膜-生物反应器(MBR)的设计

2019-05-28 17:36:07

.1 膜-生物反应器(MBR)设计简介

膜-生物反应器与传统活性污泥法一样,原水中的有机污染物都是通过微生物而进行分解,中空纤维帘式膜组件主要起到分离生化后水和污泥的作用,所以在设计前也需要考虑废水的可生化性、进水水质、出水要求等因素,然后确定合适的工艺和相关的设计参数。

对于大型的膜-生物反应器项目,特别是针对成份复杂的工业废水,在确定工艺和设计参数前,最好通过足够的小试或中试试验来进行摸索和验证。 

4.2 膜-生物反应器(MBR)的典型设计工艺流程图

 image.png

常见的MBR工艺流程图:

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3活性污泥条件

MLSS 建议适用范围 3000-8000mg/l。 污泥浓度过低会影响膜-生物反应器的处理效果,污泥浓度过高会加剧膜-生物反应器里中空纤维帘式膜组件的污堵,进而影响膜-生物反应器的正常运行。

4 预处理

膜-生物反应器的预处理包括传统活性污泥法的预处理和保护中空纤维膜组件的预处理两部分

4.1 传统活性污泥法的预处理

● 颗粒物的去除:粗格栅、细格栅、沉砂池

● 水量、水质调整:调节池、加酸碱调 PH 值、絮凝、沉淀

● 可生化性处理:微电解、水解酸化、厌氧、兼氧、接触氧化

4.4.2 保护中空纤维帘式膜组件的预处理

● 除油设施

如果原水中含有油脂或矿物质油时,需要配备专门的除油设施(如吸附、气浮等),使油脂含量< 50mg/l,矿物质油含量< 3 mg/l。这是因为随着过滤的进行,油脂或矿物质油成份会广泛的吸附在中空纤维帘式膜组件膜丝的表面上,从而堵塞膜丝表面的微孔造成不可修复性的膜污堵。

● 超细格栅

如果原水中含有头发及纤维状物质,在配备常规的粗格栅(20-25mm)和细格栅(5-10mm)后,还需要配备孔径为 1mm 的超细格栅。这是因为头发及纤维状物质很容易缠绕在中空纤维帘式膜组件的膜丝上,造成膜丝断裂或膜丝抱团引起活性污泥结块污堵膜丝,影响出水水量和水质。

● 消泡剂

如果系统污泥起泡比较多需要加消泡剂时,只能使用高级乙醇系列消泡剂,严禁使用硅胶系列消泡剂。这是因为随着过滤的进行,硅胶系列消泡剂会广泛的吸附在中空纤维帘式膜组件膜丝的表面上,从而堵塞膜丝表面的微孔造成不可修复性的膜污堵。

● 絮凝剂

如果在膜-生物反应器的前级处理中有使用絮凝剂时(特别是高分子絮凝剂如 PAM),应避免未絮凝的絮凝剂进入膜-生物反应器中。这是因为随着过滤的进行,絮凝剂会广泛的吸附在中空纤维帘式膜组件膜丝的表面上,从而堵塞膜丝表面的微孔造成不可修复性的膜污堵。

 5 膜-生物反应器(MBR)膜堆

膜-生物反应器(MBR)膜堆是膜-生物反应器(MBR)的核心部分,是真正执行膜-生物反应器(MBR)截留过滤功能的成套装置,由聚丙烯(PP)中空纤维帘式膜组件、膜连接件、插槽、集水管、曝气管和膜机架等六部分组成。我公司经过长期实践,可专业设计和制造膜-生物反应器(MBR)膜堆。下图是三片装MBR膜片膜堆图。

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.5.1 膜-生物反应器(MBR)膜堆的特点

(1) 膜丝保护性好,不易断丝

    由于与聚丙烯(PP)中空纤维帘式膜组件接触的膜插槽和连接件都是 UPVC 材质,表面光滑不生锈,聚丙烯(PP)中空纤维膜膜丝不容易被刮断。反之,如果用碳钢或不锈钢槽钢等做插槽,容易腐蚀生锈使表面不光滑,甚至形成毛刺状物质,极易刮断膜丝,进而影响出水水质和处理效果。

