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浸没式膜生物反应器(MBR)

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学社博客 发表于 2019-9-9 18:54 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
1 Zenon浸没式膜生物反应器(Zenon Submerged MBR)$ v9 L) R6 j: x! m% `2tech.cn
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加拿大Zenon公司为目前全球最大的膜生物反应器的专业公司,目前被通用电气收购,其业务遍及45个国家,员工超过1400人。! o. `( `* N6 Z2 {2tech.cn

4 p7 k0 Y- e9 i' k3 e* F; BZenon的中空纤维膜组件开发于1989年。Zenon浸没式膜生物反应器目前应用ZeeWeed中空纤维膜组件,膜表观孔径小于0.04微米,直接观察孔径为0.1微米,中空纤维膜外径为1.9毫米,中空纤维膜经过加强,强度在同类膜中表现最好,完全胜任城市污水处理的膜强度要求。/ r! r  f2 z6 J6 k+ \" b! b/ w2tech.cn

5 m& X3 R! Y0 o组件中,中空纤维膜垂直排布,过滤方式为外压式,中空纤维膜上下两处出口出水。出水的动力可以应用泵抽吸或利用自然水头。
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/ z) H' `7 @% E1 I" d" r5 [* D: ]9 d组件的尺寸为高、长、宽分别为2、1.8、0.7米。单一组件膜面积为368平方米。# g$ T$ j: L1 z/ `9 e" u2 A6 f* e2tech.cn
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曝气由组件底部引入,沿中空纤维膜方向,用于膜清洗气泡粒径比较大。同时在反应器中额外提供微孔曝气为微生物提供充足溶氧。控制污染操作方式可以利用膜出水进行反洗或是间歇出水。下图给出了Zenon浸没式膜生物反应器膜组件及流程。
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Zenon浸没式膜生物反应器出水水质数据列于下表。4 u# V5 o" O6 A2tech.cn

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在污泥停留时间50天时,污泥产率0.2kgMLSS/kgCOD(0.46kgMLSS/kgBOD),低于传统活性污泥法30%~50%。
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5 E" u# D2 T/ y3 S7 O, aZenon浸没式膜生物反应器的操作条件数据列于下表。 ; O* ^# U1 K; B2 p  Y  P2tech.cn
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精彩评论6

 楼主| 学社博客 发表于 2019-9-9 18:59 | 显示全部楼层
2 久保田浸没式膜生物反应器(Kubota Submerged MBR)--平板膜
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久保田公司最初是从事农业机械的集团公司,对浸没式膜生物反应器的发展始于二十世纪八十年代,第一件中试规模的膜生物反应器于1990年开始运行,截至2005年统计,有超过2200座膜生物反应器在运行,其中一半在欧洲。( Y5 ?2 k3 N/ M  j! ^9 \6 y3 @2tech.cn

. G2 y( E, m7 n/ N, }, P; O目前其中最大处理能力在13000立方米/天的污水处理厂位于Swanage,UK。久保田浸没式膜生物反应器在处理生活污水,工业污水:制药废水、造纸废水、洗相废水等都取得了良好的效果。
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久保田浸没式膜生物反应器应用8~12g/L的较高的活性污泥浓度,应用0.2微米孔径的PES(聚醚矾)平板膜。
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! f8 B4 t2 Q0 d7 h9 `# W平板膜直立平行排布,间距0.7厘米,空气从膜板间的底部引入,曝气管的孔径为1厘米。平板膜尺寸为1米高、0.4米宽,膜面积为0.8平方米/片。气升环流速度大约在0.5米/秒。出水由泵抽吸或是由重力水头驱动。
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下图给出了久保田浸没式膜生物反应器膜组件及处理流程。
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1 B1 Z% ~+ }7 b/ ~7 L久保田浸没式膜生物反应器应用于城市生活污水的处理取得了极好的效果。下表列出了主要的数据。污泥停留时间在40至70天时,污泥产率为0.48kgMLSS/kgBOD,大约是传统活性污泥法的50%。污泥停留时间在20~30天时,活性污泥产率为0.35~0.53kgMLSS/kgCOD,接近传统活性污泥法。目前的能耗大约低于1 kWh/m3。
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3 b, N+ \. u2 ]+ a久保田浸没式膜生物反应器是稳定的易操作的反应器。膜的化学清洗周期超过一年。在间歇抽吸的操作(8分钟出水,2分钟停止),通量可以稳定在16.7升每平方米每小时。该反应器无需大的调节池,通过通量的调节,可以满足城市污水不同时间段的来水处理需求。操作条件归纳在下表。) h( ^6 d; g( V) x1 s* I" Z! k9 A2tech.cn
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 楼主| 学社博客 发表于 2019-9-9 19:00 | 显示全部楼层
3 三菱浸没式膜生物反应器(Mitsubishi Submerged MBR)
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日本Mitsubishi Rayon浸没式膜生物反应器应用微孔的聚丙烯中空纤维膜,每个单元的膜面积为1.5m2,每个组件含有70个单元,总面积为105m2。
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2 v$ e- R* e- y6 d2 Q每个组件耗气量在1200L/min,间歇抽吸的循环周期:8~13分钟开,2分钟关。化学清洗周期大约2~3个月。2 @- g5 L: p  i: s8 r2tech.cn

