泡沫濾珠濾料EPS1-2mm生產廠家MBR生物反應器的運行管理

 

　　泡沫濾珠濾料EPS1-2mm生產廠家MBR生物反應器的運行管理

　　泡沫濾珠濾料EPS1-2mm廠家MBR生物反應器的運行管理。 在活性污泥法發展100多年來，一些新的工藝在隨著科學技術的發展而在活性污泥法中得以應用。膜處理工藝作為新興的材料科學在水處理行業中得到一些應用，在飲用水行業中的微濾，超濾，納濾，反滲透等使用各種不同孔徑的膜材料進行的凈水過濾技術都已經實現的，也應用到了普通人的家里的凈水裝置上，在污水處理行業，隨著對處理出水水質的不斷提升嚴格標準下，膜技術也逐步開始在污水處理中得到應用，一些對水質要求較高的污水廠，采用了MBR(Membrane BioReactor)膜生物反應器來作為活性污泥處理工藝中的一部分，在一定程度上提升了污水處理的效果，但是也帶來了一些運行管理的難題。公眾號從這一期開始，和大家一起來討論下MBR在污水廠的運行管理。

　　在討論MBR的運行管理之前，我們先來簡單了解下MBR究竟是什么。在很多技術領域中，廣泛使用膜進行工業生產，進行物質之間的有效分離。膜是一種在一定的條件下(比如壓力、濃度、電離作用等)使一些特定的物質通過具有通過能力的薄層，實現不同物質之間的分離、濃縮、提純等，簡單的說就是在特殊條件下才能實現特定過濾效果的薄膜。根據薄膜的滲透的孔徑不同，可以分為微濾膜，超濾膜，納濾膜，反滲透膜，滲析膜、電滲析膜等。與水處理相關的主要是前四種，這四種都是以壓力差為動力的膜分離的過程，就是在膜兩側存在一定的壓力差時，混合液的一部分溶劑和小于膜孔徑的物質組分就會通過膜，而大于膜孔徑的微粒，大分子，鹽類，微生物等就會被膜截留下來。大面積應用在污水處理行業中的，主要是以微濾膜為主，各種膜之間的區別如下表：

膜	微濾	超濾	納濾	反滲透
膜孔徑（μm）	0.05~10	0.001~0.05	0.0005~0.001	0.0001~0.0005
截留物質	懸浮物微粒，細菌	生物大分子	溶劑、溶質大分子、離子	溶劑相對分子質量>1000

　　將這幾種膜和水處理行業中的砂濾做對比如下圖所示：

　　不同的膜對水中各種物質的攔截能力不同，污水處理廠的出水對更細微的物質沒有特殊要求，本身生活污水中的金屬離子等的含量都比較少，一般很少用到后續的超濾、納濾、反滲透膜作為生產用膜，主要應用的是以微濾膜為主。

　　在活性污泥法中，其中最重要的一環就是活性污泥的泥水分離，污水廠中通常使用的是二沉池作為泥水分離，將上清液和活性污泥在一個相對靜止的構筑物內進行分離，上清液從構筑物上方流出，污泥通過污泥回流泵回流到生物池中。但是傳統的二沉池在運行中存在污泥上浮、污泥泡沫，細碎污泥、污泥膨脹等各種因素的影響，導致二沉池出水中的懸浮物較高，后期必須增加深度處理單元的加藥、沉淀、過濾來進行二沉池出水的再次凈化，這也就是深度處理工藝的設置的原因。

