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MBR膜
選自《凈水技術(shù)》雜志2014年第五期 《再生水廠MBR工藝的膜壽命評價》 王曉爽等著　　　　　　　　　　 more
本專題通過研究北京市某再生水廠已運行５年的MBR工藝膜系統(tǒng),，從不同膜壽命概念出發(fā)，利用多種方法對該廠膜壽命進(jìn)行評價,，為MBR膜產(chǎn)品使用壽命的判定提供方法借鑒,。膜生物反應(yīng)器（MBR）是將膜分離技術(shù)應(yīng)用于污水處理領(lǐng)域而產(chǎn)生的污水處理和再生水回用工藝。由于該工藝出水品質(zhì)高,、所需占地面積小等特點,，從２０世紀(jì)９０年代以來得到了廣泛應(yīng)用。但它始終被認(rèn)為是一種高成本的工藝,，主要是因為膜的初期建設(shè)投資費用高,、后續(xù)膜更換費用高,，以及相對傳統(tǒng)活性污泥法需要更高的運行能耗。

再生水廠MBR膜工藝綜述

膜生物反應(yīng)器（MBR）是將膜分離技術(shù)應(yīng)用于污水處理領(lǐng)域而產(chǎn)生的污水處理和再生水回用工藝。由于該工藝出水品質(zhì)高、所需占地面積小等特點,，從20世紀(jì)90年代以來得到了廣泛應(yīng)用,。但它始終被認(rèn)為是一種高成本的工藝，主要是因為膜的初期建設(shè)投資費用高,、后續(xù)膜更換費用高,，以及相對傳統(tǒng)活性污泥法需要更高的運行能耗。研究表明膜的更換周期（即膜壽命）是影響MBR項目投資效益的最關(guān)鍵因素,。

目前業(yè)內(nèi)對于膜壽命的定義仍未統(tǒng)一,。在《膜分離技術(shù)術(shù)語》（GB／ T 20103—2006）中規(guī)定，膜壽命是在正常的使用條件下,，膜或膜元件維持預(yù)定2528—2012）中規(guī)定,，在設(shè)計運行條件下，膜元件使用壽命不低于3年,。
>> 某再生水廠MBR工藝介紹

MBR概述

北京市某再生水廠的MBR污水處理系統(tǒng)于2008年4月建成投運,，處理規(guī)模為６×１０^4ｍ３／ｄ，設(shè)計及實際運行中進(jìn),、出水水質(zhì)如表１表示,。該系統(tǒng)的生 物處理部分為UCT工藝，由厭氧段,、缺氧段和好氧段組成,。膜處理部分分為８條膜池，安裝Memcor B30R膜組件共計4864個,，總膜面積182886.4㎡,，系PVDF中空纖維膜。運行中主要采用維護(hù)性清洗（MC）和化學(xué)在線清洗（CIP）對膜進(jìn)行維護(hù),。
膜系統(tǒng)運行情況

截至2013年5月,，該MBR系統(tǒng)已運行５年，期間未對膜組件進(jìn)行更換,。系統(tǒng)運行3年后,，產(chǎn)水量出現(xiàn)較為明顯的衰減，跨膜壓差在單個CIP清洗周期內(nèi)增長迅速,，運行中需要縮短清洗周期以維持產(chǎn)水量,。
水質(zhì)水量
膜系統(tǒng)產(chǎn)水量、CIP清洗周期和平均通量的變化,。2008年5月～2011年12月,，該MBR系統(tǒng)能夠保持5.3×10^4m3/ｄ 左右的日均產(chǎn)水能力，平均膜通量為13.8LMH。2013年上半年,，系統(tǒng)日均產(chǎn)水量下降至3.4×10^4 m3／ｄ,，平均膜通量8.9LMH，較設(shè)計值衰減了43％ ,。
雖然進(jìn)水污染物負(fù)荷有逐年增高的趨勢,，但MBR工藝仍然保證了常規(guī)指標(biāo)的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。圖２顯示了膜產(chǎn)水的ＳＳ,、濁度及糞大腸菌群指標(biāo),，這些指標(biāo)體現(xiàn)著膜本身的截留分離能力。出水的ＳＳ和濁度始終比較穩(wěn)定,，分別小于５mg/L和2NTU,。糞大腸菌群自2012年起有逐漸升高的趨勢，但基本小于500個/L,，能夠滿足出水水質(zhì)要求,。
>> MBR膜壽命評價方法研究

