MBR设计讲座

MBR膜生物反应器－FLEXELL中空纤维膜组件欧梅塞尔(北京)膜技术有限公司2005.9.16MBR工艺概述污泥回流泵出水空气污水缺氧区好氧区常规生物处理工艺示意图1.1常规污水生物处理工艺沉淀池循环水泵MBR工艺概述循环水泵出水空气污水缺氧区膜区好氧区MBR示意图1.2MBR污水处理工艺MBR工艺概述1.3MBR的技术优势¾出水水质好¾工艺参数易于控制，能实现HRT与SRT的完全分离¾设备紧凑，占地少¾剩余污泥产量少¾有利于增殖缓慢的硝化细菌的截留、生长和繁殖¾克服了常规活性污泥法中容易发生污泥膨胀的弊端¾系统可采用PLC控制，易于实现全程自动化MBR工艺概述1.4MBR的重点应用领域¾现有城市污水处理厂的更新升级¾无排水管网系统地区的污水处理，如开发区、度假区、旅游风景区等¾有污水回用需求的地区或场所¾高浓度、有毒、难降解工业污水的处理¾垃圾填埋渗滤液的处理及回用¾在小规模的污水处理厂(站)的应用FLEXELL中空纤维膜组件2.1膜材料中空纤维膜的材料为PVDF(聚偏氟乙烯)，PVDF是一种氟化聚合物，具有300万～400万的分子量，有很强的物理强度和化学稳定性致密表皮层海绵状支撑层FLEXELL中空纤维膜组件FLEXELL组件所用的的PVDF膜表面上孔直径小而均匀，这使得膜不仅可生产高质量的产品水，而且防止孔的污堵。根据孔直径分布的数据，FLEXELL组件PVDF膜表面平均孔的直径约0.1微米。2.2膜孔径FLEXELL中空纤维膜组件若干个FLEXELL膜元件构成一组，若干组膜元件构成一个MBR系统。2.4膜元件FLEXELL中空纤维膜组件2.5标准FLEXELL膜元件规格3.0bar膜两侧最大容许压差1.0bar最大抽吸压力2~12pH5~40℃工作水温操作条件硅胶管集水管铸铁配重块UPVC中心管PVDF膜丝材料1450有效膜长度(毫米)2234元件长度(毫米)20膜面积(平方米)0.1公称孔径(微米)尺寸浸没式构型中空纤维膜型式FLEXELL膜元件型号参数项目FLEXELL中空纤维膜组件2.6FLEXELL膜元件安装根据实际水量以及生化池的尺寸进行分配，若干支FLEXELL元件构成一组，若干组元件构成一个系统。DN50多支FLEXELL元件安装剖面图多支FLEXELL元件安装俯视图FLEXELL中空纤维膜组件9膜组件与MBR池壁之间的距离设为D1，两个膜组件之间的距离设为D2。这两个距离对于实现恰当的由冲洗空气引起的液体循环非常重要，推荐D1的距离不小于100毫米，D2的距离不小于150毫米。9在MBR池中液体的水平面与浸没式膜组件有效膜丝最高点之间的距离，在运行时不应小于150毫米，以保持冲洗空气带动液体恰当的循环。9曝气管和池底之间的距离不应小于400毫米，以防止膜组件下面的污泥沉积。2.6FLEXELL膜元件安装MBR系统设计MBR系统设计3.1工艺路线的选择原水泵生活污水粗隔栅曝气沉砂池细隔栅缺氧池MBR池消毒池出水残存污泥储存池沉渣剩余污泥污泥回流3.1.1针对生活污水的推荐工艺流程MBR系统设计3.1工艺路线的选择原水泵工业废水粗隔栅曝气沉砂池细隔栅好氧池MBR池消毒池出水残存污泥储存池沉渣剩余污泥污泥回流缺氧池3.1.2针对工业废水有机物去除为主的推荐工艺流程MBR系统设计3.1工艺路线的选择原水泵工业废水粗隔栅曝气沉砂池细隔栅缺氧池MBR池消毒池出水残存污泥储存池沉渣剩余污泥污泥回流好氧池3.1.3针对工业废水氨氮去除为主的推荐工艺流程缺氧池MBR系统设计3.2膜池的设计3.2.1缺氧池容积设计原则：氮容积负荷定为0.2kg-N/(m3.d)以下；流入缺氧池水的含氮量为Q1×C氨氮；需要缺氧池容积为Q1×C氨氮÷0.2以上。