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不同曝气方式对MBR的影响

发布日期:2016-11-16

   

不同曝气方式对MBR的影响


  MBR膜组件曝气系统和运行条件进行改进以及优化,将其与常规MBR曝气系统及运行方式进行中试对比。结果表明:新型MBR曝气系统及运行方式运行时,与常规MBR曝气系统及运行方式相比,其气水比可降低约20%,反洗周期至少可以延长1.2倍以上,但是对提高膜通量作用较小。采用新型MBR曝气系统及运行方式较常规MBR曝气系统的运行能耗可减少约14%左右。

  膜生物反应器(MBR)是将膜分离技术与活性污泥相结合的污水处理工艺。目前其存在的主要问题是运行能耗高和膜污染两个问题,而膜污染却会导致运行能耗的增加。其中,控制膜污染的方法之一是增大曝气强度,研究表明在一定范围内增加曝气强度,MBR混合液中的SMPEPS浓度减少,可有效缓解膜污染。但是,顾平等对抽吸淹没式MBR的能耗分析表明,曝气的能耗占总能耗的96%以上。因此,如何通过改进优化MBR膜曝气系统和曝气运行方式来提高曝气效率也成为一个研究重点。泓岳膜技术对MBR膜组件的曝气系统进行改进,并找出与之匹配的*佳运行方式,从而提高曝气效率。

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1.1试验材料

   MBR工艺流程:进水由原水泵依次、经过滤网、水解酸化池、好氧反应池、接触氧化池和MBR反应池,污水在各反应池中进行一系列生化反应后,出水可满足排放标准。

   MBR一体化中试采用新型MBR曝气系统分上下两层,每层曝气管包括曝气总管和曝气支管,总管与支管采用枝状布置。支管数量与膜组件的数量一致,并安装在膜组件底部集水管的正下方。上下两层曝气总管一端与鼓风机连接,每根曝气总管安装一气动阀门;另一端与排气管连接,排气管上设置手动排气阀,用于设备调试及排净系统内部的空气。该曝气系统为全自动运行,其运行方式为:风机连续进气,变频控制风机保持合适的气量。通过气动阀门的启闭来实现上下两层曝气系统的循环曝气。形成整个MBR膜系统的连续曝气和MBR局部间歇脉冲曝气的运行模式。既保证了MBR膜能够持续得到空气的冲刷,又能够利用空气脉冲的方式对膜丝的不同部位进行扰动,因此,利用较小的气量即可有效的控制膜污染。


1.2试验方法

  直接取未经过处理的原水作为试验用水。在其他运行参数相同的情况下,对比新型MBR曝气系统及运行方式与常规MBR曝气系统及运行方式所需的曝气量。并对新型MBR曝气系统的*佳运行参数进行优化,*终得到一个能够**程度降低运行能耗的运行方式。

 

2结果与分析

2.1对比试验

  该系统的运行参数为:MBR气水比201,进水pH7.1左右,温度为25℃左右,膜通量为10L(h·m2),抽停比为8min2min,污泥浓度为5400 mgL左右,新型MBR结构的曝气方式为循环曝气,上层和下层曝气时间间隔为5 min,与反洗周期一致。在该运行条件下,比较新型MBR与常规MBR曝气系统及运行方式对膜污染及跨膜压差衰减的影响,

    可以看出:在初始跨膜压差相同的情况下,采用新型MBR曝气系统及运行方式跨膜压差下降速率较常规MBR曝气系统慢。在新型MBR曝气系统连续运行约60 h,跨膜压差下降极其缓慢,60 h后出现较快速的下降;相比而言,采用常规MBR曝气系统连续运行45 h时跨膜压差出现了快速下降。跨膜压差下降到相同值时,采用新型MBR曝气系统的运行时间为96 h,跨膜压差平均下降速率为1.075kPad,而常规MBR曝气系统运行时间为72 h,跨膜压差平均下降速率为1.47 kPad。分析原因可能是新型MBR曝气系统及运行方式形成整个MBR膜系统的连续曝气和MBR局部间歇脉冲曝气的运行模式。既保证了MBR膜能够持续得到空气的冲刷,又能够利用空气脉冲的方式对膜丝的不同部位进行扰动,在一定程度上提高了曝气效率,减缓了膜污染。通过该试验可以看出,采用新型MBR曝气系统及运行方式其运行时间可延长约30%,但其作用在初期效果明显,后期跨膜压差下降速率也较快,但是仍然慢于常规MBR曝气系统的跨膜压差下降速率。

 

