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浸沒式平片膜組件
自1969 年Smith 首次報道了美國Dorr-oliver 公司把活性污泥法和超濾工藝結合處理城市污水的方法,數十年來,膜生物反應器的應用獲得長足發展[1]。
膜生物反應器(Membrane Bioreactor, MBR)相比于其他生物處理工藝具有明顯
的優勢,主要體現在:能夠高效地進行固液分離,出水懸浮物和濁度接近于零,可以直接回用;膜的高效截流作用,使微生物被完全截流在反應器內,實現了反應器水利停留時間(HRT)和污泥停留時間(SRT)的完全分離;反應器內的微生物濃度高,耐沖擊負荷;通過運行方式的改變可有脫氮和除鱗功能;用膜組件代替了傳統活性污泥法( CAS)中的二沉池使占地面積大幅降低,工藝設備集中;易實現自動化控制。湖北沙市水處理設備制造廠
膜生物反應器主要分為分置式膜生物反應器和一體式膜生物反應器。相比于分置式膜生物反應器,浸沒式膜生物反應器的最大特點是運行能耗低,因此近年發展迅速。在浸沒式膜生物反應器中目前采用最多的組件形式是平片式和中空纖維式。浸沒平片式膜組件具有浸沒放置、低壓(抽吸或重力)出水、氣液兩相流擾動、長時間穩定運行、不易污染、清洗頻率低、清洗操作方便、運行能耗低、膜片可單張更換等特點。
生活垃圾填埋場的滲濾液成份復雜,污染濃度高,處理困難。雖然有許多方法可用于處理,但生物處理法是經濟有效的首選方法,所以國內外生活垃圾填埋場的滲濾液幾乎都以生物處理為主體工藝,并輔以物理化學的方法。生活垃圾滲濾液的污染濃度是生活污水的10~100 倍,甚至更大。通常需要在生物處理前采用氨吹脫、混凝沉淀等預處理。為了達到排放標準,往往還需要在生物處理后再采用混凝沉淀、炭濾、膜濾、化學氧化等后處理方法,才能達到較好的出水水質。
本文介紹了浸沒式平片膜組件的基本情況及在垃圾滲濾液處理中應用的最新進展。
 
1.浸沒式平片膜元件  湖北沙市水處理設備制造廠
 
1.1 平片膜
膜生物反應器所用的浸沒式膜元件通常需要的濾膜孔徑介于超濾和微濾之間,我們研究了不同膜材質及孔徑對MBR 運行性能的影響,結果表明,不同材質的濾膜在處理特定的污水時,性能會有較大差異,見圖1-1。在處理洗衣廢水時,輻照改性PVDF 膜呈現出良好的穩定性。
圖1.1 洗衣廢水處理過程中改性PVDF 膜與其他膜的比較(圖中的通量F 值為不同HRT 運行過程中每天在10kPa 抽吸壓力下測得的膜通量)
1.2 浸沒式平片膜元件的結構
在一體浸沒式濾膜組件中,膜元件結構是影響MBR 性能的重要因素。國外平片式和中空纖維式都有較多的應用,而國內采用的濾膜元件大都為中空纖維型。平片式濾膜元件由于表面平整,膜面不易被污泥污染,過濾通量大,并且好氧反應池混合液的活性污泥濃度可以進一步提高[2][3][4]。鑒于平片式濾膜元件的前述特點,我們研制、開發了浸沒平片式濾膜元件。膜元件的結構見圖1-2,圖1-3 為濾膜元件照片。
     
 
圖1-2 平片膜元件的示意圖          圖1-3 膜元件的照片
 
 
1.3 主要性能指標
浸沒式膜元件的主要性能指標見表1。
表1 浸沒式平片膜元件的性能指標
 
2.浸沒式平片膜組件   湖北沙市水處理設備制造廠
浸沒式平片式膜組件包括三部分:浸沒式平片膜元件、出水抽吸管路、曝氣管,見圖2-1。
 
浸沒式平片膜元件的主要作用是截留微生物絮體為主的活性污泥;經過濾膜過濾的處理水由出水抽吸管路從反應器中抽出;曝氣系統有兩個作用[5]:在組件底部排出的空氣向上運動,形成的氣液流沖刷膜表面,有效的防止膜面的濃差極化和泥垢的形成,保持濾膜有較穩定的抽吸通量;其次,空氣中的氧溶入污泥混合液,維持好氧反應的需氧量。我們設計的穿孔曝氣管路系統散氣孔呈斜下45o排列,基本實現了上述二個目的。
 

