CN111777172A - 一种动态控制膜表面滤饼层厚度的低能耗mbr运行方法 - Google Patents
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Abstract
一种动态控制膜表面滤饼层厚度的低能耗MBR运行方法,属于污水处理技术领域。具体包括:采用亲水性MBR膜封装成膜组件;通过控制MBR池污泥浓度、抽吸和反洗时间,控制曝气量和泡大小,采用液固三相流态控制膜表面动态滤饼层厚度,在MBR系统产水时停止曝气,整个系统在运行期间维持在所述的跨膜压差范围内,保证产水量和产水水质;当跨膜压差超出范围,MBR系统停止产水,打开曝气并且采用MBR产水反洗,以清洗表面破坏滤饼层,从而降低运行跨膜压差。上述一种动态控制膜表面滤饼层厚度的低能耗MBR运行方法,在正常抽吸运行时停止曝气,而在停止抽吸时反洗曝气,大大降低曝气时间,可以实现节能40%以上。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域,具体为一种动态控制膜表面滤饼层厚度的低能耗MBR运行方法。
背景技术
膜生物反应器(Membrane bioreactor,MBR)工艺是近些年来市政污水处理新工艺中发展最快的工艺,具有处理效率高,出水水质好,容积负荷大,节省占地面积,运行稳定,便于管理的优点。数十年的有关MBR的研究和工程实践既证明了MBR工艺的优势及工程可行性,同时,也反映出MBR的一些关键问题。其中,膜污染和系统运行能耗较高是制约MBR实际应用的最重要的两个问题。深刻理解这两大问题,并针对性地提出改进或优化方案,对提升MBR工艺的竞争力、进一步扩展MBR 在污水处理工程中的应用具有重要的积极意义。
由于MBR应用环境中的污泥浓度高,容易产生膜污染,造成膜产水量的下降。通常MBR工艺中会通过对膜丝进行高流量的曝气气来延缓膜污染。控制膜污染的实质是控制膜污染物与膜的相互作用,减少膜污染物在膜表面的附着;而对于已经形成的膜污染层,采用各种方法消除膜污染物与膜、膜污染物之间的作用从而恢复膜的过滤性能。因此,膜污染控制与稳定运行技术主要包括控制膜污染物性质(即混合液性质)、优化膜性质、适当的清洗恢复等。为了消除膜表面污泥沉积,通常大多采用曝气发生装置产生气泡冲刷来增加膜周围流体流动,减轻污染。曝气是非常耗能的过程,能耗约占到MBR污水处理全过程能耗的42%。针对MBR膜污染控制和降低运行能耗,很多研究人员在传统MBR运行中的恒定曝气方式之外,曝气方式优化为间歇曝气、循环曝气、脉冲曝气等,这在一定程度上确实减少了曝气量,降低了能耗,但是还没有进一步深入优化曝气过程实质来降低能耗。
事实上,MBR系统是膜分离系统和活性污泥生化系统的耦合,系统内活性污泥、混合液、气泡、膜丝形成液固复杂多相流,因此之前的研究未能有效控制MBR膜系统曝气量,精准控制膜表面污染层厚度,造成MBR膜被清洗的过于彻底,这一方面会造成膜表面磨损严重,损坏膜结构,导致膜分离精度降低;另一方面因为过量曝气会造成资源浪费,增加系统能耗。膜污染从形成的形态上分为滤饼层、污泥层和膜孔堵塞三种污染类型,其中滤饼层污染多属于可恢复性污染、污泥层污染和膜孔堵塞污染易造成不可恢复性污染。一般膜孔堵塞多由膜材料本身特性决定,而滤饼层污泥层污染是由运行工艺决定。通常MBR组件在0.02MPa跨膜压差下纯水通量可以达到40~70 L/m2h,而污水运行设计中一般运行跨膜压差为0~0.05MPa,运行通量只有10~25 L/m2h。实际运行情况表明,MBR在运行时,膜表面保持适当过滤层厚度并不会很大程度降低膜运行通量,只会稍微增加跨膜压差,因增加跨膜压差产生的能耗与持续过量曝气产生的能耗相比微不足道。膜表面一定厚度的滤饼层不仅可以提高产水水质,还可以保护膜结构,保持整个系统可以在较长时间保持较稳定运行压力和产水量。