(2)气水旋回流好

在膜框架下面设有穿孔曝气管,可形成的大气泡,并从膜-生物反应器(MBR)膜堆的底部向上爬升,形成良好的气水混合流,均匀冲刷膜片表面,在膜表面形成错流冲刷,保证了膜-生物反应器(MBR)的出水水质、水量和处理效果,同时可保持膜有较长的使用寿命(可维持较长时间的通水能力)。

(3)离线清洗方式灵活、方便

整个膜堆可以离线清洗,在离线清洗时可以将整个膜-生物反应器(MBR)膜堆吊入清洗池清洗。也可以将单片聚丙烯(PP)中空纤维帘式膜组件拆下来进行单独清洗,清洗灵方式活、方便。

(4) 吊装方便

膜-生物反应器(MBR)膜堆设计集约化程度高,将中空纤维帘式膜组件、膜连接件、膜插槽、集水管、曝气箱和膜机架六部分都集中在一起,而且进气口和出水口都采用活接或软管连接易拆装,安装、检修和清洗时吊装方便。

(5) 占地小、易于模块化、规模化设计

膜-生物反应器(MBR)膜堆集约化程度高,占地小。而且可以依据工程实际情况和客户需要灵活变动,易于模块化、规模化设计。

 4.5.2 中空纤维帘式膜组件

在膜-生物反应器膜堆中通常将一片、二片、三片或四片中空纤维帘式膜组件拼成一组(称为膜组件单元)安装在膜插槽内,单片中空纤维帘式膜组件可水平安装,多片中空纤维帘式膜组件需要垂直安装。

膜片连接单元尺寸列表:

膜组件型号

一片安装尺寸(AxB)

二片安装尺寸(AxB)

三片安装尺寸(AxB)

HF-MBR-8-PP

800x600

800x1200

800x1800

HF-MBR-12-PP

800x600

800x1200

800x1800

HF-MBR-16-PP

1000x600

1000x1200

1000x1800

 膜连接件由 UPVC 工程塑料、活接头、内螺接头或铜接头制作而成,分为上连接件、中连接件和下连接件三种。膜连接件可由我公司专门设计制作而成,安装方便、质量可靠,可以随中空纤维帘式膜组件一并销售。

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4.5.4 膜插槽

膜插槽由 UPVC 工程塑料制作而成,通过不锈钢螺丝固定在膜机架上,安装方便、质量可靠,可随中空纤维帘式膜组件一并销售。

 4.5.5 集水管

集水管由 UPVC三通、内螺接头、铜接头和软管等连接而成,通过不锈钢螺丝、管卡、扎带等固定在膜机架上。安装方便、质量可靠,可随中空纤维帘式膜组件一并销售。

 4.5.6 曝气管

膜-生物反应器(MBR)膜堆的曝气管通常为穿孔曝气管,穿孔曝气管由三根间距 250mm 的¢50UPVC 工程塑料管、弯头和三通粘接成“日”字型,每根¢50的管子打有两排斜朝下、交叉相距 90°小孔,小孔孔径为 1-2mm,孔间距为40-50mm,通过不锈钢螺丝和管卡固定在膜机架上。

 4.5.7 膜机架

曝机架通常采用不锈钢方钢或防腐后的碳钢槽钢焊接制作而成,通过膨胀螺丝和导轨等装置固定在膜-生物反应器内。膜机架的尺寸见下表:

膜组件型号

一片安装尺寸

(长X宽X高mm)

二片安装尺寸

(长X宽X高mm)

三片安装尺寸

(长X宽X高mm)

HF-MBR-8-PP

(Nx90+100)x900x1000

(Nx90+100)x900x1600

(Nx90+100)x900x2300

HF-MBR-12-PP

(Nx90+100)x900x1000

(Nx90+100)x900x1600

(Nx90+100)x900x2300

HF-MBR-16-PP

(Nx90+100)x1100x1000

(Nx90+100)x1100x1600

(Nx90+100)x1100x2300

1、如果选择一片式机架,N为单个膜-生物反应器膜堆的膜组件数量,单位片。

2、如果选择二片式机架,N是二片连的膜片单元数,总数/2=N。

3、如果选择三片式机架,N是三片连的膜片单元数,总数/3=N。

3、以上是膜机架采用不锈钢方钢制作的尺寸,用防腐后的槽钢制作的尺寸请联系我公司技术人员联系。

 MBR膜堆一般安装于MBR膜池的中部,当膜池较小时,一般应与池壁留有40CM左右空间为宜。两个膜堆曝机架通常采用不锈钢方钢或防腐后的碳钢槽钢焊接制作而成,通过膨胀螺丝和导轨等装置固定在膜-生物反应器内。

