MBR平板膜在煤直接液化廢水中的應(yīng)用
2017年初MBR膜處理系統(tǒng)處理量降低,其中7個(gè)膜池的MBR膜透膜壓差TMP上漲速度加快,2月份中旬發(fā)現(xiàn)有部分膜池產(chǎn)水濁度上升,經(jīng)過(guò)排查部分膜堆發(fā)生泄漏,本次對(duì)這7個(gè)膜池36組膜堆進(jìn)行檢修,主要查找膜片漏點(diǎn)、清理膜片間泥餅,并更換損壞膜片,分析MBR膜損壞、結(jié)垢、透膜膜壓差高,膜片結(jié)垢原因,并針對(duì)上述問(wèn)題優(yōu)化操作,列出相應(yīng)防范措施。目前我們采用的膜堆是進(jìn)口浸沒(méi)式平板MBR膜組件,膜材質(zhì)為聚偏氟乙烯(PVDF)+無(wú)紡布(PET),每片膜的有效面積為1.4平米,每個(gè)膜堆由100片MBR膜組成,目前膜堆到了廠家協(xié)議的5年使用壽命,部分膜堆的膜片已經(jīng)開(kāi)始損壞,根據(jù)MBR膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)特點(diǎn)、運(yùn)行工藝,對(duì)現(xiàn)有膜堆運(yùn)行情況進(jìn)行了分析,同時(shí)在現(xiàn)有的工藝條件下對(duì)國(guó)產(chǎn)MBR膜進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。
1、MBR膜介紹與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
(1)MBR膜系統(tǒng)膜形式及材質(zhì)介紹,目前的MBR膜系統(tǒng)由多個(gè)單元組成,每個(gè)單元由若干個(gè)膜組件組成,每個(gè)膜組件按照上下兩層分布,每100片膜組成一個(gè)膜組件,每片膜膜面積1.4?O,運(yùn)行方式采用過(guò)濾+松歇的方式運(yùn)行,標(biāo)稱(chēng)孔徑0.08微米,膜片材質(zhì):聚偏氟乙烯(PVDF)+PET無(wú)紡布,膜組件底部為曝氣管,產(chǎn)水側(cè)利用自吸泵抽吸出水,池內(nèi)污泥定期循環(huán)。
(2)我公司采用的MBR膜為固液分離型膜,通常人們所指的膜生物反應(yīng)器僅包括固液分離膜生物反應(yīng)器。按膜組件和生物反應(yīng)器的相對(duì)位置,固液分離MBR膜又可以分為浸沒(méi)式膜生物反應(yīng)器和外置式膜生物反應(yīng)器。膜-生物反應(yīng)器(MembraneBioreactor,MBR)技術(shù),是一種新型高效的污水處理工藝,它是用膜組件代替?zhèn)鹘y(tǒng)活性污泥法中的二沉池,大大的提高了系統(tǒng)固液分離的能力。MBR技術(shù)是膜分離技術(shù)與生物技術(shù)有機(jī)結(jié)合的新型廢水處理技術(shù)。它是利用膜分離組件將生化反應(yīng)池中的活性污泥和大分子有機(jī)物截留住,省掉二沉池。因此,活性污泥濃度可以得到大大提高,水力停留時(shí)間(HRT)和污泥停留時(shí)間(SRT)可以分別控制,而難降解的物質(zhì)在反應(yīng)器中不斷反應(yīng)和降解。因此,膜-生物反應(yīng)器工藝通過(guò)膜的分離技術(shù)大大強(qiáng)化了生物反應(yīng)器的功能。
(3)膜-生物反應(yīng)器特點(diǎn)
?、賹?duì)污染物的去除率高,抵抗污泥膨脹能力強(qiáng),出水水質(zhì)穩(wěn)定可靠,出水中沒(méi)有懸浮物。
②水力停留時(shí)間(HRT)與污泥齡(SRT)相互依賴(lài),提高容積負(fù)荷與降低污泥負(fù)荷往往形成矛盾。系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中還產(chǎn)生了大量的剩余污泥,其處置費(fèi)用占污水處理廠運(yùn)行費(fèi)用的25%~40%。傳統(tǒng)活性污泥處理系統(tǒng)還容易出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象,出水中含有懸浮固體,出水水質(zhì)惡化。