在MBR系统正常产水抽吸过程中停止曝气,当跨膜压差达到一定值后, MBR系统停止抽吸,通过产水反冲洗和适当曝气抖动,清除膜表面的滤饼层,从而降低跨膜压差,通过缩短曝气时间大大降低MBR系统运行能耗,保持系统周期性稳定运行。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题,本发明的目的在于设计提供一种动态控制膜表面滤饼层厚度的低能耗MBR运行方法的技术方案,与传统的持续曝气相比,本发明的MBR系统运行工艺在正常抽吸运行时停止曝气,而在停止抽吸时反洗曝气,大大降低曝气时间,因此该方法的MBR系统较常规运行MBR运行方式可以实现节能40%以上。
所述的一种动态控制膜表面滤饼层厚度的低能耗MBR运行方法,其特征在于具体包括:
1)采用亲水性MBR膜封装成膜组件,在传统MBR系统中运行,MBR膜分离孔径为0.02~0.1μm;
2)MBR运行条件如下所述:控制MBR运行跨膜压差,压差为0~0.065MPa; MBR池污泥浓度范围为3000~12000mg/L;抽停时间比控制在5:1~15:1;曝气装置发出的泡直径范围为2~20mm;曝气和反洗的水比控制在10:1-20:1;反洗水量占产水水量的5~20%;
3)通过控制MBR池污泥浓度、抽吸和反洗时间,控制曝气量和泡大小,采用液固三相流态控制膜表面动态滤饼层厚度,在MBR系统产水时停止曝气,整个系统在运行期间维持在所述的跨膜压差范围内,保证正常的产水量和产水水质;当跨膜压差超出范围时,MBR系统停止产水,打开曝气并且采用MBR产水反洗膜堆,以清洗膜表面破坏滤饼层,从而降低运行跨膜压差。
所述的一种动态控制膜表面滤饼层厚度的低能耗MBR运行方法,其特征在于步骤1)中:MBR膜分离孔径在0.03~0.08μm,优选0.04~0.05μm。
所述的一种动态控制膜表面滤饼层厚度的低能耗MBR运行方法,其特征在于步骤2)中:正常产水运行时跨膜压差控制在0.035~0.06MPa,优选0.04~0.05MPa。
所述的一种动态控制膜表面滤饼层厚度的低能耗MBR运行方法,其特征在于步骤2)中: MBR池污泥浓度范围为4500~8000 mg/L,优选5000~6000 mg/L。
所述的一种动态控制膜表面滤饼层厚度的低能耗MBR运行方法,其特征在于步骤2)中:抽停时间比控制在7:1~12:1,优选8:1~10:1。
所述的一种动态控制膜表面滤饼层厚度的低能耗MBR运行方法,其特征在于步骤2)中:曝气装置发出的汽包范围为5~15mm,优选8~12mm。
所述的一种动态控制膜表面滤饼层厚度的低能耗MBR运行方法,其特征在于步骤2)中:曝气和反洗的气水比控制在13:1~16:1,优选14:1~15:1。
所述的一种动态控制膜表面滤饼层厚度的低能耗MBR运行方法,其特征在于步骤2)中:反洗水量占产水水量的8~15%,优选10~12%。
上述一种动态控制膜表面滤饼层厚度的低能耗MBR运行方法,采用亲水性MBR膜封装成膜组件,在MBR系统中运行。通过控制MBR池污泥浓度、抽吸和反洗时间,采用专门的曝气结构和方式控制曝气量和泡大小,采用液固三相流态控制膜表面动态滤饼层厚度,在MBR系统正常抽吸产水时停止曝气,整个系统在运行期间维持在一定的跨膜压差范围内,保证MBR系统正常的产水量和产水水质;当跨膜压差达到一定值后,MBR系统停止产水,打开曝气并且采用MBR产水反洗,以清洗表面破坏滤饼层,从而降低运行跨膜压差。本发明与传统MBR持续曝气运行方式相比,在保证产水量和产水水质的条件下可以大大降低因曝气产生的能耗。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述,以下实施例用于说明本发明,但不能用来限制本发明的范围。
实施例1
1)采用亲水性MBR膜封装成膜组件,在MBR系统中运行,MBR膜分离孔径为0.02μm;
