平板膜MBR技術介紹

1、久保田MBR簡介1.久保田公司概況日本久保田株式會社始建于1898年,全球雇員總數32401人,總資產840.7億日元,2006年總收入6949億日元,在東京和紐約同時上市?？偛吭O在日本大阪,在日本東京等多個城市設有分支機構和工廠。久保田公司的產品范圍包括農業(yè)機械,發(fā)動機,自動售貨機,鋼管,鑄鐵管,閥門,水泵,空調設備,總承包給水和污水處理廠等。久保田公司在美國,加拿大、法國、德國,英國、西班牙、澳大利亞、臺灣、中國、南朝鮮、泰國、印度尼西亞、菲律賓、馬來西亞等國共建有24家分公司。在世界各地均建有辦事處。 久寶田總部大樓(右側最高樓日本久保田公司是世界上最大的農業(yè)機械,柴油發(fā)動機的制造廠家之

2、一,同時又是日本最大的水處理設備制造公司之一。1960年,久寶田開始在日本設計和建設數百座糞水處理廠。1980年,久寶田發(fā)明了浸沒式膜處理單元(Submerged MembraneUnit® ,SMU。1988年,久寶田開始用管式超濾膜進行固液分離。1990年,在日本建立商業(yè)化污水處理廠。1991年,此后,久寶田使用MBR技術,為日本幾百家工業(yè)和市政用戶處理污水。1998年,在英國建成了第一座使用久寶田MBR技術的污水處理廠,Porlock。2001年,久寶田歐洲膜技術公司(KME在英國倫敦成立。2004年,久寶田的SMU總銷售量超過1百萬片。2005年,久寶田與阿曼簽訂了SMU訂單

3、124,000片,污水處理量為76,000t/d。2005年,久寶田美國膜技術公司(KMU在華盛頓成立。至今在全世界已經有2000多家市政污水用戶和400多家工業(yè)污水用戶。2.公司業(yè)績久保田公司的平板膜遠銷歐洲、非洲、中東、北美洲、拉丁美洲和亞洲等國家。其膜產品擁有客戶群體有中國、美國、德國、英國、法國、加拿大、韓國、意大利、澳大利亞、愛爾蘭、巴西、奧地利、荷蘭、比利時、土耳其、西班牙、瑞典、南非、芬蘭、沙特阿拉伯、以色列、蘇丹、卡塔爾、墨西哥、迪拜、阿曼、阿布扎比、智利、馬來西亞、泰國等30余個國家。久保田公司平板膜處理污水的應用領域包括市政污水、工業(yè)污水、釀造廢水、乳制品廢水、醫(yī)藥加工廢水

4、、食品加工廢水、化妝品制造廢水、海產品加工廢水、洗衣廢水、屠宰廢水、造紙廢水、洗車廢水、糖加工廢水、水果深加工廢水、紡織行業(yè)廢水、化工廢水、印染廢水等多個領域。在歐洲z1998年,英國的Porlock,歐洲最早的大型污水處理廠處理量900m3/d,至今已經連續(xù)穩(wěn)定地運行了10年,已經成為世界上MBR成功運行的典范z1999年,愛爾蘭的Glanbia污水處理廠,處理量 7,100 m3/dz2000年,英國的Swanage污水處理廠,處理量12,700m3/dz2001年,蘇格蘭的Daldowie污水處理廠,處理量12,800m3/dz2002年,英國的Westbury污水處理廠,處理量 5,0

5、00 m3/dz2004年,德國的Seelscheid污水處理廠,處理量 8,500 m3/dz2004年,英國的Gardigan污水處理廠,處理量 8,600 m3/dz2005年,德國的Konzen污水處理廠,處理量 14,100 m3/dz2006年,西班牙的La Torre污水處理廠,處理量 13,600 m3/d在中東z2006年8月運行,迪拜國的EMAAR污水處理廠,處理量 10,000 m3/d z2006年12月運行,迪拜國的P. Jumeirah污水處理廠,處理量 18,000 m3/d z2006年,阿曼的Al Ansab污水處理廠,處理量 78,000 m3/d,是目前久