以產(chǎn)水能力和水質(zhì)判斷膜壽命

膜廠商多以膜系統(tǒng)的產(chǎn)水量和產(chǎn)水水質(zhì)不能達(dá)到設(shè)計要求作為判斷膜壽命的標(biāo)準(zhǔn)。對于該再生水廠而言,，僅在2008年8月達(dá)到了設(shè)計日處理量６×10^4m3／ｄ的要求,，隨后因進(jìn)水水量不足未達(dá)產(chǎn)，直至2009年9月恢復(fù)到日處理量５×10^4m3／ｄ 的水平,，產(chǎn)水水質(zhì)始終穩(wěn)定達(dá)標(biāo),。若依據(jù)上述膜壽命概念，得出的膜壽命結(jié)論是不合理的,。,。
透水率衰減預(yù)測膜壽命

        繪制再生水廠膜壽命預(yù)測圖（如圖３），該圖分別列出了膜系統(tǒng)中的兩座膜池在運行５年期間歷次化學(xué)在線清洗前后的透水率數(shù)據(jù),，這些數(shù)據(jù)已校正到最不利水溫（15℃）,。圖中最上方的曲線為化學(xué)在線清洗后透水率可恢復(fù)的最高值的線性擬合，利用該曲線可追蹤膜的不可恢復(fù)性污染,。
累積氯接觸值法
　　膜供應(yīng)商通常會給出膜的最大累積氯接觸值,，用于衡量在膜使用期限內(nèi)膜能夠承受的累積氯接觸量。Memcor公司就Ｂ30Ｒ 膜組件給出的最大累積氯接觸值為1000000ppm·ｈ,。在運行５ 年后,，該再生水廠的ＭＢＲ 膜系統(tǒng)的累積氯接觸值達(dá)到250000～330000ppm·ｈ。若按照最大清洗頻次,，即每膜池１ 個月進(jìn)行兩次CIP氯洗,，還能夠運行３～３.5 年。
膜性能檢測法
膜表面形態(tài)：將中空纖維膜絲內(nèi)表面,、外表面,、斷面制成樣品,，用掃描電子顯微鏡成像觀測。
膜組件純水通量：將新膜組件與使用５年的膜組件用純水通量檢測裝置進(jìn)行通量檢測,。
機械強度：拉強度是基于膜絲拉斷時所受的最大拉伸力的計算值,，反映膜材料的斷裂抗力。
膜性能檢測結(jié)論：將新膜組件與使用５年的膜組件用純水通量檢測裝置進(jìn)行通量檢測,。
>> 關(guān)于MBR工藝膜壽命的討論與結(jié)果
  以系統(tǒng)的產(chǎn)水能力和產(chǎn)水水質(zhì)來判斷膜壽命不具有通用性
對于某些設(shè)計能力不足或上游來水不穩(wěn)定的膜系統(tǒng),，該方法就不適用。此外,，對于進(jìn)水超標(biāo)、突發(fā)異常膜污染等運行事故,，產(chǎn)水水量和水質(zhì)短時無法達(dá)到要求,，也不能就此得出膜壽命到期的結(jié)論。
  透水率衰減法對預(yù)測膜壽命具有指導(dǎo)意義
對于一個穩(wěn)定的膜系統(tǒng),，隨著運行時間的增加,，膜的不可恢復(fù)性污染逐漸積累，最直接的體現(xiàn)就是透水率衰減,。利用透水率衰減曲線來反映膜的不可恢復(fù)性污染和膜有效過濾面積的縮小是可行的,。
  根據(jù)累積氯接觸值法能夠得出一個膜壽命的期待值
但該值通常遠(yuǎn)超出膜的實際使用年限，因此用于預(yù)測膜壽命并不理想,。隨著累積氯接觸值的增大,，膜絲與膜組件框架之間的結(jié)合逐漸減弱，膜絲容易脫出膜組件框架造成斷絲,，膜絲的機械性能也會衰減,。但在達(dá)到最大累積氯接觸值前，膜就因為不可恢復(fù)性污染等原因失去了使用價值,。
  膜性能檢測法可以作為判斷膜壽命的一種方法
膜性能檢測能夠定量地反映出膜絲各方面的性能變化,。對長期運行的膜進(jìn)行周期性的跟蹤檢測，能夠幫助運行人員對膜絲狀態(tài)有更直觀的了解,，也有助于規(guī)避運行中的潛在風(fēng)險,。但由于業(yè)內(nèi)尚缺少相關(guān)膜性能指標(biāo)限值的標(biāo)準(zhǔn)，以及受樣品檢測量和取樣代表性的限制,，此方法僅推薦作為判斷膜壽命的輔助手段,。

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