2017年初MBR膜处理系统处理量降低，其中7个膜池的MBR膜透膜压差TMP上涨速度加快，2月份中旬发现有部分膜池产水浊度上升，经过排查部分膜堆发生泄漏，本次对这7个膜池36组膜堆进行检修，主要查找膜片漏点、清理膜片间泥饼，并更换损坏膜片，分析MBR膜损坏、结垢、透膜膜压差高，膜片结垢原因，并针对上述问题优化操作，列出相应防范措施。目前我们采用的膜堆是进口浸没式平板MBR膜组件，膜材质为聚偏氟乙烯(PVDF)+无纺布(PET)，每片膜的有效面积为1.4平米，每个膜堆由100片MBR膜组成，目前膜堆到了厂家协议的5年使用寿命，部分膜堆的膜片已经开始损坏，根据MBR膜的结构特点特点、运行工艺，对现有膜堆运行情况进行了分析，同时在现有的工艺条件下对国产MBR膜进行了实验。
1、MBR膜介绍与结构特点
(1)MBR膜系统膜形式及材质介绍，目前的MBR膜系统由多个单元组成，每个单元由若干个膜组件组成，每个膜组件按照上下两层分布，每100片膜组成一个膜组件，每片膜膜面积1.4㎡，运行方式采用过滤+松歇的方式运行，标称孔径0.08微米，膜片材质：聚偏氟乙烯(PVDF)+PET无纺布，膜组件底部为曝气管，产水侧利用自吸泵抽吸出水，池内污泥定期循环。
(2)通常人们所指的膜生物反应器仅包括固液分离膜生物反应器。按膜组件和生物反应器的相对位置，固液分离MBR膜又可以分为浸没式膜生物反应器和外置式膜生物反应器。膜-生物反应器(MembraneBioreactor,MBR)技术,是一种新型高效的污水处理工艺，它是用膜组件代替传统活性污泥法中的二沉池，大大的提高了系统固液分离的能力。MBR技术是膜分离技术与生物技术有机结合的新型废水处理技术。它是利用膜分离组件将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物截留住，省掉二沉池。因此，活性污泥浓度可以得到大大提高，水力停留时间(HRT)和污泥停留时间(SRT)可以分别控制，而难降解的物质在反应器中不断反应和降解。因此，膜-生物反应器工艺通过膜的分离技术大大强化了生物反应器的功能。
(3)膜-生物反应器特点
①对污染物的去除率高，抵抗污泥膨胀能力强，出水水质稳定可靠，出水中没有悬浮物。
②水力停留时间(HRT)与污泥龄(SRT)相互依赖，提高容积负荷与降低污泥负荷往往形成矛盾。系统在运行过程中还产生了大量的剩余污泥，其处置费用占污水处理厂运行费用的25%～40%。传统活性污泥处理系统还容易出现污泥膨胀现象，出水中含有悬浮固体，出水水质恶化。
③膜的机械截流作用避免了微生物的流失，生物反应器内可保持高的污泥浓度，从而能够提高体积负荷，降低污泥负荷，且MBR工艺略去了二沉池，大大的减少占地面积。
④由于SRT很长，生物反应器又起到了“污泥硝化池”的作用，从而显著的减少污泥产量，剩余污泥产量低，污泥处理费用低。
⑤由于膜的截流作用使SRT延长，营造了有利于增殖缓慢的微生物。如硝化细菌生长的环境，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和促使其彻底的分解。
⑥SMBR曝气池的活性污泥不因产水而损失，在运行过程中，活性污泥会因进入有机物浓度的变化而变化，并达到一种动态平衡，这使系统出水稳定并有耐冲击负荷的特点。
⑦较大的水力循环导致了污水的均匀混合，因而使活性污泥有很好的分散性，大大的提高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的效果的又一个原因。这是普通生化法水处理技术形成较大的菌胶团所难以相比的。
⑧膜生物反应器易于一体化，易于实现自动控制，操作管理方便。
⑨膜生物反应器存的不足，主要表现在几个方面：膜造价高，使膜生物反应器的基建投资高于传统污水处理工艺;膜污染容易出现，给操作管理带来不便;能耗高，首先MBR泥水分离过程必须保持一定的膜驱动压力，其次是MBR池中混合液悬浮固体浓度非常高，要保持足够的传氧速率，必须加大曝气强度，还有为了加大膜通量、减轻膜污染，必须增大流速，冲刷膜表面，造成MBR的能耗、费用要比传统的生物处理工艺高。
