MBR膜与UF膜比较

工艺比较选择膜生物反应器(MBR)、超滤(UF)作为反渗透(RO)的预处理工艺在实际中的应用日益广泛。为给RO工艺提供优质、稳定的水质,比较了两个工艺的出水水质和运行稳定性。工艺部分UF系统由于选用了内压式中空纤维膜,为防止悬浮固体干扰其正常运行,故对二沉池出水进行了气浮、过滤等预处理,并以预处理后的出水作为UF系统的进水。UF系统的工艺参数:设计膜通量为68L/(m2/h),循环倍比为2系统回收率为90%,跨膜压力为0.04~0.12MPa。MBR系统由于选用了外压式中空纤维膜,无需单独增设预处理设备，只用常规格栅分离后进行调节处理后的出水作为MBR系统的进水。MBR系统的工艺参数:设计膜通量为40L/(m2/h),平均污泥浓度(MLSS)6.66g/L,水力停留时间(HRT)为7~8h气水比为16：1跨膜压力为0.016~0.02MPa。试验膜参数膜法水处理系统的膜参数选择十分关键,试验所用膜的参数见表1。表1UF和MBR系统的膜参数项目UFMBR膜材料P(聚砜)MPVDF(聚偏氟乙烯)膜类型中空纤维中空纤维组件类型柱状膜组件浸入式膜组件过滤方式内压式外压式运行方式交错式抽吸式膜孔径切割分子质量为100ku0.1Lm在UF和MBR系统的进、出水管路上分别安装了取样阀,监测项目及分析方法均按标准方法进行。结果与讨论对浊度的去除RO工艺对进水浊度有严格要求。MF和UF过滤可有效去除水中的悬浮物和微生物,但对某些有机物和无机物却无法去除。试验中UF系统的进水浊度为0.35~7.67NTU,出水浊度为0.10~0.29NTU,对浊度的平均去除率为93.2%。MBR系统的进水浊度为1.4~10NTU,出水浊度为0.13~0.24NTU,对浊度的平均去除率为94.7%。对两系统的进、出水浊度进行统计分析,结果见表2表2UF和MBR系统的进、出水浊度分析项目平均值/NTU均方差/NTU变异系数UF进水2.613.031.164出水0.185.56*10-20.309MBR进水5.023.40.677出水0.144.99*10-30.036比较表2中UF和MBR系统的进水平均浊度可以看出,UF系统的预处理工艺对浊度的去除率仅为48%。在进水浊度稍高于UF系统的情况下,MBR系统的出水浊度平均值和稳定性均优于UF系统。根据孔径近似计算的相关理论切割分子质量为100ku的超滤膜的孔径约为0.011Lm,远小于试验中MBR所用的微滤膜的孔径,但由于MBR系统内微滤膜表面泥饼层对引起浊度的物质起到了很好的截留作用,所以MBR系统对浊度的去除效果优于UF系统。对工业废水处理而言,冲击负荷难以避免,考虑到试验的可操作性,仅对MBR系统进行了冲击负荷试验。将精制对苯二甲酸(PTA)废水直接加入MBR系统的进水点,考察系统出水水质的变化。整个运行期间的进、出水浊度见图2图2MBR对浊度的去除由图2可以看出,投加PTA废水使进水浊度增加,但MBR出水浊度几乎没有变化,仍维持在0.14NTU左右,这表明MBR系统具有较强的耐冲击负荷能力。对COD的去除UF系统的进水COD为212~331mg/L,出水COD为182~298mg/L,对COD的平均去除率为16.3%。MBR系统的进水COD为202~374mg/L,出水COD为125~298mg/L,对COD的平均去除率为28%。对两系统的进出水COD作统计分析,结果见表3。表3UF和MBR系统的进、出水COD分析项目平均值（mg/L）均方差(mg/L)变异系数UF进水26.43.660.139出水22.13.420.155MBR进水27.95.160.185出水30.14.250.211比较表3中两系统的进水COD可以看出,气浮、过滤等预处理工艺对COD几乎没有去除作用由此可以推断经纯氧曝气后二沉池出水中的有机物多为小分子质量的有机物。比较UF系统进、出水COD可以看出,切割分子质量为100ku的超滤膜对经预处理后的剩余有机物没有显著的截留作用。另外,MBR对COD的去除效果也不明显,由于MBR采用了较长的HRT,系统内维持了较高的MLSS,所以其生物作用较强,由此可以推断经纯氧曝气处理后二沉池出水中的有机物多为难生物降解有机物。冲击负荷试验期间发现MBR对COD去除的效果较好,试验结果见表4。表4冲击负荷下MBR系统的进、出水COD分析项目最大值（mg/L）最小值（mg/L）平均值（mg/L）平方差值（mg/L）变异系数进水1428512220.460.168出水31.719.225.74.340.458对比表3、4可以发现,正常情况下进水COD的、均方差为5.16mg/L,而冲击负荷阶段则高达20.46mg/L,但该阶段出水COD的均方差与正常情况相比变化不大,这说明在进水COD变化较大的情况下,出水COD没有显著波动。由此可见,在耐COD冲击负荷方面,MBR工艺具有较强的优越性。SDI值SDI主要用于表征水中胶体和悬浮物微粒的多少,是反渗透系统进水水质的重要指标。有研究表明,SDI值与膜表面累积的污染物数量有关,当SDI超过一定数值后,即使只有少量增加,污染物的数量也会大幅增长。所以在满足RO所要求的进水SDI5的前提下,进水SDI值越小对RO系统越有利。试验中对UF和MBR系统的出水SDI进行了检测,结果见表5。表5UF和MBR系统的出水SDI分析项目最大值（mg/L）最小值（mg/L）平均值（mg/L）平方差值（mg/L）变异系数UF3.620.742.50.610.244MBR2.851.832.220.420.189作为精密过滤技术,MF和UF几乎能将水中的胶体和悬浮物全部截留,从表5可以看出,UF和MBR系统的出水SDI值都比较稳定,平均值均小于3但MBR系统出水的SDI平均值略小于UF系统,均方差和变异系数也小于UF系统,这表明MBR的出水水质和稳定性均优于UF系统。结论与建议①MBR与UF系统用于深度处理废水,其出水水质良好。UF系统出水浊度平均为0.18NTU,COD平均为22.1mg/L,SDI平均为2.50;MBR系统出水浊度平均为0.14NTU,COD平均为20.1mg/L,SDI平均为2.22。②在对浊度的去除上,MBR系统无论是出水浊度平均值还是出水浊度的稳定性均优于UF系统。在对COD的去除上,UF系统对预处理工艺出水的COD去除效果不明显;MBR系统耐COD冲击负荷的能力较强,但对经纯氧曝气工艺处理后的剩余难生物降解COD的去除效果不佳。③针对废水的水质特点,为满足RO工艺对进水水质及其稳定性的要求,可在纯氧曝气池后设置一个水力停留时间较短的膜分离池(池内维持较高的污泥浓度)代替二沉池,以提高系统的出水水质和抗冲击负荷能力。