年10月份吊出檢查發(fā)現(xiàn)膜表面有結(jié)垢現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)廠家已取樣回廠進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果再進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案。
4、結(jié)語
MBR浸沒式平板膜在煤直接液化廢水中是首次應(yīng)用，從產(chǎn)品出水指標(biāo)、運(yùn)行效果，設(shè)備使用壽命等都非常好。通過幾年的運(yùn)行發(fā)現(xiàn)了若干的問題，如池中部件腐蝕、污泥過多、輸入介質(zhì)變化、曝氣不均勻、膜片間泥餅板結(jié)、膜表面結(jié)垢、池內(nèi)有砂礫、前端A/O池未封閉等等問題，造成了MBR膜透膜壓差高、處理量降低、膜片破損，但通過優(yōu)化操作，優(yōu)化MBR膜化學(xué)清洗方案，定期清理檢查膜池膜片，對腐蝕部件更換或做防腐等措施來保證MBR膜膜片不淤積泥餅不損壞，達(dá)到長期穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也優(yōu)化了檢修方案，大大的縮短了檢修時(shí)間。進(jìn)口MBR膜更換成本較高，通過國產(chǎn)MBR膜試用，積累國產(chǎn)膜的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，再次選擇MBR膜時(shí)可以多一種選擇，可以降低MBR膜的更換成本。( >
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