2.2 参数优化

  除了运行时间的延长之外,还可以通过优化运行参数的方式来进一步发挥其优势作用。

2.2.1 MBR气水比条件优化

  本次试验的运行条件为:进水pH71,温度为25℃,膜通量为10L(h·m2),抽停比为8min2min,反洗周期为每10 min反洗30 S,污泥浓度为5 400 mgL,新型MBR曝气系统的运行方式为循环曝气,上层和下层曝气时间间隔为5 min,与反洗周期一致。MBR气水比分别为141161201时,考察其运行情况并与常规MBR结构运行情况做对比。

    结果可知:在不同的曝气强度下,采用新型MBR曝气系统和运行方式对跨膜压差下降的影响规律与常规MBR曝气系统相似。在一定气水比条件下,随着气水比的增大,跨膜压差下降速率变缓。但是与常规MBR曝气系统相比具有一定的优势:新型MBR曝气系统在气水比为201的条件下运行,其跨膜压差下降速率明显慢于常规MBR曝气系统;而新型MBR曝气系统在气水比为161的条件下运行时,其跨膜压差下降速率也略慢于常规MBR曝气系统在气水比为201的条件下运行情况。当新型MBR曝气系统进一步降低气水比至141时,其跨膜压差下降速率明显加快,说明已达到其降低极限。可见,通过对MBR膜结构的改进和曝气方式的优化,采用低于常规MBR曝气系统的气水比即可取得与常规MBR曝气系统运行情况相近的效果。其气水比可以降低约20%左右。

2.2.2反洗周期条件优化一般来说,为了便于操作和控制,反洗周期与抽吸时间、停吸时间之和一致,抽吸时间过长或停抽时间过短均会引起过滤阻力的迅速增加,加剧膜污染。而抽吸时间过短或停抽时间过长,膜实际运行时间缩短,产水效率降低,会导致投资和能耗的增加。因此,若想延长反洗周期应该通过延长抽吸时间的方式来实现。    本次试验的运行条件为:进水pH7.1,温度为25℃,膜通量为10L(h·m2)MBR气水比为201,反洗时间为30 S,污泥浓度为5400 mgL。保持停抽时间2 min,抽吸时间分别为81012 min的情况下,即反洗周期101214  min的情况下运行,考察其运行情况并与常规MBR曝气系统运行情况做对比,结果表明。反洗周期的延长及抽吸时间的延长均会增加跨膜压差的下降速率。当反洗时间分别为101214 min时,采用新型MBR曝气系统运行时,其跨膜压差下降速率分别为1.0751.2251.533kPad。与常规MBR曝气系统在反洗周期为10 min运行时的跨膜压差下降速率为1.467 kPad相比,采用新型MBR曝气系统在反洗周期为12 min运行时也具有较为明显的优势。反洗周期延长至14 min时效果略差于常规MBR曝气系统。这说明采用新型MBR曝气系统反洗周期至少可以延长12倍以上。

 

2.2.3膜通量条件优化

    本次试验的运行条件为:进水pH7.1,温度为25℃,MBR气水比为201,抽停比为8 min2 min,反洗周期为10 min,反洗时间为30 S,污泥浓度为5 400 mgL。膜通量分别为1012.515 L(h·m2)的条件下运行,考察其运行情况并与常规MBR曝气系统运行情况做对比。

可以看出:当膜通量分别为10,12.515 L(h·m2)时,采用新型MBR曝气系统运行时,其跨膜压差下降速率分别为1075151867 kPad。与常规MBR结构在膜通量为10 L(h·m2)运行时的跨膜压差下降速率1.467 kPad相比,即使膜通量增加至12.5 L(h·m2)时效果也略差于常规MBR结构。可能是由于此时的膜通量已超过临界膜通量,虽然新型MBR曝气系统对其运行过程中的膜污染具有一定的缓解作用,但不能充分减缓通量升高所带来的膜污染情况,因此,采用新型MBR曝气系统提高膜通量的作用较小。

 