  圖2-1 平片式膜組件外形圖
3.垃圾滲濾液的處理                         湖北沙市水處理設備制造廠
 
3.1 基本情況
上海松江垃圾填埋場每天產生150m3/d 的滲濾液,雖已建有處理廠,但建成后運行多年,出水總不能達標(原有處理流程如圖3-1),需要進行改建。已建工程的基本情況是:設計處理能力為100m3/d,未設預處理,滲濾液經調節池后直接用SBR 工藝處理,出水要求達到《生活垃圾衛生填埋場污染控制標準》的三級指標后,接入城市污水管網,進入已建的松江東部污水處理廠處理。但滲濾液處理后的出水水質長期達不到要求,所以需要對原有設施進行改造。
圖 3-1 原有滲濾液處理流程
 
3.2 水質情況
滲濾液的有機濃度,經測定,CODcr 7500 mg/L,BOD5 4500 mg/L,NH3-N 1600mg/L,SS 1900 mg/L,pH 7.5,改建后的處理能力,業主要求達到150m3/d。
處理后的出水水質,由于出水接入污水廠進口,所以要求達到三級標準即可,即CODcr 1000mg/L,BOD5 600mg/L,SS 400mg/L,NH3-N 未作規定。
 
3.3 改造工程處理工藝的選擇
垃圾滲濾液中不可生物降解的COD,即NBCOD 比例較高,SS 亦較高,為了保證生物處理的效果,所以進水先作沉淀處理,部分去除SS,也去除一部分NBCOD,為了改善滲濾液BOD5/CODcr 的比例,設置了厭氧酸化水處理單元,降低NBCOD。然后進入好氧生物處理階段。改建工程的處理流程如圖3-2。
圖3-2 滲濾液處理改造工程工藝流程
 
由于滲濾液的濃度高,為了控制好氧生物處理的有機負荷,需要保持生物反應池內的高濃度混合液,使之達到10~15g/L 的濃度,所以混合液的固液分離就選用了膜的分離方法。分離膜內置于活性污泥池中,膜元件用國產的平板微濾膜組件。孔徑0.30μ,每片膜有效面積為1.5m2,60片膜組成1套。
 
3.4 各設施的主要設計參數和對原工程的改造利用
進水格柵利用已建的設施,以阻攔較大浮渣或雜物進入沉淀池。初沉池的停留時間為1 天,酸化池采用厭氧濾池的形式,池內置填料,水力停留時間9 天,出水用水泵回流,回流量200%。
為了均衡好氧反應池的水力負荷和有機負荷,厭氧酸化池后設調節池,有效容積為1450m3。定時用空氣攪拌。經調節后污水用泵提升進入好氧池。好氧池由原來的SBR 池子改建,缺氧段(A 段)與好氧段(O 段)分開設置。A 段的容積為48m3,內置攪拌機,O段的容積為223m3,好氧段用鼓風機曝氣,供氣量10m3/min。
內回流用液下式離心泵完成。由于改建原有SBR 池為氧化池尚不能滿足處理要求。另建A/O 池。A 段容積85m3,O 段容積324m3,A 段內設攪拌機,O 段鼓風機曝氣,供氣量15m3/min,回流量600~900%。冷卻循環回流量200~400%。
好氧池內置國產平板微濾膜(見圖3-3),每片1.5m2 ,60 片膜組成1 套組件,過濾通量為9.25L/m2·h,改建后的氧化池設3 組,新建池設5 組,即處理量為60m3/d 及90m3/d。
膜分離的出水,由2 臺管道離心泵控制,q=6.3m3/hr,H=20m,N=1.1kw。出水管上設量程0~10m3 /h 的流量計2 套,分別控制A/O 池的出水流量。出水泵的啟閉由PLC 控制。
初沉污泥和剩余污泥排入單獨設置的污泥井,然后用泥漿泵排入填埋場的作業區。
      圖 3-3 內置平板膜組件
 
