MBR平板膜在煤直接液化废水中的应用

2017年初，MBR膜处理系统处理能力下降，7个膜池MBR膜的跨膜压差TMP快速上升。2月中旬，发现部分膜池浊度升高，经排查发现部分膜堆渗漏。此次对这7个膜池的36组膜堆进行检修，主要是查找膜泄漏点，清理膜间泥饼，更换损坏的膜，分析MBR膜损坏、结垢、跨膜压差高、膜结垢的原因。目前我们使用的膜堆是进口浸没式平板MBR膜组件，膜材料为聚偏氟乙烯(PVDF)+无纺布(PET)，每片膜的有效面积为1.4平方米，每片膜堆由100片MBR膜组成。目前膜堆已经达到厂家约定的5年使用寿命，膜堆的部分膜已经开始损坏。根据MBR膜的结构特点和运行过程，分析了现有膜堆的运行情况，同时发现膜堆已经损坏。

1.MBR膜的介绍及结构特点

(MBR膜系统的膜形式和材料介绍。目前MBR膜系统由几个单元组成，每个单元由几个膜组件组成，每个膜组件分上下两层分布，每100个膜组成一个膜组件，膜面积为1.4m2，运行方式为过滤+松弛，公称孔径为0.08微米。膜材料为聚偏氟乙烯(PVDF)+PET无纺布。

(2)我公司采用的MBR膜为固液分离膜，膜生物反应器通常仅指固液分离膜生物反应器。根据膜组件与生物反应器的相对位置，用于固液分离的MBR膜可分为浸没式膜生物反应器和外置膜生物反应器。MBR)技术是一种新型高效污水处理工艺，它利用膜组件代替传统活性污泥法中的二沉池，大大提高了系统的固液分离能力。MBR技术是一种将膜分离技术和生物技术相结合的新型废水处理技术。膜分离模块用于拦截生化反应池中的活性污泥和大分子有机物，省去了二沉池。因此，活性污泥浓度可以大大提高，水力停留时间(HRT)和污泥停留时间(SRT)可以分别控制，而难降解物质在反应器中不断反应降解。因此，膜-生物反应器工艺通过膜分离技术大大增强了生物反应器的功能。

(3)膜生物反应器的特性

(1)污染物去除率高，抗污泥膨胀能力强，出水水质稳定可靠，出水无悬浮物。

②水力停留时间(HRT)和污泥龄(SRT)相互依存，增加容积负荷和减少污泥负荷往往形成矛盾。系统运行过程中产生大量剩余污泥，其处置费用占污水处理厂运行费用的25% ~ 40%。传统的活性污泥处理系统也容易发生污泥膨胀，出水含有悬浮物，恶化了出水水质。

③膜的机械截留避免了微生物的流失，生物反应器内可以维持较高的污泥浓度，从而增加容积负荷，降低污泥负荷，MBR工艺省去了二沉池，大大减少了占地面积。

④由于SRT长，生物反应器起到了“污泥硝化池”的作用，从而显著减少了污泥产量，剩余污泥产量低，污泥处理成本低。

⑤由于膜的截留作用，SRT延长，有利于生长缓慢的微生物。如硝化菌生长的环境，可以提高系统的硝化能力，同时也有利于提高难降解大分子有机物的处理效率，促进其彻底分解。

⑥SMBR曝气池中的活性污泥不会因产水而流失。在运行过程中，活性污泥会因进入池内有机物浓度的变化而发生变化并达到动态平衡，使系统出水稳定，具有抗冲击负荷的特点。

⑦较大的水力循环使污水混合均匀，使活性污泥具有良好的分散性，大大提高了活性污泥的比表面积。MBR系统中活性污泥的高度分散是提高水处理效果的另一个原因。这是普通生化水处理技术形成的更大的细菌胶束难以相比的。

⑧膜生物反应器易于集成，易于实现自动控制，操作管理方便。

⑨膜生物反应器的不足主要表现在几个方面:膜的高成本使得膜生物反应器的基建投资高于传统污水处理工艺；容易出现膜污染，给运行管理带来不便；能耗高。首先，MBR浆液分离过程必须保持一定的膜驱动压力。其次，MBR池混合液中的悬浮物浓度很高。为了保持足够的氧转移速率，必须增加曝气强度。为了增加膜通量和减少膜污染，必须增加流速来冲刷膜表面，导致MBR的能耗和成本高于传统生物处理工艺。

