MBR膜增效剂在膜生物反应器中的应用

-1-MBR膜增效剂在膜生物反应器中的应用肖立光1，姚炳佳2,郭宗斌1，徐辉军1，李海华1，龚卓仪2，邓小涛2,邓宝春2（1.中海石油炼化有限责任公司惠州炼油分公司，惠州大亚湾516081；2.纳尔科（中国）环保技术服务有限公司，上海200062）摘要：本文针对目前如何减缓MBR膜污染进程从而维持膜通量，这一应用MBR膜工艺时所面临的一大挑战[1,2]；美国纳尔科公司推出了针对改善MBR系统运行性能的专利技术产品MPE30，在中海石油炼化有限责任公司惠州炼油分公司现场试验，研究结果表明：MPE30具有提高临界通量、降低操作压差、改善出水水质、提高系统抗冲击性能等作用，同时对于泡沫消除、减少异味、提高污泥脱水性能等方面也具有一定的效果。关键词：膜生物反应器；膜污染；膜增效剂;含盐污水；TheapplicationofMBRmembranesynergistinthemembranebioreactorXiaoLiguang1,YaoBingjia2,GuoZongbin1，XuHuijun1,LiHaihua1,GongZhuoyi2，DengXiaotao2，DengBaochun2(1.ChinaNationalOffshoreOilCorporation，DayaBayHuizhou516081，China;2.Nalco(China)EnvironmentalSolutionCo.,Ltd,Shanghai200062,China)Abstract:TheaimofthisstudywashowtoalleviatetheMBR(MembraneBioreactor)foulinginordertomaintainmembranefluxrecently,whichbroughtgreatchallengetotheoperationofMBRprocess.Anovel“membraneperformanceenhancer”MPE30,hasrecentlybeendevelopedbythecompanyNalcoandwasusedtotreatwiththewastewaterinHuizhouRefineryPlantofCNOOCOil&PetrochemicalsCo.,Ltd.ResultsshowedthattheadditionofMPE30canincreasecriticalflux,reducetrans-membranepressure,improvepermeatequality,enhancesystemimpactresistanceandsoon;Also,hadcertaineffectonfoamelimination,odorreduction,improvingsludgedewateringperformance,etc.Keywords:membraneBioreactor；membranefouling；Membranesynergist；salinewastewater1.膜生物反应器技术（MBR）简介在市政和工业废水处理中，越来越多地使用膜生物反应器（MBR）来代替传统的活性污泥工艺（ASP）[1-3]。1.1MBR的优点包括[4-6]：-2-在MBR工艺中，使用超过滤（UF）或微过滤(MF)膜从水中分离生物群，这些膜通常被直接放入到生物反应器混合液体中，因此不需要ASP二沉池；可以在10000-30000ppm的高MLSS状态下运行；延长污泥的停留时间，这意味着可以降低污泥的产生量；更短的水力保留时间；排水中几乎完全不含固体。在传统的系统中，这样的条件会导致污泥膨胀并且导致污泥在二沉池中的沉降性减弱。1.2MBR方案主要的缺点是：膜容易沉积污染。要将膜沉积污染降低到最小，需要增大曝气冲刷量[7-10]。这提高了MBR方案的运营成本。设计和运行中一个很重要的参数是：膜通量（单位膜面积的流量）。