MBR工艺设计手册｜碧水源版

《碧水源MBR应用设计指南》

 

一、进水条件

MBR膜组器主要用于以MBR 技术为核心的城市污水、生活污水和类似的有机废水处理。当用于处理工业废水时，要注意调查分析进水来源状况，特别注意是否含有对膜产生危害的物质。当工业废水中含有微生物难以降解的高分子物质时，应考虑减小进水负荷，或采用其他预处理措施。以下为部分重要的原水进水条件。

（1）、重金属

针对重金属含量超标的工业废水，采用适宜的前处理方法处理后，可直接使用本产品。
  （2）、油分
   一般情况下，油脂成分容易堵塞膜孔，因此原水最好不要含有过多油脂成分。当原水的 n-Hex 值（正己烷提取物质）超过 50mg/L 时，需要采用除油预处理措施。对进水中油分要求如下：
a.总植物油 50mg/L 以下。
b.矿物油 3mg/L 以下。
  （3）、消泡剂
   膜清洗过程一般采用NaClO作为清洗剂，清洗后，由于NaClO的作用，膜池内污泥可能起泡，此时可能需加入消泡剂进行消泡。建议使用高级乙醇系列消泡剂，勿使用硅胶系列消泡剂，以免被吸附到膜表面，引起不可逆的膜污染。
  （4）、pH
   与传统活性污泥法相似，MBR 工艺最佳的运行酸碱条件pH6～9，超出此范围易造成活性污泥的死亡。
  （5）、温度
   进水温度要求与普通活性污泥法相似。温度低于10度时，需考虑温度降低对膜通量的影响。

二、预处理

为了确保膜的安全稳定运行，建议进水采用1.0mm以下网状格栅进行预处理，以减少纤维状物质进入膜池，避免膜丝受到损害。
1）处理市政和生活污水时，请一定要用细孔格栅对原水进行预处理。
2）处理工业废水时，当含有固体物质和纤维状物质时，一定要设置细孔格栅对原水进行预处理。同时，需要根据原水的性状，对原水进行中和或絮凝沉淀等预处理。
1、注意事项：
MBR系统需执行严格的预处理要求，不采用1.0mm及以下超细格栅，会加速膜元件污染并增加离线清洗频率，严重时会明显降低膜元件寿命。对于大型污水处理厂，建议超细格栅后，增加曝气沉砂池，减少进入膜池中的大粒径颗粒、毛发、纤维等物质，这点对MBR系统长期稳定运行至关重要。

2、膜池内的模组器布置
（1）、膜池的总体布置
a.建议膜池分廊道设计，单个廊道布置膜组器数量不宜超过10个。

B. 建议每个廊道独立设置出水系统。

C. 每个廊道可以控制进出水，可以独立运行。

D. 当污水厂的处理规模较大时，建议设计专用化学清洗药液池和检查工作平台以及膜离线冲洗设施。

E. 膜池上方设计相应的组器吊装设备，便于对膜组器安装和检查。
（2）、膜池廊道布置
a水力循环设计
   MBR膜组器结构布置合理，设计有导流挡板以促进组器内循环水流的形成。在MBR工艺中，利用曝气带动水流上升，并使组器内外水流快速交换形成旋回流。同时曝气管中供给的空气吹向膜丝，对膜丝表面进行切向吹扫，使膜丝摆动，实现膜清洗过程，膜池内水利循环下图所示。

 

膜组器底部为曝气系统，在膜组器内部均匀产生大气泡，带动膜池混合液上升，形成由空气气泡和混合液组成的混合气-水流，对膜丝表面产生切向冲刷作用，同时膜丝随气-水流产生摆动，消除浓差极化和防止污泥吸附。为了促进这种水力循环的形成，膜组器的布置必须考虑组器之间的间距，使膜组器外的混合液足以向下流动。
b平面布局
尽可能确保膜组器单元四周有足够的空间。

 

进入廊道时应进行廊道配水设计，保证进入各廊道水量、水质均匀，每个廊道应配有进出水闸门或控制阀门，可独立对廊道进行控制，每个廊道设有排泥出口，可独立进行排泥。

 

三、活性污泥条件

1、MLSS浓度

建议膜池内混合液MLSS浓度维持5000～10000mg/L。
与通常的沉淀法不同，MBR技术是用膜来进行固液分离，MLSS能够保持高浓度。建议根据进水水质情况，控制MLSS浓度在5000～10000mg/L的范围内运转。上限为15000mg/L，超过时，跨膜压差有时会急剧上升。由于原水的性状不同，当MLSS浓度超过12000mg/L时，跨膜压差有时也会上升。MLSS浓度的下限为3000mg/L，低于该值时，跨膜压差有时会急剧上升。
2、混合液滤纸过滤性
   混合液滤纸过滤性是指：50mL的膜池污泥混合液在>15℃时经中速定量滤纸（Φ8cm）过滤5min后得到的滤液体积。混合液滤纸过滤性应大于15mL。
3、污泥泥龄（SRT）
   控制污泥泥龄时，需要综合考虑进出水水质情况、活性污泥性状和除磷要求等多方面因素，建议维持在15～30天之间。