2.MBR平板膜在煤直接液化废水中的应用及问题分析

2.1 MBR膜系统工艺组成

膜生物反应器主要由膜分离组件和生物反应器组成。我厂MBR膜工艺组成流程说明:煤直接液化的生活污水、低浓度含油污水生化出水、高浓度污水臭氧氧化出水、脱盐回用工段超滤反洗排水压力进入MBR工段配水井，污水通过配水井均匀分配至两条格栅渠；污水中的颗粒和漂浮物被鼓形格栅去除后，污水自行流入A/O池，被鼓形格栅除污机拦截的颗粒和漂浮物被运出工厂。

A/O池由两个序列组成。A池为前置反硝化池，A池中的异养反硝化菌以进水中的有机物为碳源，将混合液中的亚硝酸盐氮和硝酸盐氮还原为氮气。o池为推流式曝气池。在好氧条件下，活性污泥中的微生物将污水中的有机物降解为CO2和H2O，将污水中的NH3-N氧化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。MBR膜池的混合液回流至A池进行反硝化。o池中补充了碱度和氧盐。A/O池出水自流进入MBR膜分离室。

2.2 MBR膜运行中的问题

煤直接液化高浓度污水处理MBR膜系统自2013年6月投运以来，运行稳定，水质水量保持稳定。从2016年底开始，发现跨膜压差TMP的上升速度加快。到2017年初，已经发现部分膜组件的产水浊度从2月中旬开始升高。及时排查各膜组件后，隔离泄漏的膜组件(切断膜组件混水阀与系统的连接)，产水水质恢复正常。MBR膜拆开检查后发现，膜间有大量板结污泥，造成膜表面机械污染，影响膜过滤面积，导致产水能力下降。在维修过程中清理硬化污泥时，发现硬化污泥中混有颗粒较大的碎石和铁锈样物质，同时还发现膜组件水管老化。

2.3 MBR膜系统问题分析

在MBR膜系统的维护和故障排除过程中，发现部分膜组件出现机械损伤，膜表面的机械损伤可分为以下几种现象:一是膜表面仅出现一个或多个大小约为0.5mm-5mm的孔洞损伤；二是膜面大面积磨损，磨损现象明显，减薄后形成许多破损孔洞；第三，在膜表面上发现许多凹痕，这与支撑板表面上的凸起一致，这是由于硬化的污泥。膜破损后，大量污泥会从破损部分直接进入产水侧，这也是产水浊度升高的根本原因。经检查发现，机械损伤主要是由硬物划伤和磨损造成的。发现硬化污泥与污泥中的砾石、铁锈等硬物结合，机械损伤主要是硬化污泥将硬物压向膜表面形成强力所致。曝气效果差，曝气偏差或曝气量小，都容易造成污泥沉积直至板结。污泥板结时，膜间曝气通量面积减小，曝气流量增大，导致膜间局部磨损严重，膜池中有砾石或铁锈时，膜容易损坏。膜水管直径8mm，材质为PU透明软管。长期使用后，水管会老化变硬，颜色变成褐色，污泥很容易从水管漏入制水系统。

MBR表面有水垢物质，颜色多为棕色。通过对污染物的检测，发现污染物基本都是无机物。经过分析，水垢物质的成分主要由硅、铝、铁、钙、锰等组成。其中，锰和铝元素主要来源于污水中所含的成分或之前系统中化学药剂的投加。但铁鳞偏高，怀疑与碳钢部件腐蚀严重有关。除了污水，硅的污染应该也和膜池的混凝土脱落有关。钙污染可能与系统添加的高硬度污水流有关。

污垢污染物形成后，膜表面会明显变得粗糙，粗糙表面上的污染物很难通过气体擦洗去除。此外，形成较厚的污染层后，还影响了膜两侧压差的增加，加剧和加速了MBR膜的污染。从实际情况也可以观察到，硬度较高的水进入系统一段时间后，可以加速跨膜压差TMP的增加。

至于污染物，当时做了一些现场试验，发现结垢物质在柠檬酸中很难溶解，在次氯酸钠中完全不溶，但在一定浓度的盐酸和硝酸中会溶解得更快。结合之前的清洗情况，用次氯酸钠和柠檬酸清洗对现有污染物的去除效果有限。

