MBR膜—MBR工藝、設計要點及清洗維護

MBR工藝是水處理領域不可不知的工藝，對于從事水處理的工程人員，一定要搞懂。本文針對MBR工藝展開，內容干貨、全面，主要包含以下6個部分內容：

01  3D解析MBR工藝原理

02  MBR工藝的優勢和不足

03  各式MBR膜特性對

04  平板膜和中空膜預處理要求

05  MBR設計信息需求

06  MBR工藝應用要點

02 MBR工藝的優勢和不足

 

MBR的優勢

高效的固液分離，出水水質優質穩定。

剩余污泥產量少。

占地面積小，無需二沉池，工藝設備集中。

可去除氨氮及難降解有機物。

克服了傳統活性污泥法易發生污泥膨脹的弊端。

操作管理方便，易于實現自動控制。

 

MBR的不足

投資大：膜組件的造價高，導致工程的投資比常規處理方法增加約30％－50％。 

能耗高：泥水分離的膜驅動壓力;高強度曝氣；為減輕膜污染需增大流速。

膜污染清洗。

膜的壽命及更換，導致運行成本高。膜組件一般使用壽命在5年左右，到期需更換。

 

各式MBR膜特性對比

各種膜組件特性表
名稱/項目	中空纖維式	毛細管式	螺旋卷式	平板式	圓管式
價格（元/m³）	40-150	150-800	250-800	150-600	400-1500
充填密度	高	中	中	低	低
清洗	難	易	中	易	易
壓力降	高	中	中	中	低
可否高壓操作	可	否	可	較難	較難
膜形式限制	有	有	無	無	無

 

中空纖維膜組件和板式膜組件的比較
中空纖維膜組件	板式膜組件
中空纖維膜絲柔性, 可反沖洗	支撐板式平板膜:膜片為剛性,不可反沖洗
獨立的清洗	獨立的清洗
填充密度：160m²/m³	填充密度：80m²/m³
典型膜通量：15L/m².h	典型膜通量：20L/m².h
纏繞式纖維物質，污泥堵塞,卡在纖維間，無法通過反沖去除	溝槽式,低填充密度，堆積在板間，始于板固定處，沒有反沖洗
化學清洗	化學及機械清洗

 

中空模和平板膜預處理要求

中空膜預處理要求
指標	允許范圍
進水水源	適用于各種水源
pH值	1-10，對于易結垢原水需特別注意
源水中最大粒徑	≤2mm
源水含油量	<2ppm（大于2ppm必須進行除油預處理）
硬度（CaCO3）	<150ppm（視pH值、結垢等確定指標）

 

平板膜預處理要求
指標	允許范圍
水溫	5-40℃
動植物油	<15% BOD， ppm
石油類	≤10 ppm
鈣離子（Ca2+）	<100ppm（大于100ppm，建議采用鹽酸作為無機污染物清洗藥品）
氯離子（Cl-）	<3000ppm（大于3000ppm，建議采用316L以上不銹鋼材質）

 

MBR設計信息需求

MBR設計信息需求表
廢水水質	水質條件至少包括：BOD、COD、TSS、VSS、N、P、Alk
現場條件	包括：咨詢報告、場地限制、特殊地貌，若是改造項目，還需工廠平面圖、池子和渠道尺寸，歷史運行數據等
處理量和水力負荷	該信息對工藝配置和處理工藝的選擇具有決定意義
出水水質要求	根據出水用途，出水水質決定了處理工藝流程的選擇

 

MBR工藝應用要點

 

1.該廢水適不適合用MBR膜法

MBR膜工藝不是萬能的，它屬于微濾膜，是按能通過的顆粒物粒徑來定義的。所以，對于它來講堵塞問題是關鍵，一些易結垢、含油類物質和粘稠性物質較多的廢水，建議不要采用MBR膜法。

不適合MBR法的廢水類型有：乳化液/研磨液/淬火液/冷卻液廢水、表面活性劑廢水、石油類廢水、脂類廢水（有預處理措施除外）。

 

 

2 MBR的品牌及相應的數量確定

決定了用MBR膜，那么下一步是決定用什么牌子，目前，MBR膜的質量進口和國產的差距還是很大的，雖然國產品牌通過增加膜絲數量、減少通量設計量也可以滿足需要，但相應的問題接踵而至。

 