低的膜通量意味着需要更多的膜面积来达到预期的处理量。膜通量的大小和水温，污泥性质有关，同时还受到膜的污染的影响。在膜受到快速的不可恢复的污染时，膜通量有一个最大值，此数值称为临界通量。当超过临界通量时，膜就受到污染，必须停机进行化学清洗。为了长期稳定的运行系统，运行时的膜通量必须小于临界通量。2.纳尔科MBR膜增效剂（MPE）简介纳尔科公司的“膜性能增效技术－膜生物反应器增效剂(MPE，MembranePerformanceEnhancer)”，在实验室规模、试行和实际运行中，都被证明在当前和更高的运行产水流量下可以有效减少沉积污染。根据目前在各个行业中的使用经验，使用这种技术可以将膜通量提高30-200%。2.1纳尔科膜增效剂作用机理：增效剂能够凝集小颗粒杂质或不可溶的COD变成大颗粒杂质或COD，降低膜污堵的状况；同时，由于MBR膜进水侧的水质变得澄清，使膜的通过量保持稳定；由于增效剂能够捕捉易引起泡沫的生物分泌物，故一定程度起到协助消泡的作用。2.2针对炼油污水系统，膜生物反应器增效剂的产品特性如下：可以提高（膜生物反应器）的生产能力30～50％；可以降低膜的清洗频率，减轻膜的污染，延长清洗周期30-50%；并延长膜的使用寿命15－30%；方便处理流量的变化和高负荷峰值的冲击；可以在不降低膜通量的情况下，提高污泥泥龄，减少污泥产量；可以协助消除泡沫；在系统不稳定，出现不可溶CODcr偏高情况下，产水出水的不可溶CODcr视情况可降低10-30%范围。-3-2.3MPE30产品理化特性及稳定性和反应性：外观与性状：不透明白色粘稠液体。比重：1.25@25℃水中溶解度：完全溶解。禁配物：与强氧化剂(如氯气、过氧化物、铬酸盐、硝酸、高氯酸盐氧气及高锰酸盐等)接触会发热、起火、爆炸及放出有毒气体。不可与漂水混合。聚合危害：不能发生。分解产物：碳氧化物(COx)，氮氧化物(NOx)，硫氧化物(SOx)，氨（NH4)。2.4MPE系列产品成分/组成信息及报价参考：有害物名称：CAS#(化学文摘号)含量(%,w/w)报价参考：有意了解请联系纳尔科（中国）环保技术服务有限公司3.中海石油炼化有限责任公司惠州分公司（以下简称惠炼）MBR系统试用状况3.1惠炼MBR系统参数3.1.1惠炼MBR系统状况污水处理工艺流程示意图如下（含油和含盐污水各一套，设计处理能力均为300m3/h，工艺流程相同）图1系统流程图3.1.2系统参数说明：-4-表1系统信息项目含油污水MBR系统含盐污水MBR系统单套处理量（吨/小时）300300含盐单套膜池（立方米）450450含油生化池数量22二级嚗气池容积（立方米）27004300二级嚗气池数量22含油膜池+生化池（立方米）63009500污泥浓度MLSS(mg/l)1500～30004000～90003.2惠炼污水系统MBR装置运行状况惠炼污水处理系统MBR装置自从2009年逐步开机，总体上系统运行良好。但中海油期望在以下方面进一步提高：延长清洗周期；在压差保持稳定的情况下提高产水量，或在稳定产水量的情况下，减缓压差上升；提高系统对产水浊度和COD的处理能力3．3MBR增效剂方案的选择图2含盐系统MPE30加药情况针对惠炼现场的MBR污泥条件，纳尔科对全系列MPE产品进行了滤水性实验筛选。最终选择了效果最佳的MPE30，并确定了不同系统的最佳初始投放剂量：按总系统容量计，含油污水80～120ppm,含盐污水150～250ppm（如图2所示）。因在最佳剂量范围内MPE不会透过MBR膜，因此只有在排泥时才会造成MPE的损失，而需要补充一定剂量的MPE30。投加MPE近5个月以来，通过每周2次的现场滤水试验来指导增效剂的补充，目前补充投加量在15～25ppm（具体剂量依现场滤水性实验而定）。-5-从2011年5月23日开始向含油和含盐污水系统投加MPE30膜增效剂至今，MBR装置系统运行良好。