2017年初，MBR膜處理系統(tǒng)處理能力下降，7個膜池MBR膜的跨膜壓差TMP快速上升。2月中旬，發(fā)現部分膜池濁度升高，經排查發(fā)現部分膜堆滲漏。此次對這7個膜池的36組膜堆進行檢修，主要是查找膜泄漏點，清理膜間泥餅，更換損壞的膜，分析MBR膜損壞、結垢、跨膜壓差高、膜結垢的原因。目前我們使用的膜堆是進口浸沒式平板MBR膜組件，膜材料為聚偏氟乙烯(PVDF)+無紡布(PET)，每片膜的有效面積為1.4平方米，每片膜堆由100片MBR膜組成。目前膜堆已經達到廠家約定的5年使用壽命，膜堆的部分膜已經開始損壞。根據MBR膜的結構特點和運行過程，分析了現有膜堆的運行情況，同時發(fā)現膜堆已經損壞。

1.MBR膜的介紹及結構特點

(MBR膜系統(tǒng)的膜形式和材料介紹。目前MBR膜系統(tǒng)由幾個單元組成，每個單元由幾個膜組件組成，每個膜組件分上下兩層分布，每100個膜組成一個膜組件，膜面積為1.4m2，運行方式為過濾+松弛，公稱孔徑為0.08微米。膜材料為聚偏氟乙烯(PVDF)+PET無紡布。

(2)我公司采用的MBR膜為固液分離膜，膜生物反應器通常僅指固液分離膜生物反應器。根據膜組件與生物反應器的相對位置，用于固液分離的MBR膜可分為浸沒式膜生物反應器和外置膜生物反應器。MBR)技術是一種新型高效污水處理工藝，它利用膜組件代替?zhèn)鹘y(tǒng)活性污泥法中的二沉池，大大提高了系統(tǒng)的固液分離能力。MBR技術是一種將膜分離技術和生物技術相結合的新型廢水處理技術。膜分離模塊用于攔截生化反應池中的活性污泥和大分子有機物，省去了二沉池。因此，活性污泥濃度可以大大提高，水力停留時間(HRT)和污泥停留時間(SRT)可以分別控制，而難降解物質在反應器中不斷反應降解。因此，膜-生物反應器工藝通過膜分離技術大大增強了生物反應器的功能。

(3)膜生物反應器的特性

(1)污染物去除率高，抗污泥膨脹能力強，出水水質穩(wěn)定可靠，出水無懸浮物。

②水力停留時間(HRT)和污泥齡(SRT)相互依存，增加容積負荷和減少污泥負荷往往形成矛盾。系統(tǒng)運行過程中產生大量剩余污泥，其處置費用占污水處理廠運行費用的25% ~ 40%。傳統(tǒng)的活性污泥處理系統(tǒng)也容易發(fā)生污泥膨脹，出水含有懸浮物，惡化了出水水質。

③膜的機械截留避免了微生物的流失，生物反應器內可以維持較高的污泥濃度，從而增加容積負荷，降低污泥負荷，MBR工藝省去了二沉池，大大減少了占地面積。

④由于SRT長，生物反應器起到了“污泥硝化池”的作用，從而顯著減少了污泥產量，剩余污泥產量低，污泥處理成本低。

⑤由于膜的截留作用，SRT延長，有利于生長緩慢的微生物。如硝化菌生長的環(huán)境，可以提高系統(tǒng)的硝化能力，同時也有利于提高難降解大分子有機物的處理效率，促進其徹底分解。

⑥SMBR曝氣池中的活性污泥不會因產水而流失。在運行過程中，活性污泥會因進入池內有機物濃度的變化而發(fā)生變化并達到動態(tài)平衡，使系統(tǒng)出水穩(wěn)定，具有抗沖擊負荷的特點。

⑦較大的水力循環(huán)使污水混合均勻，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積。MBR系統(tǒng)中活性污泥的高度分散是提高水處理效果的另一個原因。這是普通生化水處理技術形成的更大的細菌膠束難以相比的。

⑧膜生物反應器易于集成，易于實現自動控制，操作管理方便。

⑨膜生物反應器的不足主要表現在幾個方面:膜的高成本使得膜生物反應器的基建投資高于傳統(tǒng)污水處理工藝；容易出現膜污染，給運行管理帶來不便；能耗高。首先，MBR漿液分離過程必須保持一定的膜驅動壓力。其次，MBR池混合液中的懸浮物濃度很高。為了保持足夠的氧轉移速率，必須增加曝氣強度。為了增加膜通量和減少膜污染，必須增加流速來沖刷膜表面，導致MBR的能耗和成本高于傳統(tǒng)生物處理工藝。