從價格方面，進口膜約為國產膜的3-5倍，在價格可以接受的前提下，盡量采用進口膜。當然，國產膜在保證足夠的設計余量的前提下還是可以的，重要的是設計人員要跟供應商做好深入的技術溝通。

 

設計通量方面，一般國產膜廠家出廠的設計通量已經留了足夠的余量，但設計人員還是要再增加余量。個人認為增加50%以上，比如筆者曾經設計過一個小水量廢水，MBR選用國產品牌，但設計MBR用量是標準量的10倍，到現在2年時間未進行清洗，一直在正常使用，出水COD維持在30mg/L以下。

 

另外，最近出現的平板膜抗污染性能普標優于絲狀膜。平板膜分為PVDF材質和PTFE材質,PTFE的抗污染性能最強。膜的設計通量參考供應商提供的數據。

 

3 MBR膜組件的設計

1.把膜片拼裝在一起形成一個膜組件，特別注意的是，膜片與膜片之間間距要足夠大，有效距離要大于70mm，如果膜片本身膜絲密度大，那么有效間距要適當放寬，這樣做的目的是保持沖洗氣流順暢到達頂部膜絲，也可以減少膜絲之間的板結和截留物，減少膜組件的清洗頻率。平板膜的間距只要7-20mm就可以了；太大的間距導致占用空間較大。

 

2.膜片橫向和豎向裝都可以，具體取決于安裝的空間；橫向裝時，膜絲保持微下垂，下垂幅度保持在10mm，也可以這樣說，在保證膜絲不受拉力的前提下，盡量直，這樣膜絲和膜絲之間就不會留有太多的雜物；推薦使用豎向安裝的方式。

 

3.不能把膜組件做的很大，因為太大的膜組件，其安裝密度就會大，同樣的攪拌空氣量對它來講卻顯不足，而且在膜片上積累很多包裹物的時候，就需要對膜片進行噴洗，用高壓水槍或自來水，安裝太密會讓你很難沖到內層膜片，建議單個膜組件處理量不要超過1.5m³/h。

 

4 MBR曝氣裝置的設計要點

 

a.曝氣裝置可以固定在池底（需要做膜組件承托架和膜組件滑入導軌），也可以跟膜組件做在一起，各有優劣，曝氣管的位置要做精心考慮，采用DN20穿孔管，每個膜片間隙對應一路穿孔管，穿孔大小Φ2.0mm，穿孔間距大于40mm，相鄰兩路管穿孔位置交錯穿插，孔口做單排垂直向上，有很多雙排、斜向下的做法，個人認為不可取，沉降的污泥不會對孔口產生堵塞。

 

b.曝氣量的大小進行粗略估算，根據經驗數字，按照汽水比20:1（以說明書為準）（常規池深3.5m），風機排風壓頭選型比最高液位高0.01Mpa；風機出口設置泄氣閥，泄氣管口徑全開能卸掉70%的空氣量即可，泄氣口上加裝消音器，這套裝置用來控制生化槽中的DO值以及保護風機。

 

c.每個膜組件曝氣都設置單獨的調節閥，同時整個生化槽的充氧曝氣要另外做單獨的控制閥，用微孔充氧曝氣裝置，確保能靈活調整攪拌空氣量和充氧空氣量。

 

d.MBR池DO控制最佳為2.5-5之間，正常液位約為3ppm，在液位高低不同時，DO也會有變化，不宜長時間超過5.0ppm。

 

5 MBR抽吸泵的設計要點

a.有條件的情況下，盡量每個膜組件配1臺泵，這樣方便觀察判定每個膜組件的狀態（壓力和通量），但多個膜組件共一臺也可以，在每個膜組件吸水管路上裝流量計。

 

b.抽吸泵盡量低于液位安裝，越低越好，在膜組件正常狀態下，靠虹吸也是可以出水的，如果MBR池是地下池，那就做地下機房，確保抽吸泵能有足夠的吸程。

低于MBR主要的參數是跨膜壓差，各品牌規定略有不同，一般不宜高于0.03 Mpa，在這里跨膜壓差不一定等于真空表讀數，還要看泵的進水口高度和生化池液位的高度差，如果真空表的讀數為0.03pa，生化池液位比泵進水口高1m，那么此時的跨膜壓差為0.04Mpa。