　　由于微濾膜的孔徑相對較大，很多離子，包括一些小型的分子都是可以通過的，因此微濾膜不是作為污水處理的主體來應用的，而對于有機污染物，營養元素都是無法被微濾膜截留的，因此污水處理的主體處理工藝仍是活性污泥法。微濾膜僅是作為活性污泥法的一部分進行使用的，由于微濾膜的孔徑在0.05~10μm之間，只有小于這個孔徑的水及水中的物質才能通過，活性污泥絮凝體直徑一般為0.02~0.2mm之間，因此活性污泥絮凝體是無法通過微濾膜的，因此微濾膜對活性污泥具有的良好的分離性能，利用這個特性，在活性污泥工藝中的應用就是進行活性污泥和水的高效分離，使用微濾膜取代了二沉池進行泥水分離，實現了更清潔的處理出水。采用微濾膜進行活性污泥的泥水分離以后，減少了原有的二沉池和深度處理單元，縮短了污水廠的工藝流程，減少了污水廠的占地面積等。

　　微濾膜的使用不能脫離活性污泥法，它只是替代了活性污泥法中的泥水分離的二沉池，是作為活性污泥法中的一個組件，同時由于微濾膜在使用中和活性污泥中的微生物接觸，在生產過程中要考慮生物對膜的影響，也有使用膜作為硝化反硝化的工藝應用，所以在污水廠大量使用的微濾膜成為MBR，就是膜生物反應器，是一個獨立的反應裝置，作用等同于二沉池及后續的深度處理構筑物的固液分離作用，而污水中的有機物去除，營養元素的去除等還是依賴于活性污泥法這個工藝主體來進行的，所以所謂MBR一般不能單獨稱為一種工藝，只能是A2O+MBR或者AO+MBR，氧化溝+MBR等，MBR不是單獨的工藝稱謂。

　　MBR膜組件有浸沒式和分離式兩種:

　　通常的污水廠的MBR組件都為分離式的，就是在生物池外部建設一組MBR池，將MBR組件放入到MBR膜池中，這樣運行管理更為方便，對MBR膜的觀察，清洗，檢修都更加適合。

　　MBR膜在經過多年的發展，已經出現了各種各樣類型和結構的膜，這些膜從不同的方面對現有的MBR處理流程中的問題進行了應對性的處理，發展出各種不同類型的MBR膜，有平板膜，中空膜等等。在實際生產實踐中，可以根據廠內的實際需求選擇合理的MBR膜。

　　關于MBR的原理性的分析和介紹，在這里就不展開進行說明了，對于污水廠的運維管理人員來說，對于任何工藝設施設備，更需要知道是如何保證它達到它的設計標準，幫助運行管理人員更好的保持污水處理工藝的運行，保持良好的出水水質。關于MBR膜本身的研究和深入的機理其實對運行人員并不是很重要，當然有興趣的人員可以通過各種資料來深入的學習MBR膜的相關知識。

　　下面將圍繞MBR膜的運行工藝流程展開討論，歡迎持續關注。

　　MBR作為取代二沉池的膜生物反應器，它利用了膜的細微孔徑在一定壓力下實現的活性污泥的泥水分離，基本的原理是這樣，但是要把這樣的原理應用到實際生產中，還需要很多技術細節的實施。MBR在多年的發展中不斷地改進和完善生產工藝，在實際生產中起到更加良好的泥水分離作用。

　　作為MBR膜在進行過濾模式中，主要的過濾方式有死端過濾和錯流過濾，如下圖所示：

　　圖中a為死端過濾，和化驗室中進行的濾紙過濾的原理相同，但是很容易快速堵塞，而且膜的滲透速率會直線下降，直到徹底堵塞，滲透液完全不能通過MBR膜。而錯流過濾會在膜滲透速率下降到一定程度后形成平臺形式，但是不會影響濃縮液的回流，也同時也仍有一部分滲透液的繼續通過MBR膜。在MBR的實際使用中，濃縮液和滲透液會通過兩個途徑從MBR池中抽升離開，也就是MBR的污泥回流泵和清水抽吸泵的作用。

　　隨著活性污泥顆粒不斷的堆積到MBR膜表面，就會造成MBR膜的堵塞，那如何保持膜表面的清潔呢?在MBR工藝中引入了膜擦洗風機，通過高強度的曝氣對膜表面的堆積的活性污泥顆粒擦洗下來，保持MBR膜的通量。