2.MBR平板膜在煤直接液化廢水中的應用及問題分析

2.1 MBR膜系統(tǒng)工藝組成

膜生物反應器主要由膜分離組件和生物反應器組成。我廠MBR膜工藝組成流程說明:煤直接液化的生活污水、低濃度含油污水生化出水、高濃度污水臭氧氧化出水、脫鹽回用工段超濾反洗排水壓力進入MBR工段配水井，污水通過配水井均勻分配至兩條格柵渠；污水中的顆粒和漂浮物被鼓形格柵去除后，污水自行流入A/O池，被鼓形格柵除污機攔截的顆粒和漂浮物被運出工廠。

A/O池由兩個序列組成。A池為前置反硝化池，A池中的異養(yǎng)反硝化菌以進水中的有機物為碳源，將混合液中的亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮還原為氮氣。o池為推流式曝氣池。在好氧條件下，活性污泥中的微生物將污水中的有機物降解為CO2和H2O，將污水中的NH3-N氧化為亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。MBR膜池的混合液回流至A池進行反硝化。o池中補充了堿度和氧鹽。A/O池出水自流進入MBR膜分離室。

2.2 MBR膜運行中的問題

煤直接液化高濃度污水處理MBR膜系統(tǒng)自2013年6月投運以來，運行穩(wěn)定，水質水量保持穩(wěn)定。從2016年底開始，發(fā)現跨膜壓差TMP的上升速度加快。到2017年初，已經發(fā)現部分膜組件的產水濁度從2月中旬開始升高。及時排查各膜組件后，隔離泄漏的膜組件(切斷膜組件混水閥與系統(tǒng)的連接)，產水水質恢復正常。MBR膜拆開檢查后發(fā)現，膜間有大量板結污泥，造成膜表面機械污染，影響膜過濾面積，導致產水能力下降。在維修過程中清理硬化污泥時，發(fā)現硬化污泥中混有顆粒較大的碎石和鐵銹樣物質，同時還發(fā)現膜組件水管老化。

2.3 MBR膜系統(tǒng)問題分析

在MBR膜系統(tǒng)的維護和故障排除過程中，發(fā)現部分膜組件出現機械損傷，膜表面的機械損傷可分為以下幾種現象:一是膜表面僅出現一個或多個大小約為0.5mm-5mm的孔洞損傷；二是膜面大面積磨損，磨損現象明顯，減薄后形成許多破損孔洞；第三，在膜表面上發(fā)現許多凹痕，這與支撐板表面上的凸起一致，這是由于硬化的污泥。膜破損后，大量污泥會從破損部分直接進入產水側，這也是產水濁度升高的根本原因。經檢查發(fā)現，機械損傷主要是由硬物劃傷和磨損造成的。發(fā)現硬化污泥與污泥中的礫石、鐵銹等硬物結合，機械損傷主要是硬化污泥將硬物壓向膜表面形成強力所致。曝氣效果差，曝氣偏差或曝氣量小，都容易造成污泥沉積直至板結。污泥板結時，膜間曝氣通量面積減小，曝氣流量增大，導致膜間局部磨損嚴重，膜池中有礫石或鐵銹時，膜容易損壞。膜水管直徑8mm，材質為PU透明軟管。長期使用后，水管會老化變硬，顏色變成褐色，污泥很容易從水管漏入制水系統(tǒng)。

MBR表面有水垢物質，顏色多為棕色。通過對污染物的檢測，發(fā)現污染物基本都是無機物。經過分析，水垢物質的成分主要由硅、鋁、鐵、鈣、錳等組成。其中，錳和鋁元素主要來源于污水中所含的成分或之前系統(tǒng)中化學藥劑的投加。但鐵鱗偏高，懷疑與碳鋼部件腐蝕嚴重有關。除了污水，硅的污染應該也和膜池的混凝土脫落有關。鈣污染可能與系統(tǒng)添加的高硬度污水流有關。

污垢污染物形成后，膜表面會明顯變得粗糙，粗糙表面上的污染物很難通過氣體擦洗去除。此外，形成較厚的污染層后，還影響了膜兩側壓差的增加，加劇和加速了MBR膜的污染。從實際情況也可以觀察到，硬度較高的水進入系統(tǒng)一段時間后，可以加速跨膜壓差TMP的增加。

至于污染物，當時做了一些現場試驗，發(fā)現結垢物質在檸檬酸中很難溶解，在次氯酸鈉中完全不溶，但在一定濃度的鹽酸和硝酸中會溶解得更快。結合之前的清洗情況，用次氯酸鈉和檸檬酸清洗對現有污染物的去除效果有限。