2.2.4新型MBR曝气系统运行规律分析

   该新型MBR曝气系统分上下两层曝气管路,为自动控制,通过电磁阀控制每层曝气管的开启或关闭。理论上认为其曝气间隔时间的长短与膜污染程度应具有一定关系。本次试验的运行条件为:膜通量10L(h·m2),进水pH 7.1,温度25℃,MBR气水比201,抽停比8 min2 min,反洗周期10 min,反洗时间30 S,污泥浓度5 400 mgL,新型MBR曝气系统上层和下层曝气时间间隔分别为135810 min。考察并对比其运行情况。可以看出:当曝气间隔时间为1 min时,跨膜压差下降速率仅为0.985 kPad,随着曝气间隔时间的延长,跨膜压差下降速率缓慢上升,曝气间隔时间在5 min时,跨膜压差下降速率为1.075 kPad。当间隔时间继续增加至8 min时,跨膜压差下降速率快速上升至1.297 kPad,而曝气间隔时间为12 min时跨膜压差下降速率为1.421 kPad,已经与常规MBR曝气系统的1.467 kPad的速率接近。分析原因可能是由于该曝气系统及运行方式是利用上下两层曝气系统交替工作,增加空气对膜丝的不同部位扰动作用,从一定程度上可以增加对附着在膜表面堆积的污泥凝聚体和微粒子的去除程度 。因此,间隔时间越短,脉冲作用越频繁,其效果就越明显,当间隔时间过长时,其作用效果显著下降。但是间隔时间过短有可能加大电磁阀寿命缩短或MBR膜断丝等情况出现的风险。因此,选择跨膜压差上升速率较慢的曝气间隔区间46 min,既能发挥其作用,又能尽量减小对系统稳定运行产生不利影响情况的发生。

 

2.3新型MBR曝气系统*佳运行参数

    从上述试验可以看出,采用新型MBR曝气系统及运行方式与常规MBR曝气系统相比,可以延长运行时间即清洗周期,降低MBR气水比以及延长反洗周期,但是其作用是单方面的,如果单纯满足延长运行时间时,降低气水比效果就会变差。而试验目的是通过控制膜污染来降低系统运行的能耗。因此,运行参数的选择如下:膜通量10 L(h·m2)MBR气水比161,抽停比10 min2 min,反洗周期12 min,反洗时间30 S,污泥浓度5 400 mgL左右,新型MBR结构的曝气方式为循环曝气,上层和下层曝气时间间隔为6 min。其与MBR气水比201,抽停比8 min2 min,反洗周期10 min,其他运行参数相同的常规MBR系统运行情况做比较。

    可以看出:当气水比由20:1减小到16:1,抽停比由8 min2 min延长至10 min2 min(反洗周期由10 min延长至12 min),新型MBR曝气系统及运行方式与常规MBR曝气系统在相同的运行时间内,其跨膜压差下降速率基本相同。一方面,延长了反洗周期,其单位时间的产水量相应增加,反洗泵开启的时间也相应减少,从而每吨水能耗随之降低;另一方面,MBR系统主要的能耗之一为膜的曝气系统,减小20%的气水比对于整体系统能耗的降低具有重要意义。

 

3、MBR一体化中试设备主要的能耗为电耗,包括原水泵、产水泵、反洗泵、搅拌机及风机。以下对中试设备的电耗进行分析,对比新型MBR曝气系统和常规MBR曝气系统产生的能耗。

1)新型MBR曝气系统运行参数为膜面积6 m2,膜通量10L(h·m2)MBR气水比161,抽停比10 min2 min,反洗周期12 min,反洗时间30 s,新型MBR结构的曝气方式为循环曝气,上层和下层曝气时间间隔分别为6 min。实际产水量为47.5 Lh,即1.14m3d,每吨水耗电量为0974 kW·h

2)常规MBR曝气系统运行参数为膜面积6m2,膜通量10 L(h·m2)MBR气水比201,抽停比8 min2 min,反洗周期10 min,反洗时间30 s,连续曝气。实际产水量为45 Lh,即1.08 m3d,其吨水耗电量为1.132 kW·h

 

4

1)通过对比试验发现,采用新型MBR曝气系统及运行方式其运行时间可延长约30%,但其作用在初期较明显,后期跨膜压差下降速率较快,但仍然慢于常规MBR曝气系统的跨膜压差下降速率。

2)采用新型MBR曝气系统和运行方式与常规

MBR曝气系统相比,其气水比可以降低约20%,反洗周期至少可延长1.2倍以上,但是对提高膜通量作用较小。

3)选择曝气间隔为46 min,这样既能发挥其作用,又能尽量免避对系统稳定运行产生不利影响的情况发生。

4)当气水比由201减小到161,抽停比由8min2 min延长10 min2min(反洗周期由10 min延长至12 min),在相同的运行时间内新型MBR曝气系统及运行方式与常规MBR曝气系统的跨膜压差下降速率基本相同。采用新型MBR曝气系统及运行方式其吨水能耗可降低至1 kw·h以下,较常规MBR曝气系统减少约14%的能耗。


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