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 細解膜生物反應器MBR(首創股份水處理技術專家趙亮)

發布時間:2016-03-03    點擊:2121次

 MBR就是膜生物反應器,最早誕生時并不是現在這樣把膜絲浸沒在好氧池或者二沉池里的。而是采用管式有機超濾膜制作成成套設備,放置二沉池旁邊,用泵把泥水混合物直接打入管式膜的內孔里,在壓力的作用下,干凈(相對)的水會透到膜的外側,在膜組件的腔體里被收集,通過產水出口外排。這樣的好處是可以減小二沉池體積,降低占地和土建成本,且產水水質遠遠優于傳統生化+二沉池,而且即使發生污泥膨脹等生化體系不正常的情況,產水水質仍然穩定。

隨著膜生物反應器的應用增多,人們發現這樣的設計帶來的負面影響是能耗過高。由于進入膜的泥水混合物,粘度較大,需要加大流量以保證膜表面的液體流速,只有流速快了,才能減少污染物沉積并污染膜的風險。因此,工程技術人員開始思考另一種方式應用膜生物反應器,就是現在大家常見的浸沒式膜生物反應器。這個設計的改變主要是為了更好的優化運行中的電耗。人們開始把膜放入好氧池,這樣曝氣可以擦洗膜表面,阻止污染物附著,然后采用抽吸的方式,就是用真空泵從膜絲內孔匯總到一起的管路向外吸,就像我們用脈管喝汽水一樣。試驗中,發現由于管式膜直徑粗,容易在抽吸時被嘬癟。就開始使用中空纖維膜替代管式膜,這就是現在絕大多數商品化膜生物反應器的雛形了。

膜生物反應器是唯一與生化技術耦合使用的膜技術。膜在應用中并沒有直接對生化反應有任何影響,但是因為膜截留了全部的活性污泥,可以增高好氧池中的污泥濃度(MLSS)MLSS,現在最高可以做到12g/L。這和傳統的活性污泥法相比,濃度大幅提高了,可以更有效的利用池容,應對水質波動。由于膜絲浸沒在泥水混合物中,因此常規的設計是抽吸產水一段時間,停止抽吸產水一分鐘,而曝氣是不停止的,這就是用不抽吸工作的這一分鐘,利用空氣更好地擦洗膜絲。由于膜絲浸沒在泥水混合物中,因此常規的設計是抽吸產水一段時間,停止抽吸產水一分鐘,而曝氣是不停止的。這就是用不抽吸工作的這一分鐘,利用空氣更好地擦洗膜絲。GE等公司的設計是運行8分鐘,停止1分鐘。9分鐘一個周期。一些膜絲強度不好的產品,可能要求7分鐘或者更短的時間作為一個周期。當然因為污泥濃度高了,曝氣量也要增高。這就是為什么采用膜生物反應器的水廠運行成本高于傳統工藝水廠的主要原因之一。但是即使這樣,仍然不斷發生斷絲的問題。

人們開始通過兩種方式加以解決。一是把膜絲做細,比如用聚乙烯或者聚丙烯,把膜絲做得像頭發絲一樣。二是把膜做粗,在膜絲內側增加支撐物。做細的原理是,一旦膜絲細了,即使有斷絲,在抽負壓時,泥也會堵塞斷裂的膜絲,頂多是這根絲不起作用了,產水水質不會被破壞,而且絲細了,單位占地面積裝填的有效過濾面積還變大了。做細的原理是,一旦膜絲細了,即使有斷絲,在抽負壓時,泥也會堵塞斷裂的膜絲,頂多是這根絲不起作用了,產水水質不會被破壞,而且絲細了,單位占地面積裝填的有效過濾面積還變大了。做粗的原理更簡單了,就是,你不是斷嘛,我加上支撐層,讓你斷!這就有了GE的Zeeweed500D可以吊保齡球的宣傳。當然GE還有一款Zeeweed1000就沒有支撐層,不敢吊保齡球了。但是一旦做粗,有兩個問題就來了。一是單位占地面積的有效過濾面積變小了,要有更大的初始投資;二是支撐層可不是和過濾的超濾膜一個材質或一類材質的,應用中經常出現分層或表面起分離作用的超濾膜層剝落的現象。就像人體組織有排異性似的,這主要是膨脹系數不同等很多因素導致的。

目前,有三家主流公司制作支撐膜,最早的是日本三菱麗陽(與三菱重工、三菱電器沒有半毛錢關系)、美國GE(是收購的加拿大澤能)和北京碧水源。碧水源是完全仿制三菱麗陽出身,但是現在膜剝離問題仍然沒能完全解決,這方面做得最好的就是三菱麗陽了,這也是為什么碧水源與三菱麗陽設立合資公司的原因之一。

日本人在中國做產品生意總是水土不服,因此寧愿犧牲一些利益,與中國公司合作。同類合資還有平板膜生物反應器的翹楚日本久保田公司與安徽國禎的合資。現在,把膜做細已經市場越來越小了,逐步轉向外壓過濾體系應用了,不再在有活性污泥的體系中應用了,而且多在家用凈水器中使用,這個現在就不多說了,以后聊家用凈水器時再說。那么中空纖維膜生物反應器的市場就剩下加支撐和不加支撐的了,可想而知,不加支撐的幾乎逐漸衰退。但是,不加支撐仍然有好處呀,就是占地省和不會剝落。因此,創新又開始了,求是公司最早研制砼式膜,就是不把膜絲做粗,而是在膜絲的壁厚中埋幾根纖維進去,這樣就想鋼筋混凝土的結構一樣,既保證了一定的強度,又沒有影響占地,還沒有剝落問題(你見過預制板里的鋼筋能人力抽出來嘛)。后來韓國三星集團從GE、日本旭化成等公司挖了團隊,也開始研發同樣的膜絲,對就是大家手機的那個三星,只不過是三星的一個子公司叫第一毛織。雖然這樣的砼式膜絲強度還是不如支撐膜,但是竊以為足夠應付活性污泥的應用了。