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
膜生物反应器主要是由膜分离组件及生物反应器两部分组成的。我厂MBR膜工艺组成流程描述：煤直接液化生活污水、低浓度含油污水生化出水、高浓度污水臭氧氧化出水及脱盐回用工段超滤反洗排水压力进入MBR工段配水井，经配水井将污水均匀分配到两条格栅渠;污水经转鼓格栅去除污水中的颗粒物和漂浮物之后自流进入A/O池中，转鼓格栅除污机拦截的颗粒物和漂浮物运出厂外。
A/O池由两个序列组成。A池为前置的反硝化池，A池中的异养型反硝化细菌利用来水中的有机物作为碳源将混合液中的亚硝态氮和硝态氮还原为氮气。O池为推流式曝气池，活性污泥中的微生物在有氧条件下，将污水中的有机物降解成CO2和H2O,将污水中的NH3-N氧化成亚硝态氮和硝态氮。来自MBR膜池中混合液回流至A池进行脱氮。O池补充碱度和营氧盐。A/O池出水自流进入MBR膜分离间。
2.2 MBR膜运行中存在的问题
煤直接液化高浓度污水处理MBR膜系统自2013年6月投运后运行稳定，水质和水量保持稳定，从2016年底开始，发现透膜压差TMP上涨速度加快的现象，到2017年初透膜压差TMP上涨速度加快，2月中旬开始发现有部分膜组件的产水浊度上升的情况，经过及时对各膜组件的排查，对泄漏的膜组件进行隔离(切断膜组件掺水阀与系统隔离)，产水水质恢复正常，MBR膜拆检后发现膜膜片间存有较多的板结淤泥，大量的板结淤泥造成了膜表面的机械污堵，影响到了膜过滤面积，造成了产水能力的下降，在检修过程中清理板结淤泥时，发现板结淤泥中混有较大颗粒的砂砾和铁锈样物质，同时也发现膜组件产水管会有老化现象，有污泥从产水管进入系统的现象。
2.3 MBR膜系统问题分析
在MBR膜系统检修和问题排查过程中，发现了有部分膜组件出现了机械破损，膜表面机械损伤可归类为以下几种现象，第一种是膜表面只破损一个或多个孔洞尺寸约0.5mm-5mm，第二种是膜表面大面积擦伤并有较为明显的磨损现象，减薄后形成多个破损孔洞，第三种是膜表面会发现较多处压痕，该压痕与支撑板表面凸起部位一致，是由于板结淤泥较多长时间对膜片挤压所形成的压痕直至膜片损坏。膜元件破损后会有大量的污泥从破损部位直接进入到了产水侧，这也是造成产水浊度升高的根本原因。经过检查发现，机械破损主要是硬物的刮破和磨破为主。结合发现了板结淤泥和淤泥中存在的砂砾以及铁锈等硬物，机械破损主要是由板结淤泥将硬物压到膜表面形成较大的力量造成的，曝气效果差，曝气偏流或曝气量小非常容易造成淤泥沉积直至板结，当淤泥板结后膜片间曝气通量面积减小，曝气流速增加，从而造成膜片间局部磨损严重，当膜池内有砂砾或铁锈时极易造成膜片损坏。膜组件产水管为直径8mm，材质是PU的透明软管，经过长时间使用产水管会老化变硬，颜色变成褐色，污泥极易从产水管漏入产水系统。
MBR膜片表面有垢类物质，颜色为褐色居多，通过对污染物的测试，发现污染物基本上都是无机物。经过分析垢类物质成分主要是由硅，铝，铁，钙和锰等等。其中锰，铝元素主要来自于污水中自身含有的成分或者前级系统的药剂投加，但较高的铁垢怀疑和严重腐蚀的碳钢件存在关系，硅的污染除污水中外，与膜池脱落的混凝土也应该有联系。钙污染和系统增加的一股较高硬度的污水可能存在关系。
形成了结垢的污染物后，膜表面明显会变粗糙，污染物在粗糙的表面上难以依靠气体擦洗将污染物去除掉。另外，形成了较厚的结垢污染层后，也影响到了透膜压差的升高，加重和加速了MBR膜的污染。这从实际情况看，较高硬度水进入系统一段时间以后，透膜压差TMP的增速加快也可以观察到。
对于污染物的情况，当时进行了一些现场试验进行了观察，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解，但是在一定浓度的盐酸和硝酸中会较快的溶解。结合之前的清洗情况看，主要以次氯酸钠和柠檬酸药剂的清洗对于现有形成的污染物去除效果有限。
