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1、久保田平板膜技术手册3.1 MBR 膜MBR 是膜生物反应器(Membrane BiologicalReactor)的英文缩写，是高效膜分离技术与活性污泥法相结合的新型污水处理技 术，可用于有机物含量较高 的市政或工业废水处理。MBR膜生物反应器是整个垃圾渗滤液处理的最 核心单元，其性能的好坏，直接影响着系统的处理出 水。通过大量的渗滤液处理实践，我方设计采用了性能和质量较为稳定的久保田 平板液中膜生物物反应器处理单元。3.1.1久保田平板液中膜结构单片液中膜由滤板，膜垫，薄膜层，取水口组成。滤板由外框架和内支撑组成。滤板主要 是对附着在表面的膜垫和薄膜层起支撑作 用。用于市政污水处理的滤板主
2、要有两种 尺寸。一种是 1000mmx500m，另一种是 1600mmx500m。滤板中的内支撑上有水流沟槽，可以使得过滤后的水能够自由地在其中流动。膜垫是薄膜过滤层的物理支撑。在滤板的两面均紧密地附着有膜垫。薄膜层的材料为聚氯乙烯，薄膜层均匀地附着在膜垫的表面。取水口是最终处理后水的出口。过滤后的水经过滤板内支撑上的水流沟槽， 在水力压力或外部抽吸力的作用下流出。3.1.2久保田平板液中膜的主要技术指标液中膜平均孔径:0.4um (属于微滤膜，MF)单片膜的有效过滤面积:EK型尺寸：1000mmx490mm 有效过滤面积：0.80 m2EW型尺寸：1600mmx500mm有效过滤面积：1.2
3、5 m2膜通量：0.4 0.8 m3/d/m2曝气风量：7 L/min/片运行方式：8:2 或 9:1循环污泥量：进水2-3倍MLSS：15000-20000 mg/L清洗压降：2 mH2O3.1.3久保田平板液中膜组件的构成如右图所示，液中膜组件由膜框架，膜支架（液中膜）曝气框架，曝气管， 软管，集水管组成。膜支架即为液中膜。每个液中膜组件中可以安装最多200片膜支架。膜框架是用来支撑膜支架的，一般用不锈钢材料制成。曝气框架位于膜框架的下部，为鼓风气泡提供上升通道。曝气管。外部鼓风机的空气通过管道首先送至曝气管的主管（下部较粗的管 道），再通过主管分配至曝气支管。曝气支管上有散气孔，空气通过
4、曝气孔， 经过曝气框架，吹入膜框架的空隙之间，防止膜堵塞。软管和集水管。每个膜框架的出水口与出水软管相连接，出水软管的水再汇 集至集水管，最终流入集水池。3.1.4久保田平板液中膜过滤机理交叉流过滤的概念图气泡涔理块3.1.4.1物理过滤原理如右图所示，液中膜浸没在污水中。污 水在两片液中膜之间流动，清洁的水在压力 或外部抽吸力的作用下流入液中膜的滤板 内，再通过液中膜的取水口流出全集水池， 从而达到固液分离的作用。膜表面聚集的污 泥，在鼓风气泡剪切力的作用下，脱离膜表 面，从而使膜的固液分离能力持续保持。3.1.4.2生物过滤原理久宝田的平板液中膜除了具有普通膜的物理过滤原理外，在实际运行中
5、，在 液中膜的薄膜层外，会均匀地生长一层致密的生物膜。这层生物膜对固液分离的 贡献极大。大部分固体颗粒实际上是被这层生物膜截留。生物膜的过滤极大地减 缓了物理膜的污染速度，久宝田液中膜可以运行数个月不清洗，主要是因为有了 生物膜的缘故。3.1.5久保田平板液中膜的膜清洗与其它中空膜的清洗不同，久宝田液中膜的清洗为静压冲洗，即无需将膜组 件从膜池中提出，直接在膜池内清洗。清洗时，一般采用次氯酸钠(0.5%浓度)和草酸(0.5%浓度)两种药液， 分两次清洗。清洗前，首先关闭抽吸泵和鼓风机。将药液通过安装在膜组件上部 的进药口缓缓注入膜组件中，注入药液的量要按照操作说明书给出的量控制，一般每片膜，每