中空纖維的部分先到這里。后面還有兩個部分,一個是平板膜生物反應器,一個是比較部分,主要比較下平板膜生物反應器和中空纖維膜生物反應器、膜生物反應器與傳統生化法的各自特點和應用選擇。下面說的是平板膜生物反應器。剛才說管式和中空纖維膜生物反應器時,大家已經知道中空纖維膜生物反應器的弱點了。為了讓膜生物反應器更皮實耐用,就出現了平板膜生物反應器。很簡單,就是把平板膜粘接在一個板框上,兩邊都粘上,就形成了一個密閉的空間,污水在外邊流動,里邊抽真空,凈水就會滲透到里側,最后通過端面的收集管匯總排出。

最后裝成這樣的單元模塊,浸沒到污水中去。原理和中空纖維一樣。平板膜生物反應器很好的解決了強度問題,甚至可以直接用水沖洗,有某一片破損了,也可以單獨更換一片。

在市政污水處理中,由于平板膜生物反應器更結實耐用,可以設計更高的產水通量,一般可以是中空纖維膜生物反應器的1.2-1.5倍。但是,即使通量(單位時間、單位過濾面積的產水量,單位通常是L/m2h或者m3/m2d)更高,但是平板膜仍然在單位占地面積能夠裝填的有效過濾面積參數上不如中空纖維膜生物反應器。此外,與碟管式反滲透膜一樣,由于板塊的引入,導致成本增加。單從價格來說,平板膜生物反應器的單價是中空纖維膜生物反應器的2倍左右(進口與進口比、國產與國產比)。但是,即使通量(單位時間、單位過濾面積的產水量,單位通常是L/m2h或者m3/m2d)更高,但是平板膜仍然在單位占地面積能夠裝填的有效過濾面積參數上不如中空纖維膜生物反應器。此外,與碟管式反滲透膜一樣,由于板塊的引入,導致成本增加。單從價格來說,平板膜生物反應器的單價是中空纖維膜生物反應器的2倍左右(進口與進口比、國產與國產比)。由于膜生物反應器工作的池體中,mlss比較高,在應用中發現中空纖維膜生物反應器經常會出現一些問題,需要維護的工作量較大,因此越來越多的設計不把中空纖維膜生物反應器直接放在好氧池,而是置于二沉池或者在好氧池中進行隔斷。而平板膜生物反應器由于更優異的耐受性,仍然可以直接置于好氧池中。

我看到過不少設計院設計的方案,將平板膜生物反應器置于二沉池,或將中空纖維膜生物反應器置于復雜廢水的好氧池。這都是不太合理的設計。那么平板膜生物反應器和中空纖維膜生物反應器應該如何選擇呢?通常應該發揮各自長處。比如,平板膜生物反應器更皮實,維護省心,不用吊裝到獨立設計的清洗池清洗,因此工業廢水深度處理回用更適合,因為更穩定。而平板膜占地、貴等問題,恰恰在工業廢水處理中不明顯,工業廢水一天10000噸就很大了,占地大點、貴點就認了,能穩定是第一位的。而市政污水處理就不能這么奢侈了,水價影響很大,占地影響很大。而且市政污水比工業廢水成分簡單很多。中空纖維膜生物反應器正好符合要求。因此,簡單的區分應用領域可以這樣理解。但是萬事無絕對,個別例外也會有的。大的趨勢不變。而且,不論是中空纖維膜生物反應器還是平板膜生物反應器也都在不斷發展。

近幾年,阿爾法拉法公司并購了一家丹麥公司,其開發的新型平板膜生物反應器已經優化了占地和成本,在向中空纖維膜生物反應器發起挑戰,雖然還不能彌補劣勢,但已經做出了很好的改進。我相信隨著材料科學的不斷發展,平板、中空都會不斷進步。而且,不論是中空纖維膜生物反應器還是平板膜生物反應器也都在不斷發展。

說了這么多膜生物反應器的好處,也得說說和傳統工藝的對比。傳統方式在相當長的一個階段內,是不會被膜生物反應器完全替代的,因為有幾個問題膜生物反應器還克服不了。

運行成本是大家先會想到的,但這個不重要,因為我相信膜會越來越便宜。更重要的是,膜生物反應器耐水量沖擊很差,尤其在中國這個雨污分流做得不好的國家,一旦大面積降雨,就會導致水量激增,傳統工藝的彈性會更大一些,甚至稍微犧牲一點水質,水廠還是安全的,但是膜生物反應器的水廠就慘了,水量上升,導致膜通量必須提高,而膜通量的逐步或經常性提高,膜壽命就會嚴重被影響,嚴重時會馬上損壞,屆時整個工廠就喪失處理能力了。因此,傳統工藝仍有很大空間。把傳統工藝與膜生物反應器適當結合應該是更理性的選擇。為了賣自己的產品就欺騙政府和客戶,不實事求是的公司即使現在很風光,以后也會咽下苦果的。

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