6、保田公司平板膜的最大污水處理工程z2007年,迪拜國的Greens污水處理廠,處理量 12,000 m3/d在美國久寶田與美國Enviroquip公司的正式合作開始于2001年,到2006年,采用久寶田MBR技術的污水處理廠在美國、加拿大,墨西哥已經有近100座。其中比較大型的有俄亥俄州的Delphos污水處理廠(23,000m3/d等。2000年以后,由于美國水污染的加重,EPA制定了更加嚴格的污水處理標準,所有的污水處理廠必須實施除磷脫氮。受占地面積,原有工藝的限制,越來越多的污水處理廠開始采用MBR工藝。在中國z久寶田公司的MBR技術從2005年開始進入中國市場,目前在北京的近10家賓館

7、、飯店安裝了MBR處理裝置。久寶田在吉林的食品廠有每天處理3000噸污水的業(yè)績。z久寶田公司為了在中國市政污水行業(yè)推廣其MBR技術,2006年5月,在天津紀莊子污水處理廠安裝了一套處理量為160m3/d的中試裝置,至今為止已經運行了1年以上,出水效果始終優(yōu)于一級A。z目前,久寶田公司正通過其中國的合作伙伴,競爭天津東郊污水處理廠20萬噸/日一級A改造和6000噸污泥水處理的工程。污泥水處理的工程已經確定采用久寶田的MBR技術。截止到2004年,久保田的平板膜總銷售量已超過1百萬片。截止到2007年3月,久保田公司的平板膜工程在海外的業(yè)績已達400多個,在日本有2000多個。久保田MBR工藝簡介

8、1.久保田MBR簡介MBR是膜生物反應器(Membrane Biological Reactor的英文縮寫,是高效膜分離技術與活性污泥法相結合的新型污水處理技術,可用于有機物含量較高的市政或工業(yè)廢水處理。雖然有氧MBR過程的技術應用可以追溯到20世紀70年代,但是它在污水處理領域的大規(guī)模商業(yè)應用也是在過去的10年間剛剛開始的。利用膜組件進行的固液分離過程取代了傳統(tǒng)的沉降過程,能有效的去除固體懸浮顆粒和有機顆粒。與傳統(tǒng)工藝相比,MBR工藝可以使活性污泥具有很高的MLSS值,延長其在反應器中的停留時間,提高氮的去除率和有機物的降解,同時極大地減少了污水處理過程中的產泥量。MBR的工藝特點是利用膜的

9、固液分離原理,取代常規(guī)的沉淀,過濾技術,并使處理后的水質直接達到(優(yōu)于排放標準一級A的水平。MBR的工藝簡化,使得整個污水處理工藝的占地面積大大減少,也使得連接的管道、閥門、水泵等輔助設備大大減少,系統(tǒng)的投資降低。MBR是現代化的、高效的水處理系統(tǒng),可滿足市政污水處理量不斷增長的需求,極大地提高污水處理后的水質。所謂的MBR生物反應器實際上就是一組帶有微小孔徑的膜裝置。如下圖所示。 污水出水微孔膜鼓風機打入的空氣與污水中的活性污泥相接觸,污水中的有機物被活性污泥中的細菌嚼食,污水中的有機成分被分解(降解,去除了絕大部分有機物的水經膜過濾后流出,成為深度處理后的中水。2.膜及膜組件簡介膜結構 單

10、片液中膜由濾板,膜墊,薄膜層,取水口組成。濾板由外框架和內支撐組成。濾板主要是對附著在表面的膜墊和薄膜層起支撐作用。用于市政污水處理的濾板主要有兩種尺寸。一種是1000mm×500mm,另一種是1600mm×500mm。濾板中的內支撐上有水流溝槽,可以使得過濾后的水能夠自由地在其中流動。膜墊是薄膜過濾層的物理支撐。在濾板的兩面均緊密地附著有膜墊。薄膜層的材料為聚氯乙烯,薄膜層均勻地附著在膜墊的表面。取水口是最終處理后水的出口。過濾后的水經過濾板內支撐上的水流溝槽,在水力壓力或外部抽吸力的作用下流出。液中膜的主要技術指標如下:液中膜平均孔徑0.4um (屬于微濾膜,MF單片膜