2.4解決MBR膜問題的探索和預防措施

(1)通過清理MBR膜表面的板結污泥，更換泄漏的膜，清理池內帶有碎石和鐵銹的污泥，MBR膜系統(tǒng)產水的水質和水量完全能夠滿足生產要求，系統(tǒng)運行正常。通過分析整個MBR系統(tǒng)的檢修過程，發(fā)現MBR膜系統(tǒng)出現問題的主要原因是膜間污泥板結，造成膜組件結垢，降低系統(tǒng)處理量。系統(tǒng)中存在一些機械損壞的膜元件，但數量較少，不會對整個膜系統(tǒng)的產水量和水質產生較大影響。大多數膜池經過硬化污泥清理后，產水量迅速恢復，膜組件經過化學清洗后，跨膜壓差也明顯下降。但這種化學清洗方案根據垢樣進行了優(yōu)化，更換了化學清洗劑，目前清洗效果良好。

(2)MBR膜系統(tǒng)運行問題分析及預防措施

由于系統(tǒng)的污水水質較以前發(fā)生了變化(硬度較高的污水進入系統(tǒng))，加速了系統(tǒng)的結垢。對于高硬度水的情況，以前以有機物污染為主的次氯酸鈉清洗方法并不完全適用。對于高硬度污水的情況，無機污染超過有機污染，需要根據實際情況調整運行維護方式。對于無機污染，要有計劃的增加酸洗頻率，改變化學清洗配方，及時了解水質變化，注意滲透膜壓差變化，發(fā)現異常及時分析處理。

MBR膜間板結污泥的形成除了與水質的變化有關，還與膜池中沉積的污泥有關。MBR膜污水系統(tǒng)一直處于高生產負荷狀態(tài)。全廠檢修時，仍會有大量的水需要處理，膜罐內的污泥無法清理，需要定期清理罐內的污染污泥。膜曝氣效果差，曝氣效果不均勻，曝氣量小等。，加速污泥在膜表面的附著；如果長時間曝氣效果不好，容易導致橫膈膜之間的污泥板結。為了避免板結污泥的形成，要時刻注意曝氣量是否均勻，曝氣量是否過小，曝氣間隙時間是否過長，悶曝時間是否過短，要實現精細化操作。

MBR池中的池壁、污泥回流泵的進水管等預埋件均為碳鋼材質。長期使用后會發(fā)生腐蝕，大量鐵銹會進入油箱?？僧a生銹蝕的部件應更換或進行防腐處理，以防止銹蝕殘渣和礫石損壞膜組件。MBR池前面的A/O池是封閉的，以防止碎石等雜物落入MBR系統(tǒng)，損壞MBR膜。

組織定期檢查膜組件，拆除檢查一組膜組件，檢查膜的結垢情況，檢查是否有污泥板結的趨勢，檢查是否有機械損傷，檢查水管是否老化等。，以便及時發(fā)現問題并及時處理，防止事態(tài)擴大并采取預防和糾正措施，確保系統(tǒng)安全可控運行。

3.MBR膜在煤直接液化廢水中的應用探索

隨著我國環(huán)保壓力的不斷加大，水處理行業(yè)發(fā)展迅速。國產膜開發(fā)應用廣泛，但大規(guī)模產業(yè)化相對較少。國內使用的MBR膜形式各異，主要是浸沒式膜生物反應器，運行效果水平不一。2017年10月，選用國產某知名品牌箱式MBR平板膜進行實驗。實驗中的MBR膜是根據現有的場大小安裝的，出水管上裝有就地流量計。到2018年10月，運行效果良好，膜通量無明顯衰減，膜無破損。由于實驗中只安裝了一組，并且沒有關于滲透膜壓差的數據。2018年10月，掛檢時發(fā)現膜面有結垢，實驗廠家已取樣返廠。

4.結論

浸沒式MBR平板膜首次應用于煤直接液化廢水，具有良好的出水指標、運行效果和設備壽命。經過幾年的運行，發(fā)現了一些問題，如池內部件腐蝕、污泥過多、輸入介質變化、曝氣不均勻、膜間泥餅結塊、膜表面結垢、池內有砂粒、前A/O池未封閉等，導致MBR膜壓差高、處理能力降低、膜損壞。但通過優(yōu)化操作，優(yōu)化MBR膜的化學清洗方案，定期清洗檢查膜槽中的膜，更換或替換腐蝕的組件。進口MBR膜的更換成本比較高。通過國產MBR膜的試用，積累了國產MBR膜的運行經驗。再次選擇MBR膜時，可以多一個選擇，可以降低MBR膜的更換成本。(來源:中國神華煤化工有限公司鄂爾多斯神華煤制油分公司環(huán)保倉儲中心)

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