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MBR膜
选自《净水技术》杂志2014年第五期 《再生水厂MBR工艺的膜寿命评价》 王晓爽等著           more
本专题通过研究北京市某再生水厂已运行5年的MBR工艺膜系统,从不同膜寿命概念出发,利用多种方法对该厂膜寿命进行评价,为MBR膜产品使用寿命的判定提供方法借鉴。膜生物反应器(MBR)是将膜分离技术应用于污水处理领域而产生的污水处理和再生水回用工艺。由于该工艺出水品质高、所需占地面积小等特点,从20世纪90年代以来得到了广泛应用。但它始终被认为是一种高成本的工艺,主要是因为膜的初期建设投资费用高、后续膜更换费用高,以及相对传统活性污泥法需要更高的运行能耗。
再生水厂MBR膜工艺综述
膜生物反应器(MBR)是将膜分离技术应用于污水处理领域而产生的污水处理和再生水回用工艺。由于该工艺出水品质高、所需占地面积小等特点,从20世纪90年代以来得到了广泛应用。但它始终被认为是一种高成本的工艺,主要是因为膜的初期建设投资费用高、后续膜更换费用高,以及相对传统活性污泥法需要更高的运行能耗。研究表明膜的更换周期(即膜寿命)是影响MBR项目投资效益的最关键因素。 目前业内对于膜寿命的定义仍未统一。在《膜分离技术术语》(GB/ T 20103—2006)中规定,膜寿命是在正常的使用条件下,膜或膜元件维持预定2528—2012)中规定,在设计运行条件下,膜元件使用寿命不低于3年。
>> 某再生水厂MBR工艺介绍
MBR概述
北京市某再生水厂的MBR污水处理系统于2008年4月建成投运,处理规模为6×10^4m3/d,设计及实际运行中进、出水水质如表1表示。该系统的生 物处理部分为UCT工艺,由厌氧段、缺氧段和好氧段组成。膜处理部分分为8条膜池,安装Memcor B30R膜组件共计4864个,总膜面积182886.4㎡,系PVDF中空纤维膜。运行中主要采用维护性清洗(MC)和化学在线清洗(CIP)对膜进行维护。
膜系统运行情况
截至2013年5月,该MBR系统已运行5年,期间未对膜组件进行更换。系统运行3年后,产水量出现较为明显的衰减,跨膜压差在单个CIP清洗周期内增长迅速,运行中需要缩短清洗周期以维持产水量。
水质水量
膜系统产水量、CIP清洗周期和平均通量的变化。2008年5月~2011年12月,该MBR系统能够保持5.3×10^4m3/d 左右的日均产水能力,平均膜通量为13.8LMH。2013年上半年,系统日均产水量下降至3.4×10^4 m3/d,平均膜通量8.9LMH,较设计值衰减了43% 。
虽然进水污染物负荷有逐年增高的趋势,但MBR工艺仍然保证了常规指标的稳定达标。图2显示了膜产水的SS、浊度及粪大肠菌群指标,这些指标体现着膜本身的截留分离能力。出水的SS和浊度始终比较稳定,分别小于5mg/L和2NTU。粪大肠菌群自2012年起有逐渐升高的趋势,但基本小于500个/L,能够满足出水水质要求。
>> MBR膜寿命评价方法研究
以产水能力和水质判断膜寿命
膜厂商多以膜系统的产水量和产水水质不能达到设计要求作为判断膜寿命的标准。对于该再生水厂而言,仅在2008年8月达到了设计日处理量6×10^4m3/d的要求,随后因进水水量不足未达产,直至2009年9月恢复到日处理量5×10^4m3/d 的水平,产水水质始终稳定达标。若依据上述膜寿命概念,得出的膜寿命结论是不合理的。。
透水率衰减预测膜寿命
        绘制再生水厂膜寿命预测图(如图3),该图分别列出了膜系统中的两座膜池在运行5年期间历次化学在线清洗前后的透水率数据,这些数据已校正到最不利水温(15℃)。图中最上方的曲线为化学在线清洗后透水率可恢复的最高值的线性拟合,利用该曲线可追踪膜的不可恢复性污染。
累积氯接触值法
  膜供应商通常会给出膜的最大累积氯接触值,用于衡量在膜使用期限内膜能够承受的累积氯接触量。Memcor公司就B30R 膜组件给出的最大累积氯接触值为1000000ppm·h。在运行5 年后,该再生水厂的MBR 膜系统的累积氯接触值达到250000~330000ppm·h。若按照最大清洗频次,即每膜池1 个月进行两次CIP氯洗,还能够运行3~3.5 年。
膜性能检测法
膜表面形态:将中空纤维膜丝内表面、外表面、断面制成样品,用扫描电子显微镜成像观测。
膜组件纯水通量:将新膜组件与使用5年的膜组件用纯水通量检测装置进行通量检测。
机械强度:拉强度是基于膜丝拉断时所受的最大拉伸力的计算值,反映膜材料的断裂抗力。
膜性能检测结论:将新膜组件与使用5年的膜组件用纯水通量检测装置进行通量检测。
>> 关于MBR工艺膜寿命的讨论与结果
  以系统的产水能力和产水水质来判断膜寿命不具有通用性
对于某些设计能力不足或上游来水不稳定的膜系统,该方法就不适用。此外,对于进水超标、突发异常膜污染等运行事故,产水水量和水质短时无法达到要求,也不能就此得出膜寿命到期的结论。
  透水率衰减法对预测膜寿命具有指导意义
对于一个稳定的膜系统,随着运行时间的增加,膜的不可恢复性污染逐渐积累,最直接的体现就是透水率衰减。利用透水率衰减曲线来反映膜的不可恢复性污染和膜有效过滤面积的缩小是可行的。
  根据累积氯接触值法能够得出一个膜寿命的期待值
但该值通常远超出膜的实际使用年限,因此用于预测膜寿命并不理想。随着累积氯接触值的增大,膜丝与膜组件框架之间的结合逐渐减弱,膜丝容易脱出膜组件框架造成断丝,膜丝的机械性能也会衰减。但在达到最大累积氯接触值前,膜就因为不可恢复性污染等原因失去了使用价值。
  膜性能检测法可以作为判断膜寿命的一种方法
膜性能检测能够定量地反映出膜丝各方面的性能变化。对长期运行的膜进行周期性的跟踪检测,能够帮助运行人员对膜丝状态有更直观的了解,也有助于规避运行中的潜在风险。但由于业内尚缺少相关膜性能指标限值的标准,以及受样品检测量和取样代表性的限制,此方法仅推荐作为判断膜寿命的辅助手段。

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