　　下圖使用平板的MBR膜來說明膜擦洗風機對MBR的運行中的清理作用，可以看到藍色的空氣泡從MBR膜表面對堆積的活性污泥的一個吹掃擦洗的作用，通過在MBR組件池中的高強度的曝氣產生的空氣泡，將MBR膜表面的膜堆積的活性污泥顆粒吹離MBR膜，從而恢復MBR膜的膜通量。

　　由于MBR是作為活性污泥法的一個組件，在運行中會受到活性污泥中的膠體、絮凝體、微生物的生物黏附污染，在MBR工藝中會有兩種清潔過程：物理清潔和化學清潔。使用空氣進行清洗的是物理清潔，但是要對MBR表面的微生物黏附的污染，就需要進行化學清洗。化學清洗通過在MBR模組池內投加化學藥劑，通常為次氯酸鈉、檸檬酸等，消殺MBR膜表面的微生物黏附，以消除因為微生物結垢導致的跨膜壓差變大影響。化學清洗可以根據生物膜的生長程度進行在線清洗和離線浸泡清洗兩種方式進行。在一些大型的MBR工廠中，要考慮在運行中，離線清洗對整個工藝流程和處理水量的影響，要做好充足的計算和準備。

　　這就是MBR的生產運行的基本的原理，當然在實際的使用中還有更為復雜和精細的設備來保證MBR反應器的穩定運行，對于MBR膜的日常運行中，還需要了解一些關鍵的參數：

　　(1)膜通量：

　　膜通量是指物料(在MBR工藝中特指處理后的出水，)在單位時間通過單位膜面積的量，一般用J來表示，單位為m3/(m2·s)，或者簡化成m/s，有時也稱為滲透速率或過濾速率。在實際的生產中，對廠內的MBR的膜通量進行觀測和記錄，是對MBR過濾效果的一個衡量，并以此來確定MBR膜出水量的大小，確定MBR是否需要進行清洗工序等。特別是在北方污水廠受溫度影響較大的地區，要注意冬季溫度對膜通量變化的影響，一般以20℃的膜通量為基準數值，對不同的溫度下的膜通量可以通過公式計算：

　　J=J20×1.025(T-20)

　　其中J20為20℃下的膜通量，T為實際運行的水溫。

　　通過公式可以看到，隨著溫度的降低到低于20℃以后，膜通量也會隨之下降，反之則增加。在日常管理中的，特別是北方四季明顯的地區，要考慮溫度對MBR膜的膜通量的影響作用，在冬季期間采取合理的工藝管理措施。

　　(2)跨膜壓差

　　在MBR膜過濾過程中，需要施加一個外力來使物料通過MBR膜，這個外界施加的驅動力是為了消除MBR內外的壓力差，因此把它稱為跨膜壓差，用TMP來表示，單位是Pa。跨膜壓差在實際運行中也反映了MBR膜的污堵程度，在運行跨膜壓差越大，說明MBR膜表面堆積的活性污泥也就越多，需要進行膜沖洗的工序。

　　這兩個參數在MBR膜工藝運行中，是對膜的過濾能力的描述，在運行中，要注意收集這兩個參數在日常運行中的變化，通過膜過濾能力的日常觀測，建立在活性污泥的不同運行工況下膜過濾能力的變化，從而預判膜清洗成本，實現MBR膜的精細化管理。

　　但是在污水廠的實際運行中，作為工藝運行管理者，對MBR的技術細節和工藝細節可能沒有辦法深入的了解，污水廠的運行人員對MBR進行有效的運行管理需要做哪些內容呢?由于MBR是作為活性污泥法中的泥水分離的膜生物反應器，因此MBR膜的運行管理應結合活性污泥法的一些基本的原理來展開。

