MBR平板膜PKMBR簾式膜

MBR是一種將高效膜分離技術與傳統活性汙泥法相結合的新型高效汙水處理工藝，它用具有獨特結構的MBR膜元件置於曝氣池中，經過好氧曝氣和生物處理後的水，由泵透過濾膜過濾後抽出。它利用膜分離裝置將生化反應池中的活性汙泥和大分子有機物質截留住，省掉二沉池。活性汙泥濃度因此大大提高，水力停留時間（HRT）和汙泥停留時間（SRT）可以分別控制，難降解的物質在反應器中不斷反應、降解。由於MBR膜的存在大大提高了系統固液分離的能力，從而使系統出水水質和容積負荷都得到大幅度提高，經膜處理後的水，水質標準高（超過國家一級A標準），經過消毒，最後形成水質和生物安全性高的優質再生水，可直接作為新生水源。

由於膜的過濾作用，微生物被完全截留在MBR膜生物反應器中，實現了水力停留時間與活性汙泥泥齡的徹底分離，消除了傳統活性汙泥法中汙泥膨脹問題。膜生物反應器具有對汙染物去除效率高、硝化能力強，可同時進行硝化、反硝化、脫氮效果好、出水水質穩定、剩餘汙泥產量低、裝置緊湊、佔地面積少（只有傳統工藝的1/3-1/2）、增量擴容方便、自動化程度高、操作簡單等優點。

目前應用的MBR膜有中空纖維膜、有機平板膜、陶瓷膜、軟片膜等，其中市場主流是中空纖維膜和有機平板膜。這兩類膜各有優缺點，客戶如何就具體工程而選擇合適的膜呢？

實驗內容

在我國西南地區某汙水處理廠進行，中試執行過程中，汙水處理廠A2/O曝氣池泥水混合物經細格網過濾後，分別進入有機平板膜分離系統和中空纖維膜分離系統，在產水泵負壓作用下，水從膜外側透過濾膜，汙泥被隔離在膜外側，實現泥水分離。混合物依靠重力迴流至二沉池，在膜元件底部曝氣進行膜擦洗。中試工藝流程見圖。

結果與討論

1、間歇出水時間

為了控制膜汙染，膜分離單元在持續曝氣的同時，透過定期暫停出水來減輕膜表面汙泥的沉積。MBR工程中間歇出水的典型設定為每過濾8-15min，停止1-2min。這裡將產水泵的抽吸時間與停吸時間的比值稱為抽停比。

由圖2和圖3可見，兩膜的跨膜壓差（TMP）上升速率均隨抽停比的增加而增大，平板膜TMP變化更為明顯。雖然在抽停比為5∶1時兩膜TMP上升速率最小，但統籌考慮TMP上升速率和產水量，可認為試驗條件下兩膜的理論最佳抽停比均為9∶1。

2、曝氣強度

MBR膜分離系統內曝氣的主要作用是產生液流紊動和瞬時剪下力，從而增強膜的滲透性。一般情況下，由於平板膜的堆積密度較小，即單位膜面積所對應的膜元件投影面積較大，需要在相對較大的面積上布氣，因此其曝氣強度（單位膜面積的曝氣量）高於中空纖維膜。

如圖4所示，平板膜TMP上升速率隨曝氣強度的增加而減小，而廠商推薦最低曝氣強度為1。14 m3/（m2 。h），為保證裝置長期執行，將平板膜的曝氣強度設定為1。20m3/（m2 。h）。

中空纖維膜TMP幾乎不受曝氣強度變化的影響［曝氣強度為0。60-0。99m3/（m2 。h），為節約能耗，將中空纖維膜的曝氣強度設定為0。60m3/（m2 。h）。

研究表明，高強度曝氣對汙泥絮體的剪下作用可促進菌膠團解體及胞外聚合物（EPS）釋放，導致汙泥絮體粒徑下降、溶解性微生物產物（SMP）濃度和混合液粘度增加，從而加劇膜汙染。根據UV254測定結果，平板膜內的泥水混合物、混合物上清液及出水的UV254均高於中空膜。UV254與蛋白質的相對含量關係較為密切，而蛋白質是SMP的主要成分之一，說明平板膜內高強度曝氣引發SMP升高是平板膜TMP上升速率較大的原因之一。