11、的有效過濾面積尺寸 1000mm×500mm (EK型有效過濾面積 0.8 m2尺寸 1600mm×500mm (EW型有效過濾面積 1.25 m2膜通量0.4 0.8 m3/d/m2(每有效平米,每天進水污染物負荷較高時,設計取的膜通量較小。市政污水一般取0.50.6。膜組件 如上圖所示,液中膜組件由膜框架,膜支架(液中膜曝氣框架,曝氣管,軟管,集水管組成。膜支架就是上面介紹的液中膜。每個液中膜組件中可以安裝最多200片膜支架。膜框架是用來支撐膜支架的,一般用不銹鋼材料制成。曝氣框架。散氣框架位于膜框架的下部,為鼓風氣泡提供上升通道。曝氣管。外部鼓風機的空氣通過管道首先送

12、至曝氣管的主管(下部較粗的管道,再通過主管分配至曝氣支管。曝氣支管上有散氣孔,空氣通過曝氣孔,經過曝氣框架,吹入膜框架的空隙之間,防止膜堵塞。軟管和集水管。每個膜框架的出水口與出水軟管相連接,出水軟管的水再匯集至集水管,最終流入集水池。說明為了節(jié)省液中膜的空氣用量,從而達到節(jié)約能耗的目的,在大型污水處理廠中,液中膜組件通常為雙層布置,即在上圖所示的膜框架之上再安裝一層同樣尺寸的膜框架,這樣可以節(jié)省空氣用量30%。早期久寶田的膜組件中每片膜的出水口均采用透明塑料管與集水管連接。這主要是為了在膜堵塞和膜損壞時,便于觀察,也利于更換。經過多年的運行實踐證明,只要沒有外部破壞力,液中膜極少有堵塞和損壞

13、發(fā)生。加之透明塑料管容易老化,需要定期更換,會增加維護工作量,目前在大型污水處理廠中已很少采用,均采用塑料硬管直接連接。3.液中膜的過濾機理 物理過濾原理如上圖所示,液中膜浸沒在污水中。污水在兩片液中膜之間流動,清潔的水在壓力或外部抽吸力的作用下流入液中膜的濾板內,再通過液中膜的取水口流出至集水池,從而達到固液分離的作用。膜表面聚集的污泥,在鼓風氣泡剪切力的作用下,脫離膜表面,從而使膜的固液分離能力持續(xù)保持。生物過濾原理久寶田的液中膜除了具有普通膜的物理過濾原理外,在實際運行中,在液中膜的薄膜層外,會均勻地生長一層致密的生物膜。這層生物膜對固液分離的貢獻極大。大部分固體顆粒實際上是被這層生物膜

14、截留。生物膜的過濾極大地減緩了物理膜的污染速度,久寶田液中膜可以運行數個月不清洗,主要是因為有了生物膜的緣故。4.膜清洗 與其它中空膜的清洗不同,久寶田液中膜的清洗為“在線”沖洗,即無需將膜組件從膜池中提出,直接在膜池內清洗。清洗時,一般采用次氯酸鈉(0.5%濃度和草酸(0.5%濃度兩種藥液,分兩次清洗。清洗前,首先關閉抽吸泵和鼓風機。將藥液通過安裝在膜組件上部的進藥口緩緩注入膜組件中,注入藥液的量要按照操作說明書給出的量控制,一般每片膜,每種藥劑的用量約3L左右。注入藥液后,靜止浸泡1.5小時左右,然后,用抽吸泵將藥液排出,再注入另一種藥劑,再靜止浸泡1.5小時左右,然后,再用抽吸泵將藥液排

15、出。整個清洗過程持續(xù)45小時。液中膜清洗后,95%以上的膜污染將被清除。剛剛清洗后,由于在線清洗時對膜表面生物膜的破壞,膜的過濾能力將降低,需要恢復612小時。在恢復期間,膜的運行與正常運行時完全相同,只是流量需要控制。開始時的通量應降至正常運行的50%以下,以后逐漸升高,直至完全正常為止。平板模MBR工藝與中空纖維膜MBR工藝的比較MBR工藝是以膜處理設備為核心,通過生物處理過程,達到高質量污水處理的技術。目前,MBR工藝中采用的膜處理設備主要有兩種,一種是以日本久保田,日本東麗公司為代表的平板膜設備,另一種是以美國GE公司(ZENON,德國西門子公司(US Filter Memcor,日本