2) MBR运行条件如下所述:控制MBR运行跨膜压差,压差为0-0.01 kPa MPa; MBR池污泥浓度范围为3000-4000mg/L;抽停时间比控制在15:1;曝气装置发出的气包范围为2mm;曝气和反洗的水比控制在10:1;反洗水量占产水水量的5%;
3)通过控制MBR池污泥浓度、抽吸和反洗时间,控制曝气量和泡大小,采用液固三相流态控制膜表面动态滤饼层厚度,在MBR系统抽吸产水时停止曝气,整个系统在运行期间跨膜压差维持在0.01 MPa内;当跨膜压差超出范围,MBR系统停止产水,打开曝气并且采用MBR产水反洗,以清洗表面破坏滤饼层,从而降低运行跨膜压差。该系统与传统方式相比,节约能耗75%,而且能保证产水量和产水水质达标。
实施例2
1)采用亲水性MBR膜封装成膜组件,在MBR系统中运行,MBR膜分离孔径为0.04μm;
2) MBR运行条件如下所述:控制MBR运行跨膜压差,压差为0-0.03MPa; MBR池污泥浓度范围为4000-6000mg/L;抽停时间比控制在13:1;曝气装置发出的气包范围为5mm;曝气和反洗的水比控制在12:1;反洗水量占产水水量的7%;
3)通过控制MBR池污泥浓度、抽吸和反洗时间,控制曝气量和泡大小,采用液固三相流态控制膜表面动态滤饼层厚度,在MBR系统抽吸产水时停止曝气,整个系统在运行期间跨膜压差维持在0.03MPa以内;当跨膜压差超出范围,MBR系统停止产水,打开曝气并且采用MBR产水反洗,以清洗表面破坏滤饼层,从而降低运行跨膜压差。该系统与传统方式相比,节约能耗70%,而且能保证产水量和产水水质达标。
实施例3
1)采用亲水性MBR膜封装成膜组件,在MBR系统中运行,MBR膜分离孔径为0.05μm;
2) MBR运行条件如下所述:控制MBR运行跨膜压差,压差为0-0.045MPa内; MBR池污泥浓度范围为6000-8000mg/L;抽停时间比控制在7:1;曝气装置发出的气包范围为8mm;曝气和反洗的水比控制在14:1;反洗水量占产水水量的14%;
3)通过控制MBR池污泥浓度、抽吸和反洗时间,控制曝气量和泡大小,采用液固三相流态控制膜表面动态滤饼层厚度,在MBR系统抽吸产水时停止曝气,整个系统在运行期间跨膜压差维持在0.045 MPa内;当跨膜压差超出范围,MBR系统停止产水,打开曝气并且采用MBR产水反洗,以清洗表面破坏滤饼层,从而降低运行跨膜压差。该系统与传统方式相比,节约能耗65%,而且能保证产水量和产水水质达标。
实施例4
1)采用亲水性MBR膜封装成膜组件,在MBR系统中运行,MBR膜分离孔径为0.08μm;
2) MBR运行条件如下所述:控制MBR运行跨膜压差,压差为0-0.05MPa; MBR池污泥浓度范围为8000-10000mg/L;抽停时间比控制在6:1;曝气装置发出的气包范围为17mm;曝气和反洗的水比控制在18:1;反洗水量占产水水量的17%;
3)通过控制MBR池污泥浓度、抽吸和反洗时间,控制曝气量和泡大小,采用液固三相流态控制膜表面动态滤饼层厚度,在MBR系统抽吸产水时停止曝气,整个系统在运行期间跨膜压差维持在0.05 MPa内;当跨膜压差超出范围,MBR系统停止产水,打开曝气并且采用MBR产水反洗,以清洗表面破坏滤饼层,从而降低运行跨膜压差。该系统与传统方式相比,节约能耗50%,而且能保证产水量和产水水质达标。
实施例5
1)采用亲水性MBR膜封装成膜组件,在MBR系统中运行,MBR膜分离孔径为0.1μm;
2) MBR运行条件如下所述:控制MBR运行跨膜压差,压差为0-0.06 MPa; MBR池污泥浓度范围为10000-12000mg/L;抽停时间比控制在5:1;曝气装置发出的气包范围为20mm;曝气和反洗的水比控制在20:1;反洗水量占产水水量的20%;
3)通过控制MBR池污泥浓度、抽吸和反洗时间,控制曝气量和泡大小,采用液固三相流态控制膜表面动态滤饼层厚度,在MBR系统抽吸产水时停止曝气,整个系统在运行期间跨膜压差维持在0.06MPa内;当跨膜压差超出范围,MBR系统停止产水,打开曝气并且采用MBR产水反洗,以清洗表面破坏滤饼层,从而降低运行跨膜压差。该系统与传统方式相比,节约能耗40%,而且能保证产水量和产水水质达标。