四、主要配套设备

1、膜抽吸泵的选用
1）通常使用离心泵，小型水厂采用自吸式泵。
2）在过滤泵的排出侧设置恒定流量控制阀，大型工程建议采用变频控制流量，采用过滤泵进行定流量过滤。
3）间歇抽吸的设定：为保证膜组器稳定运行，务必按照以下间隔进行间歇抽吸运转：抽吸时间7min以内停止时间1min以上。若不设停止时间连续抽吸，膜表面会堆积污泥的凝聚体和微粒子，并加快跨膜压差的上升。一般抽吸时间设定为7min，停止时间为1min。停止时间定为1min以下时，在停止时间内，由于不能充分解除膜组件内部的负压，降低清洗效果，加快跨膜压差上升。
2、鼓风机
1）应考虑采用可靠，风量满足设计要求的鼓风机，并安装备用设备，可选用常规的罗茨鼓风机或离心鼓风机。
2）有关鼓风机及空气管路的设计参照国家有关规范。
3）鼓风机停止时，必须停止膜过滤，否则跨膜压差会快速上升，这是因为在无曝气下过滤，容易引起污泥附集在膜表面而导致膜污染。对于自动停止过滤功能的系统，尤其在鼓风机的皮带脱落时，需要采取对策。
注意事项：

膜出水流量必须按设计流量进行控制；

任何情况下，要曝气停止，必须先停止抽吸出水；

但曝气量不足时，必须降低膜出水量。

五、曝气方式及风量

1、曝气方式
1）曝气方式：高低强度交互曝气。
2）控制原理：采用高低曝气强度相结合的方式，低曝气强度是一个维持量，使膜组器的膜丝轻微抖动，有效地清除了膜丝表面松散的泥饼层；高强度曝气以膜丝的碰撞摩擦机理为主导，有效地清除了膜表面上粘性较大的凝胶层。确定了最佳高低曝气强度比，并根据压力上升速度的大小，自动计算高强度曝气历时长短与高低曝气交互周期。高曝气强度大、曝气的历时短，低曝气强度小、曝气历时长，二者综合，平均曝气强度小于恒流量曝气强度，不但降低了运行能耗，而且有效控制了膜污染。
3）控制方式：组器间循环高低脉冲，或廊道间循环高低脉冲。
4）控制参数：低曝气强度55～100Nm3/(m2?h)；高曝气强度180～220Nm3/(m2?h)，即不宜超出正常曝气强度过多，高/低曝气时间比例3～15%。 
5）选择变频风机，方便调整控制参数，实现节能降耗。
2、膜曝气风量的设计
MBR膜组器所需的风量依据膜组器的截面积和曝气强度进行计算：
膜组器曝气的所需风量（Q）=曝气强度（K）*膜组器的（投影）截面积（As）。
1）曝气强度K
   为平均曝气强度；对于普通生活污水和市政污水，推荐曝气轻度K选60～110Nm3/(m2?h)；曝气强度与设计运行状态下的MLSS有直接关系。MLSS越高，曝气强度越大，最高可以选用150Nm3/ (m2? h)。如果出现污泥形状恶化、水温较低等情况，有时甚至需要200Nm3/ (m2? h) 的曝气强度。
2）膜组器的（投影）截面积（As）
  膜组器的（投影）截面积（As）是以膜组器（内壁范围内）平均垂直投影面积，以m2为单位。As=a（m）×b（m）

说明：

1）工程设计时，需计算出该空气量和生物处理所必需的空气量，并进行比较，以数值较大的空气量值为基础设计。但是实际运转时，需要确认活性污泥的DO值和水力循环流的状况，适当调整空气量。
2）处理工业废水时，由于生物处理所需的空气量较大，此时应按擦洗所需的空气量设计曝气强度，剩余的空气量应尽可能在不妨碍水力循环流的场所曝气。尤其是原水BOD5较高的情况下，有时需要在膜池以外另设曝气池。

六、化学清洗系统

为了确保膜组器长期的稳定运转，在运行过程中需要进行在线和离线化学清洗。
1、维护性清洗（CIP）
1）在线碱药洗
    系统需要配有完善的碱清洗系统，当系统TMP（跨膜压差）达到工艺设定的上限或达到设定的清洗周期时，系统停止水过滤运行，进行全范围的碱清洗。可由PLC控制自动完成。
1. 具体步骤如下：