3.5 工程的運行                               
    培菌時從城市污水處理廠取來有較豐富硝化菌的活性污泥投入A/O 反應池,起始時MLSS 濃度約6g/L , 并按進水水質調整進水水量, 使污泥負荷保持在0.2
kgCODcr/kgMLSS·d 左右。根據滲濾液的含磷濃度和氨氮情況,投加一些磷(如磷酸三鈉)和硝化菌劑。經一個多月培馴,污泥濃度達到10g/L以上,完成了污泥培養,系統投入正常運轉,系統膜的出水方式呈脈沖出水,泵每次開5分鐘,停1 分鐘,根據運行實際情況,也可開3分鐘停2分鐘,或開4 分鐘停2分鐘,可按照處理量的大小作調整。
 
3.6 主要結果
(1) 經初沉池和厭氧酸化處理,CODcr 去除率可達到45%以上,說明該兩個階段圖 3-3 內置平板膜組件是必要的、有效的。
(2) 生物氧化池內的MLSS 濃度平均分別為13.3g/L 和11.2g/L,說明用膜分離方法代替沉淀可以提高污泥濃度。
(3) 控制泥齡,并適當投加一些硝化菌劑,硝化和反硝化作用良好,出水NH3-N
大多在100mg/L 以下,TKN 去除95%。只要操作得當,適當投些硝化菌劑,NH3 –N<25mg/L是完全有可能的。
(4) 經檢測,污水水質情況如下*(4 個月平均值)。
*水質測定期間的氣溫:最高30~35℃,最低18~27℃,相應反應池中的混合液溫度為21~37℃,
進水中的TP 為42mg/L。
從出水水質反映,滿足了三級出水標準。即CODcr≤1000mg/L,BOD5≤600mg/L,SS≤400mg/L 的要求。
(5) 進水中磷含量不足,堿度變化大,需投加磷酸鹽補充微生物生長所需的磷,并調節pH 值,防止在微濾膜表面結垢。
(6) 膜的清洗至為重要,連續曝氣沖洗可利用設在膜底部的曝氣管進行,供氣量為0.5~0.8m3/臺min。定期用化學藥劑(可用鹽酸或磷酸鹽)清洗,周期為20~60 天一次。
(7) 生物氧化池接受的是高濃度污水,由于生物能及機械能的關系,池內水溫比調節池水溫平均高2~6℃,為了保持水溫在正常溫度下,采用了將污水提升回流跌落冷卻而降溫,當水溫正常時可以不使用。
(8) 運行費用包括人工費、藥劑費、硝化菌劑費、電費、日常維護費用等,折算成運行單價為12.14元/m3。
 
4.結語 湖北沙市水處理設備制造廠
垃圾滲濾液的有效處理,以生物處理為主要手段,輔以必要的沉淀,投加一定的硝化菌劑,采用膜分離代替二沉池,不但可以提高生物反應池內的混合液濃度,將大分子難降解的有機物截流在生物反應池內,隨剩余污泥排出系統,由于生物能、機械能的提高水溫,對發生硝化的環境有利,反應速度加快,污染物降解效率提高,生物反應器容積減少,運行能耗下降。
國產浸沒式平片膜組件置放于好氧生物反應池中,用于處理垃圾滲濾液是適用的、有效的。當出水水質要求更嚴時,在平片膜后串聯納濾膜,甚至于反滲透工藝,可以達到更高的水質標準。
 
參考文獻
[1] 顧國維等,膜生物反應器在污水處理中的應用,化學工業出版社
[2] S.Rosenberger, et al. Operation of different membrane bioreactors experimental results and
physiological state of the micro-organisms. Water Science and Technology. 2000,41(10-11):251-258.
[3] W.J.Ng ,et al. Study on a sequencing batch membrane bioreactor for wastewater treatment. Water
Science and Technology. 2000,11(10-11):227-234.
[4] M.A.Gander,et al. Membrane bioreactors for use in small wastewater treatment Plants:membrane
materials and effluent quality. Water Science and Technology. 2000,41(1):205-211.
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