?、勰さ臋C(jī)械截流作用避免了微生物的流失,生物反應(yīng)器內(nèi)可保持高的污泥濃度,從而能夠提高體積負(fù)荷,降低污泥負(fù)荷,且MBR工藝略去了二沉池,大大的減少占地面積。
④由于SRT很長(zhǎng),生物反應(yīng)器又起到了“污泥硝化池”的作用,從而顯著的減少污泥產(chǎn)量,剩余污泥產(chǎn)量低,污泥處理費(fèi)用低。
?、萦捎谀さ慕亓髯饔檬筍RT延長(zhǎng),營(yíng)造了有利于增殖緩慢的微生物。如硝化細(xì)菌生長(zhǎng)的環(huán)境,可以提高系統(tǒng)的硝化能力,同時(shí)也有利于提高難降解大分子有機(jī)物的處理效率和促使其徹底的分解。
?、轘MBR曝氣池的活性污泥不因產(chǎn)水而損失,在運(yùn)行過(guò)程中,活性污泥會(huì)因進(jìn)入有機(jī)物濃度的變化而變化,并達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡,這使系統(tǒng)出水穩(wěn)定并有耐沖擊負(fù)荷的特點(diǎn)。
?、咻^大的水力循環(huán)導(dǎo)致了污水的均勻混合,因而使活性污泥有很好的分散性,大大的提高活性污泥的比表面積。MBR系統(tǒng)中活性污泥的高度分散是提高水處理的效果的又一個(gè)原因。這是普通生化法水處理技術(shù)形成較大的菌膠團(tuán)所難以相比的。
?、嗄ど锓磻?yīng)器易于一體化,易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,操作管理方便。
?、崮ど锓磻?yīng)器存的不足,主要表現(xiàn)在幾個(gè)方面:膜造價(jià)高,使膜生物反應(yīng)器的基建投資高于傳統(tǒng)污水處理工藝;膜污染容易出現(xiàn),給操作管理帶來(lái)不便;能耗高,首先MBR泥水分離過(guò)程必須保持一定的膜驅(qū)動(dòng)壓力,其次是MBR池中混合液懸浮固體濃度非常高,要保持足夠的傳氧速率,必須加大曝氣強(qiáng)度,還有為了加大膜通量、減輕膜污染,必須增大流速,沖刷膜表面,造成MBR的能耗、費(fèi)用要比傳統(tǒng)的生物處理工藝高。
2、MBR平板膜在煤直接液化廢水中的應(yīng)用及問(wèn)題分析
2.1 MBR膜系統(tǒng)工藝組成
膜生物反應(yīng)器主要是由膜分離組件及生物反應(yīng)器兩部分組成的。我廠MBR膜工藝組成流程描述:煤直接液化生活污水、低濃度含油污水生化出水、高濃度污水臭氧氧化出水及脫鹽回用工段超濾反洗排水壓力進(jìn)入MBR工段配水井,經(jīng)配水井將污水均勻分配到兩條格柵渠;污水經(jīng)轉(zhuǎn)鼓格柵去除污水中的顆粒物和漂浮物之后自流進(jìn)入A/O池中,轉(zhuǎn)鼓格柵除污機(jī)攔截的顆粒物和漂浮物運(yùn)出廠外。
A/O池由兩個(gè)序列組成。A池為前置的反硝化池,A池中的異養(yǎng)型反硝化細(xì)菌利用來(lái)水中的有機(jī)物作為碳源將混合液中的亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮還原為氮?dú)?。O池為推流式曝氣池,活性污泥中的微生物在有氧條件下,將污水中的有機(jī)物降解成CO2和H2O,將污水中的NH3-N氧化成亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮。來(lái)自MBR膜池中混合液回流至A池進(jìn)行脫氮。O池補(bǔ)充堿度和營(yíng)氧鹽。A/O池出水自流進(jìn)入MBR膜分離間。
