污水处理中影响MBR膜工艺运行的因素及膜工艺的优缺点

污水处理中影响MBR膜工艺运行的因素及膜工艺的优缺点

张恒

武汉药明康德新药开发有限公司 湖北武汉 430070

摘要：MBR工艺膜系统结合了传统活性污泥法和膜工艺的优点，使得过滤出水的水质远远高于单一技术滤出水的水质，其性能得到了肯定。加之目前污水排放标准的提高、膜工艺的上升及膜价格成本的下降，MBR工艺膜系统得以广泛应用，针对MBR工艺膜系统的理论研究也逐步完善，但在城镇污水处理系统，该工艺尚处于起步状态。MBR工艺膜系统主要依赖于膜的固液分离技术，其中生物处理占主导，固液分离是关键。本文阐述了城镇污水处理工程MBR工艺膜系统设计关键技术，希望能为今后的城镇污水处理工程提供借鉴。

关键词：污水处理；MBR膜工艺

1 MBR工艺膜组件设计要点

1.1 膜丝（片）材质选择要点

膜丝（片）材质的选择是整个工艺系统的基础，也是关键，其材质的选择了既影响膜的寿命，又影响膜的使用性能。膜丝的材料分为有机膜和无机膜两部分，这两种膜各有利弊，各工厂会根据各自需求的不同选择最适合使用的膜的类型。有机膜有以下优点：成本低，价格便宜，种类多样，工艺较为成熟等等。但有机膜也有一定缺点，如可用时间较短，则容易被污染等。而无机膜则具有不受有机溶剂影响、耐腐蚀、耐侵蚀、耐高温、耐强酸强碱等优点，因此，无机膜常应用于污染侵蚀较为严重的工厂废水处理。当前最为常用的膜是有机膜中的PVDF，其经过改良后，具有稳定的亲水性，受到多数工厂青睐。

1.2 膜丝（片）性能选择要点

选择膜丝时，要考虑两大方面，一是化学强度，二是机械性能。化学强度和机械性能是决定膜的使用寿命的两大重要决定因素。膜丝的化学强度是指，其要能最大程度地接受化学物质的侵蚀，即其能清洗的化学物质的种类要尽可能多，抗氧化性、抗侵蚀性要高。膜丝的机械性能是指其要能够承受长时间的外力冲击，如大流量水的冲击、空气的摩擦清洗等。膜丝的断裂程度和断裂伸长率是反映机械性能的重要指标。其数值大小反映了膜承受外界压力的程度，侧面说明了膜在使用中的损坏率，是衡量一个膜质量好坏的重要测量指标。

1.3 膜丝（片）孔径选择要点

MBR工艺膜系统中，常用的膜孔径有两种，一种膜孔径在0.01～0.1μm之间，这种膜被称为超滤膜，又称UF；另一种膜孔径在0.1～0.4μm之间，又称微滤膜或MF。在实际应用中，这两种膜都符合工艺要求，二者并无明显差别。其中所提到的膜孔径并不是测得的准确数据，而是指过滤精度，它是正态分布的一种统计概念。目前，国家对膜孔径的标准并无统一要求，膜的质量取决于过滤出的水的水质。膜的过滤作用主要依赖三方面：一是膜孔自身的过滤筛选作用，二是膜孔和膜表面的吸附作用，三是膜表面形成的沉积层的过滤吸附作用。

2 MBR工艺膜系统参数设计要点

2.1 膜通量

膜通量是影响MBR工艺膜系统稳定性的重要影响因素，选择合适的膜通量能够有效降低透水性衰减速率。但膜通量的选择不是越高越好，要考虑实际应用需要，考虑膜可通过水流量的最大负荷量。

膜通量是整个工艺系统的主要部分，膜通量是指膜上能流通的最大水流量，前提是在单位时间内单位膜面积下。膜通量有四种模式：一是平均膜通量，平均膜通量是指在设计时理想状态下膜上的流通量；二是平均瞬时膜通量，平均瞬时膜通量是指膜实际参与工作时的通量；三是最大瞬时膜通量，影响最大瞬时膜通量的因素有流通的水量出现的峰值的情况和清洗膜离线所用时间，在测量最大瞬时膜通量时要选择两种因素下最不利的一种作为最大瞬时膜通量的测量；四是临界瞬时膜通量，临界瞬时膜通量与化学清洗周期相关，当膜通量增加，化学清洗周期却明显下降时，这时测得的膜通量便是临界瞬时膜通量。临界瞬时膜通量是MBR工艺膜系统中较为重要的检验标准，在膜系统中，我们要求所有膜通量都不得大于临界瞬时膜通量。

