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污水处理技术篇:浸没式MBR工艺的设计要点  

2016-04-01 15:22:18|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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来源:中国给水排水 

目前,MBR应用日渐增多,但其设计和运行经验不足,其风险也未引起足够的重视。与传统的活性污泥工艺有很大的不同,浸没式MBR工艺在设计时应考虑流量变化适应性、严格的预处理、污泥回流挟带溶解氧、供气量不足、管材设备腐蚀等诸多问题。

1 流量变化的应对

受膜组件透水量的制约,MBR适应进水流量变化的能力较弱。设计MBR时,应充分分析流量的变化,根据最大时、最大日、平均时、最大月和年均流量等适当选取膜面积。

当流量变化过大时,如最大流量超过2倍的平均流量,一般采取增设调节池、加大生化池超高和增设膜组件等措施。调节池应考虑臭味、搅拌、曝气和加盖等问题。如增加生化池超高,则应考虑生化池水位变化对风机供气量的影响。如果采用离心风机,则生化池水位变化不宜超过0.5~1.0m,否则应采用带变频的多级离心泵或容积式风机。小型MBR建议采用罗茨风机。涡轮风机的应用不多,尚需更多的工程经验积累和验证。

为了适应流量变化,也可将MBR工艺和其他工艺(强化一级处理或活性污泥法工艺)平行设置,二者出水混合后排放。现有污水厂改造扩容时,可考虑这种方式。

2 预处理单元

2.1超细格栅

污水中的毛发等纤维类杂物会对膜造成伤害。因此除了设置传统的粗细格栅外,几乎所有的MBR都需要设置1~3mm的超细格栅。超细格栅的参数要求一般根据膜设备厂家的要求确定。鉴于超细格栅对膜的重要性,超细格栅必须设置备用。为了减小超细格栅的负荷,或原有污水厂改造时,也可将超细格栅放置在初沉池后、曝气池和膜池之间,或回流污泥和混合液等侧流渠道处。超细格栅可能还需考虑油脂黏附问题,用热水去除油脂也是一个有效可行的办法。

2.2除砂和除油脂

污水中的砂会对膜造成损坏,小型MBR也可考虑利用流量调节池甚至生化池沉砂。如果污水中的油脂浓度超过50~100mg/L或污水中存在矿物油,则应考虑增设除油装置。目前国内常用的做法是曝气沉砂池加设除油装置。在除砂的同时,利用曝气将油脂浮至水面,再依靠除油装置去除。

2.3初沉池

设初沉池能够减轻生化池负荷,降低曝气能耗;采用深池型初沉池,并增加发酵污泥回流,可增加污水中挥发性脂肪酸(VFA)比例,从而有利于生物脱氮除磷;初沉池还可去除油脂和细小砂粒;给超细格栅提供备选位置(超细格栅可置于初沉池后)。若不设初沉池,则可减小占地面积、减小污泥处理规模,并为生物脱氮除磷提供更多的碳源。是否设置初沉池,应结合污泥处理和现场条件综合考虑。

3 生化单元

3.1流程和参数

由于膜组件需要大量的擦洗空气,因此膜池内的溶解氧浓度很高,但设计时一般不考虑膜池内发生的生化反应。MBR的污泥回流比较高,因此回流污泥中挟带有大量的溶解氧。在仅仅考虑去除碳的工艺中,这部分溶解氧可抵消一部分供氧量,从而减少风机需求量。但在脱氮除磷工艺中,这部分溶解氧如进入厌氧池或缺氧池,则会起到相反作用。

另外,回流污泥中也会含有大量硝酸盐,因此污泥回流也会起到硝酸盐回流的作用。综上,MBR脱氮除磷工艺应谨慎选择回流方式。

MBR常用三种流程如图1所示。


图1MBR脱氮除磷生化池及回流的布置形式

典型设计参数如表1所示。

表1MBR生化池的典型设计参数(城镇污水)


3.2污泥浓度

MBR的MLSS值远比传统活性污泥法大,提高MLSS会降低占地面积,但可能导致好氧池供气不足。较高的MLSS也可能会降低膜通量并增加膜清洗频率。关于膜通量和MLSS之间的关系,尚无一致结论,应慎重选择生化池和膜池的MLSS值。沿着水流方向,生化池内的MLSS存在浓度梯度,可采取多点进水或延长进水区长度的方式降低这个梯度。

生化池和膜池MLSS浓度差异较大,二者与污泥回流比R的关系为:MLSS生化池=MLSS膜池×R/(1+R)。如果生化池MLSS为8000mg/L,膜池MLSS为10000mg/L,则所需的污泥回流比为400%。较大的混合液回流和污泥回流量可能会导致生化池产生短流,回流量的大幅度变化也会导致生化池和膜池水位发生较大涨幅。因此,生化池和膜池超高宜取大值,一般不少于0.90m。

3.3供氧

MBR采用了较高的MLSS,这不仅仅加大了供气量的要求,而且也降低了供气效率。MBR一般采用供气效率较高的微孔曝气器或曝气管,工程中严格控制池底面积和曝气器面积的比值(见表1)是经验的做法。

3.4其他问题

丝状菌膨胀会导致膜污染,因此MBR仍需考虑污泥膨胀问题。MBR的SRT较长,F/M值相对较低,较易出现低负荷导致的污泥膨胀。较长的SRT也会加剧泡沫的出现,选择消泡剂时应充分考虑膜的耐受性。MBR的生化池也会产生浮渣,浮渣进入膜池后会对膜组件产生不利影响,在生化池设置浮渣溢流装置是值得考虑的方法。

4 膜池

4.1基本参数

选择低通量能减少膜的维护量,延长膜寿命,更能应对流量变化,但增加了膜面积和初期投资。因此,应综合设计流量、水温、MLSS和SRT等因素来选择膜通量。膜组件维护和检修时需要停运,因此确定膜组件数量时应富余1~2组。确定膜池面积时,应考虑膜的更换、清洗和吊装维护所需的空间。

考虑到工程运行后期可能会更换膜厂,因此确定膜池尺寸时应留出足够的安装和施工空间,一般宜富余10%~50%的量。膜池的供气量一般为0.1~0.6Nm3/m2膜面积,具体数值遵照膜厂家的要求。膜的清洗液一般为柠檬酸、草酸和次氯酸钠,大中型污水厂可采用混合液稀释的方法处理这些清洗液,小型MBR污水厂混合液少则可能需要单独的池子进行酸碱中和。

4.2管材和设备

为了防止抽吸管道内积气,膜池和抽吸泵之间的管道应设气水分离装置,采用自吸泵也是一个备选方案。膜池进水管处宜设置挡板,以减少进水对膜组件的强烈水流冲击。膜的化学清洗液有腐蚀性,可能接触到化学药剂的水泵、管路和膜池等均应考虑防腐。

膜池或膜的清洗池常采用HDPE或玻璃钢材质,混凝土池应采取防腐措施,可采用聚氨酯防腐涂层,也可采用传统的环氧树脂衬层。气动阀门可靠性高、耐腐蚀,一般优先采用,确定起吊装置时应考虑膜丝上黏附的污泥质量。鉴于PLC的重要性,PLC必须设有备用。另外,还应设膜的完整性检测装置,如果采用中空纤维膜,也可采用反冲气来检测膜丝是否出现断裂和泄漏。

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