　　MBR膜工藝運行的日常管理內容將在下面和大家詳細講述，歡迎繼續關注。

　　在前面和大家介紹了MBR生物反應器的基礎知識和分離原理以后，最后和大家著重探討MBR反應器的運行管理的相關內容。歡迎大家閱讀。

　　MBR反應器在運行中，最大的困擾來自于MBR膜的結垢和污堵造成的膜通量下降的問題。膜通量下降會使處理水量下降，造成污水廠的運行負荷無法達到正常運行負荷，需要用大量的資金和時間來進行膜的物理和化學清洗，恢復膜通量，但是在沒有全面系統的管理條件下，膜通量的下降時間會越來越短，清洗頻次也會越來越多，最終導致MBR膜無法正常運轉，在污水廠中，對膜污堵和結垢的原因進行管理，是MBR工藝的重要管理內容。

　　MBR膜反應器作為活性污泥法中的一個組成部分，替代了二沉池和深度處理單元，因為這個原因，在MBR的運行中仍要結合活性污泥法中的一些因素來進行運行管理工作。下面從幾個方面和大家一起探討MBR的運行管理工作。

　　一、預處理設備。

　　城鎮污水中常常含有大量的細小的懸浮物和棉織物的纖維，動物毛發等，這些細小的懸浮物和纖維、毛發在預處理段要進行非常有效的去除，否則這些懸浮物和纖維會將MBR膜的中空纖維編織和捆綁起來，使中空纖維膜絲捆扎成一束一束，活性污泥的混合液無法進入到束內的膜絲進行過濾，造成膜通量的下降。因此在采用MBR膜反應器的污水廠，特別是后期改造的污水廠對于前端的預處理設備，特別是格柵的選用一定要充分考慮細小的懸浮物和棉織物纖維的去除。一般為了有效去除這些物質，會采用粗、中、細三道格柵，或者是粗、細、膜格柵。最終的膜格柵要采用1mm~0.5mm的過濾間距，并且采用高壓水沖洗的方式進行清渣處理，這樣才能有效去除污水中的細小懸浮物和纖維。

　　在污水廠進行改造或者新建設計之初，如果確定采用MBR膜反應器，應對進水水質進行不同孔徑的篩分過濾，根據不同孔徑的金屬篩網過濾后的雜物來判斷和確定應采用什么密度的格柵來對污水中的物質進行去除，以免在MBR膜的后期運行中，造成膜運行和更換成本的上升。

　　另外在很多研究和實際運行中發現，進水中存在油類、油脂等都會對MBR造成很嚴重的污堵情況，對大量存在油脂的進水，要進行機械刮油和氣浮除油等，對油脂進行去除，以免造成MBR膜污堵和結垢。

　　二、污泥培養。

　　MBR膜是活性污泥為主體的工藝類型，在運行初期需要進行活性污泥的培養，而活性污泥的正常的培養需要微生物的培養和增殖，整個過程較為緩慢。但是很多污水廠工程在前期受到各種因素制約，進展緩慢，工程完工都是在上級檢查的最后期限之外了，因此對于調試期間根本無法按照正常自然增長的活性污泥來進行，往往需要從別的污水廠拉運已經成熟的活性污泥，這種接種培養的過程從原理上沒有什么問題，很多污水廠也是這樣進行培養的，但是對于MBR工藝，還要有一點一定要進行注意的，就是拉運的其他污水廠的污泥，如果不是MBR工藝的，前端沒有多重的格柵進行污水細微懸浮物的去除，活性污泥中存在大量的懸浮物，纖維，毛發等。這些物質會使MBR膜絲纏繞成束狀，導致內部無法進行過濾，造成膜通量下降，因此即使從其他污水廠進行拉運污泥接種培養，也要注意從進口的膜格柵進行過濾后進入生物池，以免堵塞MBR膜絲。

　　除去拉運接種污泥要進行注意以外，還有重要一點需要運行人員注意，就是在培養初期，不能使用MBR膜。對于MBR來說，可以將活性污泥系統的污泥濃度提高到很高的濃度，活性污泥濃度越高，絮凝體越大，在通過MBR膜時就會越容易被擦洗氣體帶走，不容易堵塞。但是在培養初期，活性污泥絮凝體較小，很多絮凝體成針狀的結構，這種結構非常容易嵌入到MBR膜絲中，導致MBR膜絲堵塞，因此在活性污泥培養期間，MBR膜分離器不應投入使用，以免造成MBR膜使用的周期縮短，膜通量下降速度加快。