3.2.1膜生物反应池容积设计原则：BOD容积负荷在2.0kg-BOD/(m3.d)以下设计缺氧池对进水BOD的去除率为η(20%～50%)，则流入膜生物反应池的BOD浓度为CBOD×(1-20%)；需要的膜生物反应池的容积为CBOD×(1-20%)÷2以上。MBR系统设计3.3膜元件的选择mg/L℃N.m3/m2.hL/m2.hL/m2.hmg/L单位溶解氧温度冲洗空气流量反洗水流量产水流量活性污泥浓度参数50~800.3~0.510~320.215~353,000~12,000范围3.3.1MBR中FLEXELL膜组件的标准操作条件MBR系统设计3.3膜元件的选择3.3.2膜元件的数量¾选择合适的膜通量¾确定所需要的膜面积¾根据单支元件的膜面积确定膜元件的数量™MBR膜在运行过程中涉及反洗等操作，因此必须综合考虑水的利用率以及元件的停歇时间MBR系统设计3.4MBR产水系统出水空气膜区方案一：出水空气膜区方案二：真空泵离心泵离心泵气水分离器ƒ产水系统可采用连续运行或间歇运行两种不同的运行方式ƒ对于微污染源水或MBR池MLSS浓度低的系统可连续产水ƒ对于高MLSS的系统，可选用抽吸与停抽相结合的运行方式MBR系统设计3.5MBR反洗气洗系统出水空气膜区方案一：膜区方案二：离心泵反洗泵空气产水箱MBR系统设计3.6反洗加药系统和CEB系统出水膜区离心泵反洗泵空气NaClO计量箱计量泵3.6.1反洗加药MBR系统设计MBR系统设计3.6反洗加药系统和CEB系统出水膜区离心泵反洗泵空气NaClO计量箱计量泵3.6.2CEB(推荐选用)酸计量箱计量泵MBR系统设计3.6反洗加药系统和CEB系统3.6.2CEB(推荐选用)结合有机物污染通过碱洗效果明显、盐结垢通过酸洗效果明显的原理，将化学加强反洗程序引入到MBR膜的运行过程中。通过类似于低强度的化学清洗的操作，将MBR膜的污染消除在刚形成的阶段，阻止膜污染得不到及时恢复形成协同恶化的效应。次氯酸钠氢氧化钠盐酸、柠檬酸、草酸化学药剂氧化剂碱酸加药种类0.05%～0.1%次氯酸钠0.02%～0.05%氢氧化钠控制pH在2.5～3.5之间加药浓度推荐的化学加强反洗化学药剂及加药浓度MBR系统设计3.7化学清洗系统出水膜区离心泵反洗泵空气NaClO计量箱计量泵通向空气化学清洗槽化学清洗泵V1V2MBR系统设计3.7化学清洗系统当过滤进行较长的时间后，膜会收到一定程度的污染，化学清洗仅仅为了去除污染和污堵膜的物质。化学清洗的频率和操作的条件与进水的水质有关。通常情况下运行1～3个月或在相同的运行条件下透过膜的压差比初期上升的0.5bar以上时就应该进行化学清洗。由于膜污染较轻的时候进行化学清洗更为有效，及时定期进行化学清洗将使得系统的运行更为稳定。0.1mol/LpH121000～5000mg/L浓度盐酸氢氧化钠次氯酸钠(浓度10%)化学药剂无机物有机物有机物污染物1～2h1h1～2h清洗时间推荐的化学清洗药剂MBR系统设计3.7化学清洗系统¾确认V1阀关闭，化学清洗泵停止；¾根据上表中化学药剂浓度准备相应的化学药剂；¾停止过滤系统运行；¾启动化学清洗泵，开启V2阀，循环化学药剂；¾打开V1阀，关闭V2阀，向受污染的膜组件注入化学药剂；¾化学药剂标准进水量为每一支膜元件6.5升；¾当确认清洗槽中的清洗药剂需要添加的时候，停止化学清洗泵；¾放置一定的时间，具体时间根据上表中所示数据定；¾关闭V1阀，打开反洗泵与反洗阀，执行反洗操作；¾重新开始正常的过滤运行。MBR系统设计3.8曝气系统曝气系统主要为膜生物反应池的微生物生长代谢提供氧气生物作用需氧量中氧的主要作用有：①将一部分有机物氧化分解；②对自身细胞的一部分物质进行自身氧化；③对原水中的氨氮进行氧化。