16、三菱公司為代表的中空膜設備。按生產時間和應用業(yè)績比較,世界上MBR工藝采用最多的是日本久保田公司,其次是美國GE公司(ZENON。久保田公司的平板模僅有應用于MBR 的工程實例,而其他中空膜設備不但有應用于MBR的工程實例,還有應用于凈水廠和污水處理廠二沉池出水再處理的工程實例。按膜的物理過濾能力分類,久保田的平板模屬于微濾膜(MF,平均過濾孔徑為0.4微米,而ZENON的中空膜屬于超濾膜(UF,平均過濾孔徑為0.04微米。如果僅以物理方式進行過濾,超濾膜的物理過濾能力要比微濾膜的過濾能力大。其他US Filter和三菱的中空膜亦屬于微濾膜,與久保田的平板膜的物理過濾能力相同。6.生物膜過濾機

17、理在膜的固液分離過程中,膜的表面會形成一層非常薄的生物膜,這層生物膜同樣具有過濾能力。由于久保田平板膜的表面物理性質,在實際運行中,在平板模的表面會形成一層幾微米厚的,非常均勻的生物膜。這層生物膜其實是平板模的過濾主力。大部分的懸浮固體是被生物膜截流的,而不是靠物理膜截流的。這種特殊的過濾機理,使得久保田的平板膜在運行時污染非常緩慢,平日運行時,無需反沖洗,固定的沖洗周期(徹底清洗也比較長,可達6個月以上。中空膜在固液分離過程中,膜的表面也會形成一層非常薄的生物膜。但由于中空膜的密度很高,空氣吹洗時,膜管相互之間會有碰撞,會破壞其表面的生物膜。因此,中空膜主要依靠物理膜的過濾能力進行過濾,膜的

18、污染速度較快,一般幾天,或幾個小時就需要反沖洗一次。雖然每次反沖洗的時間不長,但反沖洗過程中,會進一步破壞附著在膜表面的生物膜,使生物膜的生長更加不可能。由于僅靠物理膜進行過濾,中空膜的固定反沖洗周期比平板模要短,一般3個月左右即需要進行徹底清洗。生物反應池的MLSS濃度由于平板膜采用了生物膜過濾機理,并且日常運行中可以不反沖洗,平板模MBR的生物池中MLSS濃度可以達到很高的濃度,設計的MBR池的MLSS 濃度為15000mg/L20000mg/L, 實際運行中有24000 mg./L和33000mg/L的運行實例。而中空膜由于僅靠物理膜過濾,其MLSS濃度不易過高,通常掌握在8000mg/

19、L左右(ZENON。MLSS的大規(guī)模提高可以大大縮小生物池的容積,因此,久保田MBR生物池的容積要比其他中空膜MBR生物池的容積小的多(約1/2。7.膜設備的體積平板模每個膜片之間的間隔很大,通常為5mm左右,而中空膜的每根膜管之間的距離很小,加之中空膜組件的密集安裝方式,使得中空膜組件的整體體積要大大小于平板模組件的體積。一般平板模組件的體積是中空膜組件的體積的58倍。8.過膜壓差所謂過膜壓差,是指水在通過膜時的水頭損失。由于平板模主要靠生物膜過濾懸浮顆粒,而生物膜在沖洗空氣的作用下不斷的更新,始終保持幾個微米的厚度。故平板模運行中的過膜壓差很小,一般在0.21.8米水柱之間。中空膜主要靠物

20、理膜過濾,膜的污染很快,過膜壓差增加的也很快。一般中空膜的過膜壓差在210米水柱之間。過膜壓差增大意味著抽吸壓力的增加,意味著出水能耗的增加。由于平板模的過膜壓差很小,一些應用中僅靠重力即可達到自流出水,大大節(jié)約了能源消耗。久保田MBR在美國的上百個應用中有一半是靠重力流過濾的。9.使用壽命目前國外著名廠家生產的膜的壽命均可達到58年,久保田平板模更有10年以上使用不更換膜的實例。國內著名廠家的中空膜壽命目前只能達到3年。久保田平板模5年內膜的損壞率只有1%以下。久保田膜的損壞原因主要為硬物刮損和反沖壓力過高時焊縫撕裂。久保田膜組件是由一張張膜組成的,單張膜損壞可以獨立更換,無需整個組件更換。