　　三、日常運維項目檢測。

　　對于在MBR的日常運維管理中，運行人員需要對系統的一些參數進行日常的檢測，通過這些數據的檢測，逐一對MBR系統的運行效果進行判斷，日常的檢測項目表如下：

工藝過程	檢測項目
曝氣池	DO，MLSS，泡沫、EPS、濾紙過濾效果等。
出水	水溫，PH值，濁度（或SS），常規的水質分析包括COD、氨氮等
MBR模組	跨膜壓差TMP，膜通量等

　　其中(1)DO：當MLSS濃度高時，氧氣的消耗能力增強，溶解氧就會降低。而MBR工藝的優勢在于控制高污泥濃度，因此，在日常運行中，重點要確認好氧池中的溶解氧濃度，，以免生物處理所需的好氧條件不足，造成處理能力下降。。

　　(2)生物池中的MLSS：當MLSS濃度過高時，會導致氧氣供給不足和MBR膜的堵塞。因此，在系統內維持合理的MLSS濃度是日常管理需要認真進行的工作。由于MLSS濃度的設置根據各個污水廠的流入污水的濃度和MBR膜的處理條件而有所不同，因此運行管理人員需要通過長期的MLSS檢測和MBR膜的運行工況，出水水質來綜合確定最佳值，同時還要必須確保足夠長的污泥齡SRT來維持硝化和反硝化反應的進行。

　　(3)泡沫：曝氣池上的泡沫，不論是啟動泡沫還是生物泡沫，都會將大量的泡沫表面堆積的固體雜質粘固在MBR膜絲表面上，造成MBR膜絲的污堵，導致膜通量下降，對生物池的泡沫的工藝管控，也是在MBR系統中重要的管理內容，通過季節性的工藝調控，降低生物池泡沫的產生，以保證MBR膜的良好運行，是運行人員需要認真對待的。

　　(4)EPS：細胞外多糖物質，很多研究都已經明確，EPS對MBR膜絲的結垢和污堵有著直接的關聯，在有條件的MBR廠內，應該將EPS作為日常監測項目，對EPS引起的污泥泡沫，膨脹等問題及時發現，并采取相應的工藝調控措施進行管控，以保證MBR的膜通量。

　　(5)濾紙過濾效果：活性污泥中的各種微生物，絮凝體，懸浮雜質，包括EPS對MBR膜的過濾性都會產生嚴重的堵塞和結垢，如果能提前檢測活性污泥的過濾性能，就能采取相應的措施來改變活性污泥的，保持MBR膜的膜通量，因此可以在化驗室進行濾紙過濾速度的檢測。一般可以根據5C的定量濾紙進行過濾，并計算規定時間內過濾的液體容量來判斷過濾效果。如果活性污泥通過濾紙的水量為5 mL /5分鐘或更少，則MBR膜設備的過濾性能可能會降低。由于膜的污染，即使具有足夠的滲透性，跨膜壓力也會增加。因此，有必要經常檢查滲透率。下圖是用濾紙測量過濾效果的方法：

　　(6)MBR膜出水的濁度和SS：確認出水中的SS含量，以確保MBR膜絲有沒有膜破裂或異常。

　　(7)膜濾水的常規水質分析：通過分析膜出水中的COD或氨氮來確定好氧池中的DO是否充足，保持出水水質的穩定。

　　(8)跨膜壓差、膜通量：通過日常監測跨膜壓差和膜通量數據，判斷MBR是否堵塞，或者堵塞的臨界量，來進行有效的清潔，以確保有效的日常運行，同時也要分析堵塞原因，以便今后進行更好的預先管理。

 

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