MBR系统设计3.8曝气系统代谢原水中有机物需氧量：其中：Q－进水流量(m3/d)；y－产率系数(典型值＝0.5)；f－进水中不溶性所占的比例(典型值＝0.8)；L0－进水浓度(mg/L)；Le－出水浓度(mg/L)；维持微生物自身活性即微生物细胞部分物质进行自身氧化需氧量：－微生物自身衰减系数(典型值＝0.1d-1)；－生化池中生物固体浓度(mg/L.MLVSS)；－膜生物反应池容积(m3)；MBR系统设计3.8曝气系统氨氮硝化需氧量：微生物生物作用的总需氧量:G=G1+G2+G3空气中氧气的质量百分比为23%；设计氧气的传质溶解效率为3%；则生物作用需要的空气量为：G÷23%÷0.03＝145GQ57.43⋅⋅=氨氮CGMBR系统设计3.9自动控制系统60-90S5-10min30-60S2-8min30-60S15-30min时间○进气阀○○○反洗阀○产水阀○化学药剂泵○○○反洗水泵○抽吸泵泵阀状况表停机冲洗浸泡CEB进药停抽气水反洗运行步序7654321序号步骤停机运行状态1、当不进行分散化学清洗时，程序运行按1-2-7或1-2-3-7进行2、程序转换时所需考虑的缓冲时间应在实际编程时进行考虑。MBR系统设计3.9自动控制系统程控步续表中有停抽步骤，为降低或缓解运行中的膜污染，一般在运行的间歇设置一段停抽时间。在MBR中，抽停时间对于膜的污染状况影响很大，因此建议在运行过程中均设置一定时间的停抽,比如抽吸运行10min，停止2min等。但如果原水状况较好而且MBR池中膜区污泥浓度不高，可省去该步骤。MBR系统设计3.10辅助设施从膜生物反应池到缺氧池的硝化液循环量根据要求氨氮的去除率来决定。从膜生物反应池到缺氧池的循环比如果为R，硝化液循环量则为RQ，从缺氧池到膜生物反应池的混合液量则为(R+1)Q.此时最大的脱氮率为R/(R+1)×100%。设计时根据实际需要的氨氮脱除率计算出R，并由此决定循环水泵的功率和流量。3.10.1污泥回流系统MBR系统设计3.10辅助设施3.10.2氮磷营养药剂投加系统微生物生产繁殖代谢所需要的营养比为BOD:T-N:T-P＝100:5:1。添加氮磷营养药剂以补充原水中氮磷不足部分的量。1)氯化氨：NH4Cl，溶解度37.2g/100g使用量(kg/d)=(流入BOD×5/100－流入T-N)×53÷142)硫酸氨：(NH4)2SO4，溶解度75.0g/100g使用量(kg/d)=(流入BOD×5/100－流入T-N)×132÷283)磷酸铵：(NH4)3PO4，氮磷均不足时使用(氮)使用量(kg/d)=(流入BOD×5/100－流入T-N)×149÷42(磷)使用量(kg/d)=(流入BOD×1/100－流入T-P)×149÷15MBR系统设计3.10辅助设施3.10.3有机营养药剂投加系统使BOD/N成为3以上而添加不足部分的BOD，一般投加的有机营养物为甲醇。1gBOD相当于1.3g的甲醇，使用50%的甲醇(比重为0.8)、完全不存在BOD的场合下甲醇的添加量为：Qm3/d×C氨氮mg/L×10-3×3×1.3kg甲醇/kgBOD×100÷50÷0.8kg/L；单位：L/dMBR系统设计3.10辅助设施3.10.4碱度补充系统¾完全硝化1mg的氨氮需要7.14mg的CaCO3碱度；¾完全硝化1mg的氨氮会产生1mg的亚硝酸盐氮或硝酸盐氮；¾完全反硝化1mg的亚硝酸盐氮或硝酸盐氮会产生3.57mg的CaCO3碱度。¾假设系统中硝化产生的亚硝酸盐氮或硝酸盐氮能完全反硝化，则氨氮硝化所需要的额外碱度为：Qm3/d×(进水C氨氮－出水C氨氮)mg/L×10-3×3.57¾单位：mg/dCaCO3碱度。¾若进水中碱度不能保证在上述值以上，为保证硝化的进行和氨氮的设计去除率，必须补充外加碱度。一般采用投加Na2CO3或NaHCO3。¾1mgNa2CO3相当于0.94mgCaCO3碱度；1mgNaHCO3相当于1.19mgCaCO3碱度；