6、种药剂的用量约3L左右。注入药液后，静止浸泡1.5小时左右，然后，用抽吸泵将药液排出，再注入另一种药药液池剂，再静止浸泡1.5小时左右，然后，再用抽吸泵将药液排出。整个清洗过程持续45小时。液中膜清洗后，95%以上的膜污染将被清除。刚刚清洗后，由于在线清洗时对膜表面生物膜的破坏，膜的过滤能力将降低，需要恢复处理水排水水泉612小时。在恢复期间，膜的运行与正常运行时完全相同，只是流量需要控制。开始时的通量应降至正常运行的50%以下，以后逐渐升高，直至完全正常为止。3.1.6平板模MBR工艺与中空纤维膜MBR工艺的比较MBR工艺是以膜处理设备为核心，通过生物处理过程，达到高质量污水处理的技术。目前
7、，MBR工艺中采用的膜处理设备主要有两种，一种是以日本久保田，日本东丽公司为代表的平板膜设备，另一种是以美国 GE公司(ZENON)，德国西门子公司(US Filter Memcor)，日本三菱公司为代表的中空膜设备。按生产时间和应用业绩比较，世界上MBR工艺采用最多的是日本久保田公司， 其次是美国GE公司(ZENON)。按膜的物理过滤能力分类，久保田的平板模属于微滤膜(MF),平均过滤 孔径为0.4微米，而ZENON的中空膜属于超滤膜(UF)，平均过滤孔径为0.04 微米。如果仅以物理方式进行过滤，超滤膜的物理过滤能力要比微滤膜的过滤 能力大。其他US Filter和三菱的中空膜亦属于微滤膜
8、，与久保田的平板膜的物 理过滤能力相同。平板膜与中空纤维膜的性能对比项目久保田平板模中空纤维膜物理膜孔径微滤(MF)微滤(MF)，超滤(UF)用途MBR ONLYMBR，给水过滤，二沉水过滤处理机理主要靠生物膜，其次物理膜主要靠物理膜污泥浓度15000-20000 mg/L8000-15000 mg/L生物反应池池容小大膜设备体积大小过膜压差小，抽吸能耗小，可以靠重力流大，抽吸能耗大，不能依靠重力流耐久性10年以上，且单张膜可修复5-8年，不可修复定期冲洗4-6个月4-6个月定期冲洗形式无需提出，池内清洗需要提出，池外冲洗日常清洗不需要而女日常冲洗用水不需要有些需要纳滤膜过滤水自动化水平要求低
9、高污泥产量低，无需浓缩池高，仍需浓缩池进口格栅3mm，通量大，设备少，BOD去除率低1mm，通量小，设备多，BOD去除率高能 耗最低，清洗空气量最小较高，清洗空气量高膜组建成本国外厂家重最低较高出水水质优于一级A优于一级A3.1.7生物膜过滤机理在膜的固液分离过程中，膜的表面会形成一层非常薄的生物膜，这层生物膜 同样具有过滤能力。由于久保田平板膜的表面物理性质，在实际运行中，在平板 模的表面会形成一层几微米厚的，非常均匀的生物膜。这层生物膜其实是平板模 的过滤主力。大部分的悬浮固体是被生物膜截流的，而不是靠物理膜截流的。这 种特殊的过滤机理，使得久保田的平板膜在运行时污染非常缓慢，平日运行时，