2.2 MBR膜運(yùn)行中存在的問(wèn)題
煤直接液化高濃度污水處理MBR膜系統(tǒng)自2013年6月投運(yùn)后運(yùn)行穩(wěn)定,水質(zhì)和水量保持穩(wěn)定,從2016年底開(kāi)始,發(fā)現(xiàn)透膜壓差TMP上漲速度加快的現(xiàn)象,到2017年初透膜壓差TMP上漲速度加快,2月中旬開(kāi)始發(fā)現(xiàn)有部分膜組件的產(chǎn)水濁度上升的情況,經(jīng)過(guò)及時(shí)對(duì)各膜組件的排查,對(duì)泄漏的膜組件進(jìn)行隔離(切斷膜組件摻水閥與系統(tǒng)隔離),產(chǎn)水水質(zhì)恢復(fù)正常,MBR膜拆檢后發(fā)現(xiàn)膜膜片間存有較多的板結(jié)淤泥,大量的板結(jié)淤泥造成了膜表面的機(jī)械污堵,影響到了膜過(guò)濾面積,造成了產(chǎn)水能力的下降,在檢修過(guò)程中清理板結(jié)淤泥時(shí),發(fā)現(xiàn)板結(jié)淤泥中混有較大顆粒的砂礫和鐵銹樣物質(zhì),同時(shí)也發(fā)現(xiàn)膜組件產(chǎn)水管會(huì)有老化現(xiàn)象,有污泥從產(chǎn)水管進(jìn)入系統(tǒng)的現(xiàn)象。
2.3 MBR膜系統(tǒng)問(wèn)題分析
在MBR膜系統(tǒng)檢修和問(wèn)題排查過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)了有部分膜組件出現(xiàn)了機(jī)械破損,膜表面機(jī)械損傷可歸類(lèi)為以下幾種現(xiàn)象,第一種是膜表面只破損一個(gè)或多個(gè)孔洞尺寸約0.5mm-5mm,第二種是膜表面大面積擦傷并有較為明顯的磨損現(xiàn)象,減薄后形成多個(gè)破損孔洞,第三種是膜表面會(huì)發(fā)現(xiàn)較多處壓痕,該壓痕與支撐板表面凸起部位一致,是由于板結(jié)淤泥較多長(zhǎng)時(shí)間對(duì)膜片擠壓所形成的壓痕直至膜片損壞。膜元件破損后會(huì)有大量的污泥從破損部位直接進(jìn)入到了產(chǎn)水側(cè),這也是造成產(chǎn)水濁度升高的根本原因。經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn),機(jī)械破損主要是硬物的刮破和磨破為主。結(jié)合發(fā)現(xiàn)了板結(jié)淤泥和淤泥中存在的砂礫以及鐵銹等硬物,機(jī)械破損主要是由板結(jié)淤泥將硬物壓到膜表面形成較大的力量造成的,曝氣效果差,曝氣偏流或曝氣量小非常容易造成淤泥沉積直至板結(jié),當(dāng)淤泥板結(jié)后膜片間曝氣通量面積減小,曝氣流速增加,從而造成膜片間局部磨損嚴(yán)重,當(dāng)膜池內(nèi)有砂礫或鐵銹時(shí)極易造成膜片損壞。膜組件產(chǎn)水管為直徑8mm,材質(zhì)是PU的透明軟管,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用產(chǎn)水管會(huì)老化變硬,顏色變成褐色,污泥極易從產(chǎn)水管漏入產(chǎn)水系統(tǒng)。
MBR膜片表面有垢類(lèi)物質(zhì),顏色為褐色居多,通過(guò)對(duì)污染物的測(cè)試,發(fā)現(xiàn)污染物基本上都是無(wú)機(jī)物。經(jīng)過(guò)分析垢類(lèi)物質(zhì)成分主要是由硅,鋁,鐵,鈣和錳等等。其中錳,鋁元素主要來(lái)自于污水中自身含有的成分或者前級(jí)系統(tǒng)的藥劑投加,但較高的鐵垢懷疑和嚴(yán)重腐蝕的碳鋼件存在關(guān)系,硅的污染除污水中外,與膜池脫落的混凝土也應(yīng)該有聯(lián)系。鈣污染和系統(tǒng)增加的一股較高硬度的污水可能存在關(guān)系。