3、膜通量

根據膜通量與TMP的關係研究兩種膜的適宜執行通量。兩膜TMP隨通量變化規律相同，在通量為25 L/（㎡。h）時TMP逐漸上升，通量下降至20L/（㎡。h）後TMP保持穩定，在通量為30L/（㎡。h）時TMP迅速上升。由以上規律可見，兩膜的臨界通量均在20-25L/（㎡。h）；

透水率（膜通量與TMP的比值）可以更直觀地反映膜通量與過濾阻力的關係。由圖可見，兩膜的透水率較為接近，隨著設計通量的增加，平板膜和中空纖維膜的透水率分別呈下降和上升趨勢，說明平板膜更適於在相對較低的通量下執行，而中空纖維膜更適於在相對較高的通量下執行。

4、汙泥濃度

汙泥濃度變化對兩膜TMP的影響差異較大。對於平板膜而言，汙泥濃度由12000mg/L增加至15000mg/L時TMP下降，由15000mg/L下降至8000mg/L時TMP上升；中空纖維膜的變化規律與此相反，當汙泥濃度由11000mg/L增加15000mg/L時TMP上升，由15000mg/L下降至10000mg/L時TMP下降。可見在8000-15000mg/L的汙泥濃度範圍內，平板膜宜以較高的汙泥濃度執行、中空纖維膜宜以較低的汙泥濃度執行。此類現象在其他研究中也有發現，推測是由於平板膜上形成的二次動態膜在高汙泥濃度下具有更好的性狀，對膜汙染的緩解作用更為明顯。

5、經濟指標

在同類土建結構的汙水處理廠中，規模較小的專案單位投資額較高。由於專案建設及執行條件各異，且平板膜應用專案較少，因此無法透過現有專案直接比較兩類膜的經濟指標。為研究相同條件下兩類膜元件在經濟指標方面的差異。

以處理規模為1萬m3/d的市政汙水A2/O-MBR專案為例，根據中試結果和汙水處理工程的一般情況選擇設計執行引數，計算得到專案的技術經濟指標。A2/O-有機平板膜的專案總投資比A2/O-中空膜高7。7%。

平板膜的堆積密度較小，因此根據膜元件安裝尺寸計算得到有機平板膜的膜池容積為中空纖維膜的2-2。5倍，平板膜分離系統的的設計汙泥濃度高50%，故平板膜的生物池容積是中空纖維膜的3/2。平板膜採購費用高於中空纖維膜，此處按照單位膜面積採購費用高25%-35%計算。

平板膜分離系統的執行成本和總成本分別比中空纖維膜分離系統高14。3%和12。7%。分析其原因：

能耗：由於平板膜元件的曝氣強度較大、鼓風機電耗較高，故平板膜元件的電耗高於中空纖維膜元件；

藥劑：由於平板膜的化學清洗頻率遠低於中空纖維膜，故平板膜元件的藥耗低於中空纖維膜元件。

由以上分析可見，平板膜專案比中空纖維膜的專案佔地面積略大些，前者的投資和執行費用略高於後者。由於平板膜對汙水水質適應性較強、裝置執行管理相對簡單，因此更適用於難降解工業廢水和中小規模生活汙水處理專案，中空纖維膜投資執行費用相對較低，裝置執行管理要求較高，因此更適用於大中型市政汙水處理專案。

摘自北京市市政研究總院有限公司，關春雨、杭世珺等人《平板膜和中空纖維膜在MBR工藝中的執行特性對比研究》

實驗結論

過對平板膜和中空纖維膜的執行特性進行了研究，結合實際工程經驗我們從膜的裝填密度、抗汙染性、清洗售後、執行壽命及執行費用等進行比較：

鑑於這兩種膜在前期投入、中期運營及後期售後等綜合評估，我們建議：每天水量小於1000噸的專案使用平板膜，大於1000噸每天的專案使用中空膜，綜合成本最佳。（北美的工程商建議使用中空膜的規模為3785噸/天）