2.4解决MBR膜问题的探索和预防措施

(1)通过清理MBR膜表面的板结污泥，更换泄漏的膜，清理池内带有碎石和铁锈的污泥，MBR膜系统产水的水质和水量完全能够满足生产要求，系统运行正常。通过分析整个MBR系统的检修过程，发现MBR膜系统出现问题的主要原因是膜间污泥板结，造成膜组件结垢，降低系统处理量。系统中存在一些机械损坏的膜元件，但数量较少，不会对整个膜系统的产水量和水质产生较大影响。大多数膜池经过硬化污泥清理后，产水量迅速恢复，膜组件经过化学清洗后，跨膜压差也明显下降。但这种化学清洗方案根据垢样进行了优化，更换了化学清洗剂，目前清洗效果良好。

(2)MBR膜系统运行问题分析及预防措施

由于系统的污水水质较以前发生了变化(硬度较高的污水进入系统)，加速了系统的结垢。对于高硬度水的情况，以前以有机物污染为主的次氯酸钠清洗方法并不完全适用。对于高硬度污水的情况，无机污染超过有机污染，需要根据实际情况调整运行维护方式。对于无机污染，要有计划的增加酸洗频率，改变化学清洗配方，及时了解水质变化，注意渗透膜压差变化，发现异常及时分析处理。

MBR膜间板结污泥的形成除了与水质的变化有关，还与膜池中沉积的污泥有关。MBR膜污水系统一直处于高生产负荷状态。全厂检修时，仍会有大量的水需要处理，膜罐内的污泥无法清理，需要定期清理罐内的污染污泥。膜曝气效果差，曝气效果不均匀，曝气量小等。，加速污泥在膜表面的附着；如果长时间曝气效果不好，容易导致横膈膜之间的污泥板结。为了避免板结污泥的形成，要时刻注意曝气量是否均匀，曝气量是否过小，曝气间隙时间是否过长，闷曝时间是否过短，要实现精细化操作。

MBR池中的池壁、污泥回流泵的进水管等预埋件均为碳钢材质。长期使用后会发生腐蚀，大量铁锈会进入油箱。可产生锈蚀的部件应更换或进行防腐处理，以防止锈蚀残渣和砾石损坏膜组件。MBR池前面的A/O池是封闭的，以防止碎石等杂物落入MBR系统，损坏MBR膜。

组织定期检查膜组件，拆除检查一组膜组件，检查膜的结垢情况，检查是否有污泥板结的趋势，检查是否有机械损伤，检查水管是否老化等。，以便及时发现问题并及时处理，防止事态扩大并采取预防和纠正措施，确保系统安全可控运行。

3.MBR膜在煤直接液化废水中的应用探索

随着我国环保压力的不断加大，水处理行业发展迅速。国产膜开发应用广泛，但大规模产业化相对较少。国内使用的MBR膜形式各异，主要是浸没式膜生物反应器，运行效果水平不一。2017年10月，选用国产某知名品牌箱式MBR平板膜进行实验。实验中的MBR膜是根据现有的场大小安装的，出水管上装有就地流量计。到2018年10月，运行效果良好，膜通量无明显衰减，膜无破损。由于实验中只安装了一组，并且没有关于渗透膜压差的数据。2018年10月，挂检时发现膜面有结垢，实验厂家已取样返厂。

4.结论

浸没式MBR平板膜首次应用于煤直接液化废水，具有良好的出水指标、运行效果和设备寿命。经过几年的运行，发现了一些问题，如池内部件腐蚀、污泥过多、输入介质变化、曝气不均匀、膜间泥饼结块、膜表面结垢、池内有砂粒、前A/O池未封闭等，导致MBR膜压差高、处理能力降低、膜损坏。但通过优化操作，优化MBR膜的化学清洗方案，定期清洗检查膜槽中的膜，更换或替换腐蚀的组件。进口MBR膜的更换成本比较高。通过国产MBR膜的试用，积累了国产MBR膜的运行经验。再次选择MBR膜时，可以多一个选择，可以降低MBR膜的更换成本。(来源:中国神华煤化工有限公司鄂尔多斯神华煤制油分公司环保仓储中心)

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