形成了結(jié)垢的污染物后,膜表面明顯會(huì)變粗糙,污染物在粗糙的表面上難以依靠氣體擦洗將污染物去除掉。另外,形成了較厚的結(jié)垢污染層后,也影響到了透膜壓差的升高,加重和加速了MBR膜的污染。這從實(shí)際情況看,較高硬度水進(jìn)入系統(tǒng)一段時(shí)間以后,透膜壓差TMP的增速加快也可以觀察到。
對(duì)于污染物的情況,當(dāng)時(shí)進(jìn)行了一些現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行了觀察,發(fā)現(xiàn)結(jié)垢物質(zhì)在檸檬酸中很難溶解,在次氯酸鈉中完全不溶解,但是在一定濃度的鹽酸和硝酸中會(huì)較快的溶解。結(jié)合之前的清洗情況看,主要以次氯酸鈉和檸檬酸藥劑的清洗對(duì)于現(xiàn)有形成的污染物去除效果有限。
2.4 MBR膜存在問(wèn)題解決措施探索及預(yù)防措施
(1)通過(guò)對(duì)MBR膜片表面板結(jié)淤泥的清理,泄露膜片的更換,池內(nèi)帶有砂礫及鐵銹的淤泥清理,MBR膜系統(tǒng)的產(chǎn)水水質(zhì)和水量完全能夠達(dá)到生產(chǎn)的要求,系統(tǒng)運(yùn)行正常。對(duì)整個(gè)MBR系統(tǒng)的檢修過(guò)程進(jìn)行分析,MBR膜系統(tǒng)問(wèn)題的主要原因是膜片間板結(jié)的淤泥,污堵了膜組件,造成系統(tǒng)處理量降低。系統(tǒng)中有部分機(jī)械破損的膜元件存在,但是數(shù)量較小,對(duì)于整個(gè)膜系統(tǒng)的產(chǎn)水水量和水質(zhì)不會(huì)造成大的影響,多數(shù)膜池板結(jié)淤泥清理后,產(chǎn)水水量迅速恢復(fù),膜組件進(jìn)行化學(xué)清洗后,透膜壓差也有了明顯下降,但本次化學(xué)清洗方案根據(jù)垢樣進(jìn)行了優(yōu)化,化學(xué)清洗藥劑進(jìn)行了更換,目前清洗效果較好。
(2)MBR膜系統(tǒng)的運(yùn)行問(wèn)題分析和預(yù)防措施
由于系統(tǒng)污水水質(zhì)與之前有所變化(較高硬度的污水進(jìn)入系統(tǒng)),加速了系統(tǒng)的結(jié)垢,對(duì)于高硬度水的情況,依照之前主要以有機(jī)物污染為主的以次氯酸鈉清洗方式不完全適用,對(duì)于高硬度污水,無(wú)機(jī)污染的情況超過(guò)了有機(jī)污染,因此需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)調(diào)整操作維護(hù)的方式。對(duì)于無(wú)機(jī)污染,需要計(jì)劃增加酸洗的頻率,更改化學(xué)清洗配方,及時(shí)了解水質(zhì)變化的情況,關(guān)注透膜壓差變化情況,發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)分析處理。
MBR膜片間板結(jié)淤泥的形成,除了水質(zhì)變化外,與膜池沉積的淤泥有一定關(guān)系,MBR膜污水系統(tǒng)一直處于高生產(chǎn)負(fù)荷的狀態(tài)。在全廠檢修時(shí),依然會(huì)有較多的水量要處理,無(wú)法清理膜池內(nèi)的淤泥,需要定期清理池內(nèi)被污染的淤泥。膜池曝氣效果差,曝氣效果不均勻、曝氣量小等加速了淤泥在膜片表面的附著;曝氣效果長(zhǎng)時(shí)間不好,極易導(dǎo)致膜片間淤泥板結(jié)。為避免板結(jié)淤泥的形成需要經(jīng)常關(guān)注曝氣量是否均勻,曝氣量是否過(guò)小,曝氣間隙時(shí)間是否過(guò)長(zhǎng),悶曝時(shí)間是否過(guò)短,要實(shí)現(xiàn)精細(xì)化操作。