在设计膜通量时，一定要根据实际情况，选择合适的膜通量。膜通量的选择并非越高越好，通常在一定范围内，提高膜通量可以减少膜的使用数量，降低成本。但当膜通量达到一定值后，膜通量的提高可能会导致膜系统的快速老化，减少膜的使用寿命，增加膜的更换频率与使用成本。

2.2 设计水温

水温是影响膜通量的一大因素，在一定范围内，水温升高，水中化学物质活性升高，粘滞性降低，膜通量增大；若水温过低，水中化学物质活性降低，粘滞性增加，膜通量降低。因为MBR工艺膜系统是一个恒流量系统，所以水温造成的膜通量的变化可以通过改变跨膜压差得到调整。

3 MBR工艺膜系统布局设计要点

3.1 膜系统的分组

为了便于操作处理，膜系统通常采用分组处理的办法。膜系统的分组有一定要求，不可随意分组、确定单组的规模，一定要进行技术经济比较优化后再进行分组的确定。技术方面，单组的膜系统不要连接过多的膜组件，以避免进水、空气擦洗、抽吸出水不均等问题的发生。经济方面，如果单组膜系统规模过大，则会导致抽吸泵、各管道及相应组件增大，同时也会导致设备、检测仪等数量减少，各管道长度缩短。因此，在进行膜系统的分组时，一定要综合比较技术经济优势。

3.2 膜系统的备用

为减少突发事故，膜系统可以设立一些备用系统，但备用设备的设立需要增加膜系统的运算，因此，运行者可自行决定是否设立备用膜系统。若没有经费设立备用系统，可以采取一些应急措施。一般情况下，膜系统的备用有以下几个方面：一是膜系统中涉及到的主要设备可采用几用一备；二是要增大单组膜系统的膜的流量以及相关管道口径且分组时组数应大于等于四组；三是在设计膜系统时，要预留一定空间可供备用，一般情况下预留10%～15%的空间用于备用。

4 MBR工艺膜系统运行设计要点

4.1 膜工作周期设计

MBR工艺膜系统主要采取间歇出水的运行方式，系统抽取水后停顿一段时间，之后再继续抽水，其中抽取水的时间约为8～12min，停顿时间约为30～120s。不同类型系统会有不同的停顿方式，有的只是普通的停顿，有的系统便是在停顿时间会进行反冲洗。每一次抽取和停顿算作一个周期，周期时间的缩短会减少污泥拥堵的速率。但如果周期时间过短，会增大人员对膜系统的控制难度并且会减少膜组件的使用寿命。

4.2 膜操作压力设计

膜是否被污染以及污染程度受操作压力影响。膜的操作压力有一个临界压力值，当临界压力值大于操作压力值时，压力值的升高会造成膜通量的增加；当临界压力值小于操作压力值时，会加重膜的污染程度，且此时压力值发生变化对膜通量几乎无影响。在实际应用中，应尽量降低膜的操作压力值，膜的操作压力值低，则有利于提高膜的能量利用率，在较长一段时间内提高膜通量，且能一定程度上延长膜的使用寿命。

4.3 膜运行方式设计

膜的运行方式有两种：恒压控制与恒流控制。在MBR工艺膜系统中，选择采用恒流控制，MBR工艺膜系统中选择恒流控制有以下几个原因：一是能够降低膜的污染率，有效控制对膜的污染；二是能够延长膜的清洗周期，提高膜的运行效率；三是能在较长一段时间内提高膜通量；四是能够确保整个MBR工艺膜系统的稳定有序运行。而恒压控制主要用于测定膜通量随运行时间变化的变化的系统中。

5 结语

因为MBR工艺膜系统的优点众多，得到众多工厂的青睐，而在城镇污水处理工程中，此项技术还未得到实际应用推广。因此，文中根据自身污水处理厂建设的经验，阐述城镇污水处理工程MBR工艺膜系统设计关键技术，包括MBR工艺膜组件设计、参数设计、布局设计、运行设计要点四个方面，以期能为今后的城镇污水处理工程提供借鉴。

参考文献

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[2] 朱宝华，姜飞.基于物联网技术的污水处理系统方案设计[J].信息安全与技术，2013,4(12):87-89