由于含油膜池的MBR膜即将更换，暂停含油二级生化增效剂的投加，但含盐污水系统保持投加。4MPE在惠炼MBR系统中的运行效果评价：4.1含盐系统：图3为含盐MBR系统四月至九月的MLSS数据，可以看到在此期间MLSS波动较大，从2000ppm至11000ppm均有出现。MPE的使用很好的避免了过高MLSS带来的膜污染趋势增加、污泥环境不稳定、出水水质下降等问题的发生，确保了系统的稳定运行，且在此期间膜未因压差过高而进行离线清洗，节约了相关费用的发生。图3含盐系统污泥浓度4.1稳定的出水由于进水为工艺废水，如图4所示，MBR进水的COD（红线）波动较大，但因MPE的加入，对照图3可见，即使在MLSS高达10000ppm的情况下，其出水水质依然可以控制在一个较为稳定的范围内。究其原因，主要是由于MPE的加入明显降低了膜池上清液COD和浊度的降低（如图5所示）。膜池上清液COD和浊度的降低，实际上代表了MBR膜所面临的污染程度，其上清液COD和浊度的降低，自然降低了MBR膜的污染，使MBR在过高MLSS情况下依然可以正常产水，且产水水质较为稳定。-6-图4含盐膜池进水和产水COD图5含盐膜池上清液COD与浊度4.2污泥脱水性能明显提高：图6为MBR系统排泥脱水后的污泥含水率数据。可以看到投加MPE30后，其污泥含水率由加药前的80%明显降低，降低了污泥产量，节约了污泥处置费用。系统的污泥脱水性能可以由活性污泥的滤水性实验得以评估。滤水性越好意味着更好的泥水分离性能，初步处理后的含水污泥量明显降低，降低了离心脱水机的负荷，最终处理后的污泥含水率也更低。图6为含盐系统投加MPE30后的滤水性实验结果，可以看到：通过投加优化剂量的MPE，活性污泥系统的滤水性能明显提高，且较好地维持在一较高的水平。-7-图6含盐污水滤水性能实验4.3平稳的产水流量和压差：图7为含盐E组膜池的操作参数数据，包括产水流量、产水泵泵真空度和膜透水性（permeability）。可以看到，从5月23日投加MPE以来，MBR运行较为稳定，其产水水量和产水泵真空度保持稳定，意味着膜表面未有明显污染；即使在六月份MLSS突然从4500ppm左右上升到9000ppm期间，系统依然保持稳定。图7含盐E组膜池运行记录-8-4.2含油系统：MPE30从5月23日开始投加，至7月26日停止。在加药期间，系统性能明显改善，同样获得了类似于含盐系统的效果。二级生化池上清液浊度和COD明显下降，出水水质也较为稳定。鉴于含油系统与含盐系统膜增效剂的使用效果相似，此处将不作赘述。5.研究结论：1.增效剂有助于稳定系统安全运行,延长清洗周期，降低清洗频率，从而减少了离线清洗时，不安全因素发生的机率。2.减少膜清洗频次，有助于延长膜的运行寿命，减少膜频繁更换带来生产成本的增加。3.增效剂有助于消泡。4.增效剂有助于提高排放污泥沉降性，提高污泥处理效率。-9-参考文献1.王仲旭汤兵郑艳芬陈欣义膜生物反应器在废水处理中的研究现状环境保护科学2005年31卷6期24-262.魏源送；郑祥；刘俊新国外膜生物反应器在污水处理中的研究进展工业水处理3.李莹田林张宏伟彭万疆张玉波膜生物反应器中运行参数对污泥胞外聚合物的影响环境工程学报2011年5卷7期1562-15664.陈斌王海峰吴明铂膜生物反应器中的膜污染及其再生工业水处理2011年31卷8期16-205.杨宗政顾平膜生物反应器运行中的膜污染及其控制膜科学与技术2005年25卷2期80-846.赵英白晓琴高飞亚顾平膜生物反应器在污水处理中的研究进展中国给水排水2004年20卷12期33-367.魏源送郑祥等国外膜生物反应器在污水处理中的研究进展工业水处理2003年23卷1期1-78.何毅胡永红等膜生物反应器废水处理组合工艺的研究进展工业水处理2001年21卷7期4-79.杨明珍郎咸明汪国刚浸没式膜生物反应器膜污染研究现状工业水处理2007年27卷5期1-310.丁毅张传义袁丽梅张雁秋MBR在污水处理中的应用与研究进展给水排水2007年3