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垃圾渗滤液处理系统内置式膜和外置式膜比较

文章来源:海西给排水 发布时间:2019-09-01 08:19:04 阅读次数:669 次 [关闭]

    摘要:内置式膜和外置式膜普遍应用于各种污水处理工程中,二者的处理效果相似,但能耗相差较大,外置式膜的能耗远远高于内置式膜。对于垃圾渗滤液处理工程,生化处理采用内置式膜生物反应器可以取得良好的效果,与外置式膜相比,占地面积相差不大,工程费用较低,可以节省90%的电耗,对降低渗滤液处理成本具有重要意义,具有很好的发展应用前景
    膜生物反应器(MBR)通常分为内置式和外置式两种,两种方式各有不同,能耗相差较大。在垃圾渗滤液处理领域,由于渗滤液进水污染物浓度较高,为满足排放标准的要求,取得较好的处理效果,生物池内一般维持较高的污泥浓度,生化处理大多采用外置式MBR处理工艺。虽然外置式MBR工艺能够取得良好的处理效果,但也会导致运行成本大幅增加。

    在渗滤液处理技术发展初期阶段,受膜材质等条件的限制,内置式膜只限于在低浓度的生化处理系统中使用,垃圾渗滤液处理系统很少使用内置式膜。近年来,随着一些高科技材料的应用以及生产加工工艺的改进,内置式膜也可以适用于高浓度的生化处理系统,选取合适的膜分离方式,对降低污水处理成本具有重要意义。

为此,考察分析了内置式膜生物反应器与外置式膜生物反应器在渗滤液处理中的应用特点,以供工程设计时参考。

    1、外置式膜生物反应器

    在外置式膜生物反应器中生物反应器与膜单元相对独立,通过混合液循环泵使得处理水通过膜组件后外排;其中生物反应器与膜分离装置之间的相互干扰较小。目前在垃圾渗滤液处理中采用的外置式膜生物反应器一般均选用错流式管式超滤膜。即循环泵为混合液(污泥)提供一定的流速(3.5~5 m/s),使混合液在管式超滤膜中形成紊流状态,避免污泥在膜表面沉积。管式膜材质多采用PVDF(聚偏氟乙烯),孔径为0.02 μm。外置式膜生物反应器示意见图1。

图1外置式膜生物反应器示意

    对于垃圾渗滤液处理系统,由于进水氨氮及COD浓度很高,为减小生物池容积,提高处理效率,一般使生物池维持较高的污泥浓度,正常运行时通常维持在10~20 g/L左右,最高可达40 g/L。因此处理垃圾渗滤液的MBR系统通常采用外置式超滤系统,而较少采用内置式,外置式超滤出水SS接近于零,能够满足后续深度处理水质要求。但由于外置式MBR系统机电设备较多,致使电耗大幅增加,运行成本提高。

    2、内置式膜生物反应器

在内置式MBR中,膜组件置于生物反应器内部,原水进入膜生物反应器后,其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥分解,再在抽吸泵或水头差的作用下由膜过滤出水。内置式MBR利用曝气时气液向上的剪切力来实现膜表面的错流效果,减少对膜的污染。与外置式MBR相比,内置式MBR最大的优点是动力消耗低。在市政污水处理领域应用比较多的是中空纤维膜和平板膜,其中中空纤维膜多采用PP(聚丙烯)材质,孔径为0.08~2.0 μm,平板膜材质多采用PVDF(聚偏氟乙烯),孔径为0.03~10μm。无论是中空纤维膜还是平板膜,要求生物池中污泥浓度一般不超过10 g/L,因此在高浓度的垃圾渗滤液处理工程中较少应用。

内置式膜生化反应器如图2所示。

图2内置式膜生化反应器示意

    在较早的时期,受原材料及加工工艺的限制,内置式膜一般只能应用在较低污泥浓度的生化处理系统中,污泥浓度通常不超过8 g/L,而外置式膜可以承受高达40 g/L的污泥浓度。