2.4 MBR膜存在问题解决措施探索及预防措施
(1)通过对MBR膜片表面板结淤泥的清理，泄露膜片的更换，池内带有砂砾及铁锈的淤泥清理，MBR膜系统的产水水质和水量完全能够达到生产的要求，系统运行正常。对整个MBR系统的检修过程进行分析，MBR膜系统问题的主要原因是膜片间板结的淤泥，污堵了膜组件，造成系统处理量降低。系统中有部分机械破损的膜元件存在，但是数量较小，对于整个膜系统的产水水量和水质不会造成大的影响，多数膜池板结淤泥清理后，产水水量迅速恢复，膜组件进行化学清洗后，透膜压差也有了明显下降，但本次化学清洗方案根据垢样进行了优化，化学清洗药剂进行了更换，目前清洗效果较好。
(2)MBR膜系统的运行问题分析和预防措施
由于系统污水水质与之前有所变化(较高硬度的污水进入系统)，加速了系统的结垢，对于高硬度水的情况，依照之前主要以有机物污染为主的以次氯酸钠清洗方式不完全适用，对于高硬度污水，无机污染的情况超过了有机污染，因此需要根据实际情况来调整操作维护的方式。对于无机污染，需要计划增加酸洗的频率，更改化学清洗配方，及时了解水质变化的情况，关注透膜压差变化情况，发现异常及时分析处理。
MBR膜片间板结淤泥的形成，除了水质变化外，与膜池沉积的淤泥有一定关系，MBR膜污水系统一直处于高生产负荷的状态。在全厂检修时，依然会有较多的水量要处理，无法清理膜池内的淤泥，需要定期清理池内被污染的淤泥。膜池曝气效果差，曝气效果不均匀、曝气量小等加速了淤泥在膜片表面的附着;曝气效果长时间不好，极易导致膜片间淤泥板结。为避免板结淤泥的形成需要经常关注曝气量是否均匀，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膜池中池壁等预埋件、与污泥回流泵入口管都是碳钢材质，长期使用后发生腐蚀现象，有大量的铁锈进入池中，要对能产生铁锈的部件进行更换或是防腐处理，以避免锈渣和砂砾损坏膜组件。MBR膜池前端A/O池封闭避免砂砾等杂物掉落进入MBR系统，损坏MBR膜片。
定期组织对膜组件进行检查，拆检一组膜组件，检查膜片的结垢情况，检查是否有淤泥板结的倾向，检查有无机械损伤，检查产水管是否老化等，以便能及时发现问题并及时处理，避免事态扩大并做出预防和纠正措施，保证系统的运行安全可控。
3、MBR膜在煤直接液化废水应用的探索
随着我国国内环保压力增加，水处理行业发展迅速，国产膜发展与应用较为广泛，但大型工业化的相对较少，国内使用的MBR膜形式各异，以浸没式膜生物反应器为主，运行效果层次不齐。2017年10月份选用国产某名牌盒式MBR平板膜进行实验，实验的MBR膜根据现场现有尺寸进行安装实验，出水管装有就地流量计，实验至2018年10月份，运行效果良好，膜通量未见明显衰减，膜未发现有损坏现象，由于做实验只安装一组，透膜压差无数据，2018年10月份吊出检查发现膜表面有结垢现象，实验厂家已取样回厂进行分析，根据分析结果再进一步优化实验方案。
4、结语
MBR浸没式平板膜在煤直接液化废水中是首次应用，从产品出水指标、运行效果，设备使用寿命等都非常好。通过几年的运行发现了若干的问题，如池中部件腐蚀、污泥过多、输入介质变化、曝气不均匀、膜片间泥饼板结、膜表面结垢、池内有砂砾、前端A/O池未封闭等等问题，造成了MBR膜透膜压差高、处理量降低、膜片破损，但通过优化操作，优化MBR膜化学清洗方案，定期清理检查膜池膜片，对腐蚀部件更换或做防腐等措施来保证MBR膜膜片不淤积泥饼不损坏，达到长期稳定运行，同时也优化了检修方案，大大的缩短了检修时间。进口MBR膜更换成本较高，通过国产MBR膜试用，积累国产膜的运行经验，再次选择MBR膜时可以多一种选择，可以降低MBR膜的更换成本。
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