21、中空膜組件的損壞主要是由于膜長期運行時膜管的變形(伸長,纖維的纏繞,膜管與出水口連接處脫落等。由于中空膜很細,人工修復十分困難,因此,當中空膜的膜管有5%10%損壞時,整個膜組件就需要更換。10.膜沖洗無論是平板模還是中空膜,在運行了一段時間,過膜壓差很高(膜污染很嚴重時,均需要徹底清洗。久保田平板模的清洗為就地清洗,即膜組件不吊出膜池,直接在膜池內清洗。一次清洗的時間不超過4小時。清洗后可立即恢復過濾。一般中空膜的清洗需要將整個膜組件吊出膜池,在池外檢查和清洗,一次清洗要持續(xù)較長的時間(12天,對生產運行影響較大。為了膜清洗,需要配置專用的起吊設備和清洗池。11.日常維護久保田平板模MBR的

22、日常維護工作量極小,且要求的自動化水平較低,基本屬于“平民工藝”。日常操作包括每天一次的曝氣管強制泄氣,每次2030秒,抽吸泵每開9分鐘,停止1分鐘,這些工作用簡單的PLC邏輯和簡單的硬件即可完成。中空膜的抽吸泵也是每開9(8分鐘,停止1(2分鐘。除此之外,一般中空膜均需要每天反沖洗,有的甚至需要幾小時一次的反沖洗,反沖洗需要根據水頭損失計進行判斷,需要多個自動閥門的聯動。由于反沖洗需要水源,有的中空膜還需要納米過濾水作為反沖洗水源,故反沖洗時需要水源設備的聯動才能完成,設備數量多,儀表數量多,控制復雜。12.污泥處置由于久保田平板模MBR工藝生物池的MLSS濃度極高,泥齡很長(一般60天左右

23、,故污泥產率很低,一般只有45%以下。在所有MBR工藝中,久保田平板模MBR工藝的產泥率是最低的。由于久保田平板模MBR生物池中的MLSS已經達到15g/L以上,所以,從生物池排出的混合液無需再進入濃縮池預濃縮,可以直接進入濃縮脫水工藝。污泥產率的大幅度降低,還極大的節(jié)省了污泥最終處置的費用和投資。13.進水格柵采用膜過濾技術的MBR工藝一般均需要在生物池的進口安裝間隙較小的細格柵。細格柵的主要作用是攔截粗大物體和對膜有害的物質。由于中空膜的膜管很細,每根膜管之間的距離又非常小,極易被毛發(fā)纏繞,造成膜堵塞和膜損壞,故中空膜MBR工藝通常需要間隙為1mm的細格柵在前級過濾,有的還需要特殊的毛發(fā)過

24、濾器。由于毛發(fā)對平板模過濾并無影響,也不會造成膜的損壞,故平板模通常只要求3mm的細格柵,過濾尖利物體。格柵間隙增加后,可以大大提高單臺格柵的通量,減少格柵的數量和造價。有試驗數據顯示,當使用1mm細格柵時,進水SS和BOD均會被大量截流,BOD的去除率可達25%左右。當污水處理的目標中含有總氮指標時(如要求達到一級A,過細的細格柵往往會造成后續(xù)工藝碳源不足的問題。14.能源消耗MBR工藝中最大的能源消耗來自日常運行中的膜清洗空氣用量。這部分空氣雖然也同時向生物池提供了氧氣,可以作為生物曝氣使用,但由于清洗空氣為粗氣泡,氧的利用率很低(一般7%。由于平板模主要是依靠生物膜過濾,因此,清洗空氣的

25、氣量不能太大,否則交叉流會破壞生物膜。設計平板模的用氣量為1620m3/噸水。在所有MBR 工藝中,久保田的平板模MBR需要的清洗空氣是最小的。而中空膜必須有足夠的空氣量吹動膜管,才能保持膜表面的清潔,減低膜的污染速度,因此,中空膜需要比平板模更多的清洗空氣。一般中空膜的用氣量為2530m3/噸水。一些廠家的中空膜需要更多的清洗空氣。15.膜組件的成本久保田的平板膜用親水性聚乙烯無紡布作為底襯(dipping a non-woven mat of polyethylene terapthalate,浸入聚氯乙烯(chlorinated polyethylene溶液,再干燥。在干燥的過程中,底襯表面形成了一層薄膜,標稱孔隙為0.4微米。將制好的膜切割成適當的尺寸,用超聲波方法將膜焊接到ABS框架上。這種的膜制造工藝相對比較簡單,部分工序甚至可以手工操作,這就使得久保田膜組件的成本大大降低。中空膜組件的制造異常繁瑣,在制造過程中,必須要保證將數以萬