比较例(采用传统的MBR运行方法)
1)采用亲水性MBR膜封装成膜组件,在MBR系统中运行,MBR膜分离孔径为0.1μm;
2) MBR运行条件如下所述:控制MBR运行跨膜压差,压差为0-0.045MPa; MBR池污泥浓度范围为6000-8000mg/L;抽停时间比控制在7:1;曝气装置发出的气包范围为10mm;曝气和反洗的水比控制在13:1;反洗水量占产水水量的15%;
3)通过控制MBR池污泥浓度、抽吸和反洗时间,控制曝气量和泡大小,在MBR系统抽吸产水时持续曝气,整个系统在运行期间跨膜压差维持在0.045MPa内;当跨膜压差超出范围,MBR系统停止产水并继续曝气,一定时间采用MBR产水反洗,以彻底清洗膜表面滤饼层从而降低运行跨膜压差。该法为传统MBR运行方式,整个MBR系统运行过程持续曝气,以上实施例能耗均与改法能耗相比。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式,但是本领域的技术人员应当理解,这些仅是举例说明,本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下,可以对这些实施方式作出多种变更或修改,但这些变更或修改均落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种动态控制膜表面滤饼层厚度的低能耗MBR运行方法,其特征在于具体包括:
1)采用亲水性MBR膜封装成膜组件,在MBR系统中运行,MBR膜分离孔径为0.02~0.1μm;
2)MBR运行条件如下所述:控制MBR运行跨膜压差,压差为0~0.065MPa; MBR池污泥浓度范围为3000~12000mg/L;抽停时间比控制在5:1~15:1;曝气装置发出的泡直径范围为2~20mm;曝气和反洗的水比控制在10:1-20:1;反洗水量占产水水量的5~20%;
3)通过控制MBR池污泥浓度、抽吸和反洗时间,控制曝气量和泡大小,采用液固三相流态控制膜表面动态滤饼层厚度,在MBR系统产水时停止曝气,整个系统在运行期间维持在所述的跨膜压差范围内,保证正常的产水量和产水水质;当跨膜压差超出范围时,MBR系统停止产水,打开曝气并且采用MBR产水反洗膜堆,以清洗膜表面破坏滤饼层,从而降低运行跨膜压差。
2.如权利要求1所述的一种动态控制膜表面滤饼层厚度的低能耗MBR运行方法,其特征在于步骤1)中:MBR膜分离孔径在0.03~0.08μm,优选0.04~0.05μm。
3.如权利要求1所述的一种动态控制膜表面滤饼层厚度的低能耗MBR运行方法,其特征在于步骤2)中:正常产水运行时跨膜压差控制在0.035~0.06MPa,优选0.04~0.05MPa。
4.如权利要求1所述的一种动态控制膜表面滤饼层厚度的低能耗MBR运行方法,其特征在于步骤2)中: MBR池污泥浓度范围为4500~8000 mg/L,优选5000~6000 mg/L。
5.如权利要求1所述的一种动态控制膜表面滤饼层厚度的低能耗MBR运行方法,其特征在于步骤2)中:抽停时间比控制在7:1~12:1,优选8:1~10:1。
6.如权利要求1所述的一种动态控制膜表面滤饼层厚度的低能耗MBR运行方法,其特征在于步骤2)中:曝气装置发出的汽包范围为5~15mm,优选8~12mm。
7.如权利要求1所述的一种动态控制膜表面滤饼层厚度的低能耗MBR运行方法,其特征在于步骤2)中:曝气和反洗的气水比控制在13:1~16:1,优选14:1~15:1。
8.如权利要求1所述的一种动态控制膜表面滤饼层厚度的低能耗MBR运行方法,其特征在于步骤2)中:反洗水量占产水水量的8~15%,优选10~12%。
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