若泵安裝位置高于生化池液位1m，則此時的跨膜壓差只有0.02Mpa，公式就是：跨膜壓差=真空表讀數（取正）+（生化池液面高度-抽吸泵進水口高度）。

 

c.抽吸泵出口管路一定要加裝透明流量計和取樣閥，透明的流量計就可以直觀的看到水質狀態，每個流量計前面或后面加調節閥，用來調節膜組件的出水量。

 

d.電氣控制：一般設置MBR抽吸泵運行為13min運行，2min停止，能有效減少堵塞的頻率，具體啟動停止時間要征求廠家的意見，在電接點壓力表壓力超限時，能停泵并報警；抽吸泵要能與風機聯動，風機在停止狀態時，抽吸泵不工作。

 

6.化學浸泡清洗

a.在有條件的情況下，為了減少工作強度，能實現整個膜組件的清洗，這就要求做好膜組件的出池入池定位，水管及氣管要做方便拆卸的活連接（氣管如果不與膜組件做在一起則氣管不用考慮），而且這個活連接要經久耐用，個人建議用優質法蘭連接或者采用著名品牌的雙由令球閥連接，膜組件的起落配套行車，能有效減輕勞動強度，行車貼牌500kg（實際可以做到1t的起重量）。

 

b.化學浸泡槽要做3個，大小要膜組件放進去綽綽有余，高度在淹沒膜絲之后再留500mm超高，每個浸泡槽要做好穿孔曝氣管道及其保護平臺；浸泡槽總深度=池底平臺高度+膜組件底部到最上層膜絲的高度+500mm超高。

 

c.3個浸泡槽邊上要設置2個儲液桶，其容量要大于浸泡槽的有效容積，用來將清洗藥液重復利用。

 

d.每個浸泡槽要配套1臺塑料排污泵，用來將藥液從浸泡槽中移送到儲液桶或排放。

 

e.要考慮洗過之后的廢液的處理方式，NaOH可以當作藥劑加入到系統中，NaClO經過澄清處理直接排放或儲存回用即可，檸檬酸可以慢慢投加到生化處理系統中。

 

f.每個浸泡槽的攪拌空氣量按照劇烈攪拌來設計，并安裝有調節閥。

 

g.浸泡槽要設有自來水加入管道，管道要粗，避免在自來水注水上浪費時間，注滿時間以10min為宜，參考數據，在自來水壓力0.2-0.3Mpa時，DN50的自來水管流量約18-22m3/hr。

 

h.常用化學清洗藥劑及濃度：

1)NaOH（用來殺菌和清洗掉有機污染物）：濃度1%-2%，浸泡時間>2h；

2)檸檬酸（用來除去無機結垢，沒有則省略）：濃度2%，浸泡時間>2h；

3)NaClO（10%液體，用來深度殺菌，恢復膜絲過濾功能）：濃度5%，浸泡時間>2h；

4)酒精（95%工業級酒精）單片浸泡2min，用來恢復失水后的膜絲，未脫水則省略。

 

i.清洗步驟：水沖洗→水浸洗→堿液浸洗→檸檬酸浸洗→NaClO浸洗→水沖洗→復位備注：

1.檸檬酸為有機酸，使用不受限制，但如果距離下次使用超過1個月，就會在儲存過程中發霉變質，建議一次性使用。

2.每次清洗完需要檢查膜絲斷絲，對于斷絲單根打結處理。

 

j.可設計一套可以在線進行MBR浸泡清洗的MBR池，可避免MBR膜組件起吊等勞動量，實現自動在線浸泡清洗。

 

7.在線反沖洗

a.首先不要對在線反沖洗太具有依賴性，MBR的反沖洗跟傳統意義的反沖洗的效果不同，MBR的正常堵塞大部分是由微生物在膜絲內部的滋生繁殖引起的，而由顆粒物引起的硬堵塞占很小的分量；

 

b.但在線反沖洗還是需要增加設計，可用來應對非正常堵塞的情況，比如污泥狀態惡化、MBR抽吸泵流量被誤操作調的很大或進入了微小顆粒物，引起了硬堵塞，反沖洗也很有效果；

 

c.在線反沖洗由PLC自動控制，每天一次（前提是采購的膜片支持在線反沖，如不支持在線反沖卻對其進行反沖洗操作則會造成膜絲孔徑擴大），反沖用的水源請確保至少是自來水，末端裝自來水過濾器，過濾精度需達到50μm，反沖水量約正常過濾通量的3-5倍，壓力不要超過0.25Mpa，否則會對膜絲造成損壞，可以直接由自來水管路接入，不用裝加壓泵，但務必要裝壓力表和流量計。