 6 抽吸泵

抽吸泵用于将聚丙烯(PP)中空纤维帘式膜组件截留过滤后的水抽吸出来排放或进入下一处理单元,抽吸泵的进口与集水管相连。

● 选型要求:抽吸泵应选择自吸泵,而且要求吸程>5 米

● 运行方式:抽吸泵设计运行 12 分钟,停运 3 分钟

● 安装要求:抽吸泵安装好后,要求抽吸泵的进、出水口都低于膜-生物反应器的有效水位,否则需要在抽吸泵的进水口安装一个饮水罐,主要用于保证抽吸泵的工作顺畅。另外,抽吸泵首次工作时需要进行灌水排气,否则抽吸泵可能抽吸不出水来,长时间这样还会损坏抽吸泵。

● 恒流量设计:膜-生物反应器(MBR)出水采用恒流量设计,并通过控制抽吸泵来实现,一般方法是为抽吸泵安装变频器或者在抽吸泵的进出口装一回流阀来调节流量恒定。

 7 鼓风机

膜生物反应器(MBR)的鼓风机选型除风量大小不一样外,其他要求如风压、噪音等与常规活性污泥法一样。在膜-生物反应器(MBR)中,曝气量包括为微生物提供氧气的气量和为聚丙烯(PP)中空纤维帘式膜组件提供表面冲刷、吹扫作用的气量两部分,这两部分的总曝气量与膜-生物反应器(MBR)的总出水量之比称为气水比。我们设计膜生物反应器(MBR)的气水比范围为 20:1~30:1,按膜面积计算为 1.74~2.60 L/min/m2。

 8 反洗泵(可选用)

反洗泵主要通过抽吸膜-生物反应器(MBR)出水或自来水来冲洗聚丙烯(PP)中空纤维帘式膜组件,具体选型要求:

● 流量:为单个或多个膜-生物反应器(MBR)膜堆出水量的 1.5 倍(取决于系统设计时反洗泵是对单个还是多个膜-生物反应器(MBR)膜堆同时进行反洗)

● 扬程:≤15 米 

4.9 加药泵(可选用)

加药泵主要是用来把加药箱里的药液打入聚丙烯(PP)中空纤维帘式膜组件膜丝的内部,为其提供低浓度和高浓度维护性清洗(在线清洗)时使用,具体选型要求:

● 流量:[(1L/m2x 膜面积)+加药管路体积]x2, 单位:L/h

● 扬程:≤15 米

● 抗腐蚀性能:耐强酸、强碱,一般选用塑料化工泵

● 药箱体积:(1L/m2x 膜面积)+加药管路体积, 单位:L

 10 仪器仪表

膜-生物反应器的必配仪器仪表主要包括出水真空压力表、出水流量计和液位计等。其他的如在线 PH 计、在线浊度仪和在线 COD 仪等依客户需要配置。

● 出水真空压力表

出水真空压力表量程为-0.1~0MPa,最好是带报警的电接点压力表,主要用于监控中空纤维帘式膜组件的污堵情况。出水真空压力表一般安装在抽吸泵的入口,如果管路比较长,最好在靠近膜-生物反应器膜堆的地方再装一只就地出水真空压力表,方便观察。膜-生物反应器正常运行时出水真空压力表值为-0.02~-0.05MPa,当超过-0.05MPa 时,需要进行化学清洗。请联系我公司相关技术人员进行指导清洗,具体清洗方法见第五章。

● 出水流量计

出水流量计主要用于监测膜-生物反应器(MBR)的出水量,并按照恒流量设计来调节抽吸泵的变频器或抽吸泵的回流阀开关大小。

● 液位计

液位计主要用于监测膜-生物反应器(MBR)池内的液位状况,并控制原水泵和抽吸泵等的联动操作。液位计一般设计有高、中和低三个液位,具体联动控制为:水位低于低液位时抽吸泵停运,水位低于中液位时原水泵运行,水位高于中液位时抽吸泵运行,水位高于高液位时原水泵停运。