MBR膜池中池壁等預(yù)埋件、與污泥回流泵入口管都是碳鋼材質(zhì),長(zhǎng)期使用后發(fā)生腐蝕現(xiàn)象,有大量的鐵銹進(jìn)入池中,要對(duì)能產(chǎn)生鐵銹的部件進(jìn)行更換或是防腐處理,以避免銹渣和砂礫損壞膜組件。MBR膜池前端A/O池封閉避免砂礫等雜物掉落進(jìn)入MBR系統(tǒng),損壞MBR膜片。
定期組織對(duì)膜組件進(jìn)行檢查,拆檢一組膜組件,檢查膜片的結(jié)垢情況,檢查是否有淤泥板結(jié)的傾向,檢查有無(wú)機(jī)械損傷,檢查產(chǎn)水管是否老化等,以便能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)處理,避免事態(tài)擴(kuò)大并做出預(yù)防和糾正措施,保證系統(tǒng)的運(yùn)行安全可控。
3、MBR膜在煤直接液化廢水應(yīng)用的探索
隨著我國(guó)國(guó)內(nèi)環(huán)保壓力增加,水處理行業(yè)發(fā)展迅速,國(guó)產(chǎn)膜發(fā)展與應(yīng)用較為廣泛,但大型工業(yè)化的相對(duì)較少,國(guó)內(nèi)使用的MBR膜形式各異,以浸沒(méi)式膜生物反應(yīng)器為主,運(yùn)行效果層次不齊。2017年10月份選用國(guó)產(chǎn)某名牌盒式MBR平板膜進(jìn)行實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)的MBR膜根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)有尺寸進(jìn)行安裝實(shí)驗(yàn),出水管裝有就地流量計(jì),實(shí)驗(yàn)至2018年10月份,運(yùn)行效果良好,膜通量未見(jiàn)明顯衰減,膜未發(fā)現(xiàn)有損壞現(xiàn)象,由于做實(shí)驗(yàn)只安裝一組,透膜壓差無(wú)數(shù)據(jù),2018年10月份吊出檢查發(fā)現(xiàn)膜表面有結(jié)垢現(xiàn)象,實(shí)驗(yàn)廠家已取樣回廠進(jìn)行分析,根據(jù)分析結(jié)果再進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案。
4、結(jié)語(yǔ)
MBR浸沒(méi)式平板膜在煤直接液化廢水中是首次應(yīng)用,從產(chǎn)品出水指標(biāo)、運(yùn)行效果,設(shè)備使用壽命等都非常好。通過(guò)幾年的運(yùn)行發(fā)現(xiàn)了若干的問(wèn)題,如池中部件腐蝕、污泥過(guò)多、輸入介質(zhì)變化、曝氣不均勻、膜片間泥餅板結(jié)、膜表面結(jié)垢、池內(nèi)有砂礫、前端A/O池未封閉等等問(wèn)題,造成了MBR膜透膜壓差高、處理量降低、膜片破損,但通過(guò)優(yōu)化操作,優(yōu)化MBR膜化學(xué)清洗方案,定期清理檢查膜池膜片,對(duì)腐蝕部件更換或做防腐等措施來(lái)保證MBR膜膜片不淤積泥餅不損壞,達(dá)到長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行,同時(shí)也優(yōu)化了檢修方案,大大的縮短了檢修時(shí)間。進(jìn)口MBR膜更換成本較高,通過(guò)國(guó)產(chǎn)MBR膜試用,積累國(guó)產(chǎn)膜的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),再次選擇MBR膜時(shí)可以多一種選擇,可以降低MBR膜的更換成本。(來(lái)源:中國(guó)神華煤化工有限公司鄂爾多斯神華煤制油分公司環(huán)儲(chǔ)中心)
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