近年来,由于新材料的应用,使得中空纤维膜的应用范围更加广泛,例如以PTFE(聚四氟乙烯)为材质的中空纤维膜,具有更加良好的性能,其中最大的特点就是可以适应较高的污泥浓度,使得中空纤维膜在高浓度废水处理领域的应用成为可能。工程实例证明,内置式膜在垃圾渗滤液处理工程中能取得良好的运行效果,可大幅节省能耗、降低运行成本。

    3、膜生物反应器的比较

    3.1系统组成

    对内置式和外置式膜进行比较的前提是,生物池内混合液悬浮物浓度相同,因此在膜前端的生物池对二者而言是相同的,只是对膜本身及其相关的配套设施进行比较。

内置式系统由膜池、膜组件、抽吸泵、清洗鼓风机及配套清洗设施组成,清洗鼓风机与曝气鼓风机统一放置在鼓风机房内,抽吸泵可以放置在室外膜池旁,整个系统的控制要求较低、运行管理也较简单。

外置式系统由进水泵、膜组件、循环泵及配套清洗设施组成,膜组件和循环泵需设在室内,进水泵可以放置在室外生物池旁,整个系统控制要求高、运行管理复杂。

    3.2占地面积

    内置式膜系统需要建一座膜池,膜组件放在膜池内,但无需建膜处理间。而外置式膜系统无需建膜池,需建一座膜处理间,将膜组件放在室内,两个系统占地面积相差不大。

   3.3工程投资

    内置式和外置式膜的通量有较大的差别,内置式膜的通量为12.5~32.5 L/(m2?h),外置式膜的通量为60~80 L/(m2?h),因此在处理相同水量的前提下,内置式膜需要的面积要远大于外置式膜的面积。由于受使用条件的限制,中空纤维膜承受的压力较低,而且加工难度较小,导致其生产成本也较低。而管式膜需要承受较高的压力,加工难度大,其生产成本也相应较高。综合比较,在污水处理量相同的情况下,管式膜的综合造价要高于中空纤维膜。

    以500 m3/d处理规模为例,二者的投资比较如表1所示。

   表1内置式和外置式膜投资比较

    3.4使用效果

    鉴于内置式膜系统低廉的运行成本,目前已经广泛应用于垃圾渗滤液处理领域,并取得良好的效果。

武汉市绿色环保能源有限公司垃圾焚烧厂垃圾渗滤液处理工程,处理规模为400 m3/d,采用内置式MBR系统,于2010年6月建成投入运行至今,效果良好。

该厂原污水COD为50 000 mg/L左右,MBR膜进水COD为800 mg/L左右,出水COD<600 mg/L,产水稳定,SS<80 mg/L,目前运行情况良好,没有出现断丝现象。处理出水水质达到《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T 19923―2005)标准,回用于循环冷却水系统补充水,项目生产及生活废水不外排。

    3.5运行成本

在管式超滤系统中,为保证活性污泥不在超滤膜管中沉积,必须保持最低4 m/s的流速,这样会使超滤系统能耗过高。同时,由于膜的孔径较小(0.02 μm),使净水透过膜必须使用较高的压力,这也是超滤耗电较高的一个原因。外置式MBR系统电耗组成见图3。

 

   图3外置式MBR处理垃圾渗滤液系统电耗组成

    从图3可以看出,除鼓风机外,超滤系统所占电耗高于其他机械设备,这也是导致垃圾渗滤液处理运行成本高的主要原因之一。

对于内置式MBR系统而言,只需要设置抽吸泵和膜清洗用鼓风机即可,其电耗远远低于外置式系统。以500 m3/d规模的垃圾渗滤液处理工程为例,对二者的电耗进行比较,结果见表2。

    表2内置式和外置式膜电耗比较

    3.6综合比较

    内置式膜生物反应器和外置式膜生物反应器的综合比较如表3所示。

    表3膜生物反应器比较

    4、结论

    ①内置式膜可以用于垃圾渗滤液处理较高污泥浓度的MBR生化处理系统,效果良好。

    ②内置式膜系统的工程费用低于外置式膜系统。

    ③内置式膜系统的电耗远远低于外置式膜系统,运行成本大幅降低。

(文章来源:微信公众号:中国给水排水)



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