 

· 

进行在线清洗前，首先停止抽吸泵停止过滤，并关闭吸引水管上的阀门；膜池放空至一定液位；停止曝气。打开药液注入管，注入药液；药液分三次加入，每次加入药量的三分之一，加入方式：第一次加药5min，静止5min；之后进行第二次加药，加药5min，静止 5min；再进行第三次加药，加药5min；药液全部加入后需要静止60～90min。在水温较低的地区，应考虑适当加热清洗溶液，提高温度，可提高清洗效果（建议清洗温度20～35℃）。接触完毕后，鼓风机开启，空曝气30min。以上操作结束后，打开吸引管，运转抽吸泵，半通量运行30min 后，再次开始正常运转。

2. 在线碱清洗技术参数如下：

· 使用的药液量为：2-4L/m2膜总表面积+配管内部容量；

· 碱洗频率：每周一次；

· 碱洗每次历时：120-150min；

· 膜池碱洗排序：同一时间只有一个产水干管的膜组在清洗；

· 使用的药品：次氯酸钠 NaCLO 溶液，有效氯浓度为500~3000mg/l；

· 小洗：低浓度药液清洗 1 周进行一次：500～1500mg/L 的次氯酸钠水溶液；

· 大洗：高浓度逆通药液清洗 1 月进行一次：2000～3000mg/L 的次氯酸钠水溶液。

2）在线酸药洗（酸CIP）

系统配有完善的酸CIP清洗系统，当系统TMP（过膜压力）达到工艺设定的上限或达到设定的清洗周期时，系统停止水过滤运行，进行全范围的酸CIP。酸CIP可由PLC 控制自动完成。
1）具体步骤如下：

· 进行在线清洗前，首先停止对应膜廊道抽吸泵停止过滤，并关闭吸引水管上的阀门；膜池放空至一定液位；停止曝气；

· 打开药液注入管，注入药液。药液分三次加入，每次加入药量的三分之一，加入方式：第一次加药 5min，静止 5min；之后进行第二次加药，加药 5min，静止 5min；再进行第三次加药，加药 5min；药液全部加入后需要静止 60～90min。在水温较低的地区，应考虑适当加热清洗溶液，提高温度，可提高清洗效果；

· 接触完毕后，鼓风机开启或打开供风干管，空曝气 30min；

· 以上操作结束后，打开吸引管，运转抽吸泵，半通量工作 30min 后，再次开始正常运转。

2）酸CIP 技术参数如下：

· 使用的药液量为：2L/m2膜总表面积+配管内部容量；

· 酸CIP 频率：一般 6～12 个月一次（具体视膜污染频率情况而定）；

· 酸CIP 每次历时：120-150min；

· 膜池酸 CIP 排序：同一时间只有一个产水干管的膜组器在清洗。
2、离线化学清洗

·    当在线化学清洗无法恢复跨膜压差时，或压差超过-35KPa 时，需要考虑进行离线化学清洗。此时将膜组器吊出，置于专门的化学浸泡池进行浸泡处理。
1）药品清洗的种类：一般使用 3000mg/L 的 NaClO 溶液进行浸泡。如果发现膜丝表面存在碱性结垢，还需要进一步进行柠檬酸（1％～2%）浸泡处理。
2）浸泡时间：16-20h。 
3）药量确定：以淹没膜组器中膜组件为原则。
4）离线化学清洗方法参考如下：

在化学浸泡池中配好合适浓度的溶液；

吊出膜组器，卸下膜组件并用清水冲洗干净；

把冲洗好的膜组件安装回组器；

把膜组器整体浸入化学浸泡池中浸泡16-20h以上。

在水温较低的地区，应考虑适当加热清洗溶液，提高温度，可提高清洗效果（建议清洗温度 20～35℃）；

浸泡完毕，用清水充分冲洗附着在组器上的药液；

把冲洗干净的膜组器吊回原位，曝气 30min 后，开始进行过滤。
注意事项：
1.在离线清洗时，需避免在有风天气内进行，清洗时避免太阳晒；
2. 卸膜片冲洗时需谨慎操作，严禁大力强行拉拽，否则会引起膜丝断裂；
3. 冲洗时应控制水枪压力不高于0.08Mpa，并保持水枪喷头与膜片间大于1米距离，冲洗水流与膜片的角度小于30 度；
4. 每隔20min 进行淋水处理。当外界条件恶劣时，为了防止膜丝变干，需缩短淋水的间隔时间。清洗完成后需马上浸入水中；
5. 冬季时应考虑系统防冻，请绝对不要让膜组件冻结。（来源：水处理研习社）