10、无需反冲洗，固定的冲洗周期（彻底清洗）也比较长，可达6个月以上。中空膜在固液分离过程中，膜的表面也会形成一层非常薄的生物膜。但由于 中空膜的密度很高，空气吹洗时，膜管相互之间会有碰撞，会破坏其表面的生物 膜。因此，中空膜主要依靠物理膜的过滤能力进行过滤，膜的污染速度较快，一 般几天，或几个小时就需要反冲洗一次。虽然每次反冲洗的时间不长，但反冲洗 过程中，会进一步破坏附着在膜表面的生物膜，使生物膜的生长更加不可能。由 于仅靠物理膜进行过滤，中空膜的固定反冲洗周期比平板模要短，一般3个月 左右即需要进行彻底清洗。3.1.8生物反应池的MLSS浓度由于平板膜采用了生物膜过滤机理，并且日常运行中可以不
11、反冲洗，平板模 MBR的生物池中MLSS浓度可以达到很高的浓度，设计的MBR池的MLSS浓 度为15000mg/L20000mg/L，实际运行中有24000 mg./L和33000mg/L的运行实 例。而中空膜由于仅靠物理膜过滤，其MLSS浓度不易过高，通常掌握在8000mg/L左右（ZENON）。MLSS的大规模提高可以大大缩小生物池的容积， 因此，久保田MBR生物池的容积要比其他中空膜MBR生物池的容积小的多（约1/2）。3.1.9过膜压差所谓过膜压差，是指水在通过膜时的水头损失。由于平板模主要靠生物膜过滤悬浮颗粒，而生物膜在冲洗空气的作 用下不断的更新，始终保持几个微米的 厚度。故平板模
12、运行中的过膜压差很小， 一般在0.21.8米水柱之间。中空膜主 要靠物理膜过滤，膜的污染很快，过膜 压差增加的也很快。一般中空膜的过膜 压差在210米水柱之间。过膜压差增 大意味着抽吸压力的增加，意味着出水能耗的增加。由于平板模的过膜压差很小，一些应用中仅靠重力即可达到自流出水，大大 节约了能源消耗。久保田MBR在美国的上百个应用中有一半是靠重力流过滤 的。3.1.10使用寿命目前国外著名厂家生产的膜的寿命均可达到58年，久保田平板模更有 10年以上使用不更换膜的实例。国内著名厂家的中空膜寿命目前只能达到3年。 久保田平板模5年内膜的损坏率只有1%以下。久保田膜的损坏原因主要为硬 物刮损和反冲
13、压力过高时焊缝撕裂。久保田膜组件是由一张张膜组成的，单张膜 损坏可以独立更换，无需整个组件更换。中空膜组件的损坏主要是由于膜长期运行时膜管的变形（伸长），纤维的缠 绕，膜管与出水口连接处脱落等。由于中空膜很细，人工修复十分困难，因此， 当中空膜的膜管有5%10%损坏时，整个膜组件就需要更换。3.1.11膜冲洗无论是平板模还是中空膜，在运行了一段时间，过膜压差很高（膜污染很严 重）时，均需要彻底清洗。久保田平板模的清洗为就地清洗，即膜组件不吊出膜 池，直接在膜池内清洗。一次清洗的时间不超过4小时。清洗后可立即恢复过 滤。一般中空膜的清洗需要将整个膜组件吊出膜池，在池外检查和清洗，一次清 洗要持续
14、较长的时间（12天），对生产运行影响较大。为了膜清洗，需要配 置专用的起吊设备和清洗池。3.1.12日常维护久保田平板模MBR的日常维护工作量极小，且要求的自动化水平较低，基 本属于无人值守。日常操作包括每天一次的曝气管强制泄气，每次2030秒， 抽吸泵每开9分钟，停止1分钟，这些工作用简单的PLC逻辑和简单的硬件 即可完成。中空膜的抽吸泵也是每开9 （8）分钟，停止1 （2）分钟。除此之外，一般 中空膜均需要每天反冲洗，有的甚至需要几小时一次的反冲洗，反冲洗需要根据 水头损失计进行判断，需要多个自动阀门的联动。由于反冲洗需要水源，有的中 空膜还需要纳米过滤水作为反冲洗水源，故反冲洗时需要水源设备的联动才能完 成，设备数量多，仪表数量多，控制复杂。