  J% d" ]( c2 b: s8 Z  e世界范围内的Mitsubishi Rayon浸没式膜生物反应器大约有500套,总处理量在50000m3/d。出水水质数据列于下表,图为Mitsubishi Rayon浸没式膜生物反应器膜组件。
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 楼主| 学社博客 发表于 2019-9-9 19:14 | 显示全部楼层
日立PVDF-MBR反应器7 M) L: Y0 g$ u2tech.cn

) S0 D+ }% \, Y- I) P, R株式会社日立工业设备技术部发布了新型的膜分离活性污泥处理法设备,设备采用了日立独自开发的新型PVDF膜,这种膜具有更高的膜通量和更好的耐久性。以后这种膜将在日立自己的高度水处理以及日本国内的水处理领域得到广泛应用。预计到2010年,日本国内的市场将达到100亿日元。, [9 x+ M: T3 P  Z- v" I0 p* F2tech.cn
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日立公司的MBR反应器已经多有实绩,原来用的固液分离装置是平膜,因其水流方式而易受到杂物的影响,而且运行的压力低。总体上来说,原来MBR反应器的维护成本高,膜组件更换的频率也高。
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/ i5 a% _; ^/ K" K( h' N此次新开发的膜在性能上有了很大提高。孔径为0.1μm的精密过滤膜粘在支持板的两面,数片膜组成一组。跟原来的膜相比,有更高的膜通量和更好的耐久度。而且公司与日本下水道协会合作进行了MBR运行管理的试验,结果表明,能够降低大概30%的运行费用。
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9 I" k  Z# W( ?4 FPVDF膜的耐药性能更好,而且污泥剥离性能也很出色。药洗后的过膜阻力恢复程度高,运行时间也大大延长。  Y" v2 _5 b. m2 w& }: H' ^/ ^2tech.cn

' m& W# q" V+ b2 {  w公司设立了新型膜的专用制造厂,PVDF膜是采用新的激光粘结技术粘在支持板上,这种制造技术使得产品的可靠性更好。
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* V7 U% S& g7 Q从2004年5月开始,公司与日本下水道协会进行了为期一年的测试,证明了设备的可靠性。而且得到了沼津市净水厂的订单。
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 楼主| 学社博客 发表于 2019-9-9 19:16 | 显示全部楼层
诺瑞特NORIT气升循环式膜-生物反应器(Air-lift recirculated MBR)X-flow管式膜
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气升循环式膜-生物反应器(Air-lift recirculated MBR)设备
! x. x" O9 r+ h2 \. E% X
3 g5 p/ p- N, Y4 V1 y采用荷兰NORIT公司的X-flow管式膜设计完成气升循环式膜-生物反应器试验装置。% V3 m, @" J; K; G3 ]9 F2tech.cn
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该装置是在传统循环式膜-生物反应器(Recirculated MBR)的基础上运用“气冲理论”研发出的新一代气升式膜-生物反应器,通过气水二相流在膜面的错流过滤可以大大降低系统能耗;同时增大膜通量,降低膜污染速率,保证长期运行下的出水水质稳定。3 n) M) V8 ^& U* `8 N6 `2tech.cn
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装置分为水解酸化池、生物反应池、膜组件、循环管路、曝气装置、反洗系统六个部分。该装置将用于相关工业废水的工程前期小试及中试,对工程的设计工作具有实际指导意义。( u7 J+ m; W" S+ J1 y  q# F3 |5 Y2tech.cn

# b6 z, F: Q" u, x( ENorit 管式膜的基本参数:$ s$ R1 T, ]7 H8 I2 E. i2tech.cn

) D3 C6 n5 e7 L( N7 B  膜材质:PVDF
; o) ~! |% ^' E( V1 I8 t* I  截留分子量:15 万道尔顿
# t! o: d# u7 ~" Q6 V1 l  毛细管内径:5.2 mm
, y- \. C, M% a/ O  单支膜组件面积:30 m2$ l2 T  c" N8 Z5 U0 B: ]' `" h2tech.cn
  单支膜组件大小:Φ200 ×H 3000 mm
' Y9 s$ H1 {2 a$ A  使用寿命:5~10年
) _2 u' h% Z/ }$ z" `. M' p6 m' }8 c- F$ P1 G# T2tech.cn
 楼主| 学社博客 发表于 2019-9-9 19:19 | 显示全部楼层
德国迈纳德MBR(BIO-CEL)
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' b; v7 O4 ^/ _+ X! g/ L德国迈纳德公司(Microdyn-Nadir GmbH)为一家专注于平板膜、卷式膜、毛细管膜的研发、生产制造及销售的膜公司,产品分离规格涵盖微滤、超滤和纳滤。其膜产品在环境、食品与饮料、电泳涂漆、酸碱回收、金属、以及化工行业均有广泛应用。随着膜生物反应器 (MBR)技术在废水领域的强劲发展势头,加上迈纳德平板膜在废水处理领域膜的多年应用经验,迈纳德公司经过 5年的研发,于 2005年推出了其独创的膜生物反应器组件-BIO-CEL®。: M6 q1 X! q5 k  Z) N4 c2tech.cn
* ]% d( k, ^( D7 v2 @* b1 h2tech.cn
BIO-CEL®产品技术情况介绍) f: v1 e8 a, N6 h2tech.cn

! i- ^1 l* V9 V* R; z0 u目前MBR产品中主要有两种形式,一为中空纤维膜,另一为板式膜。中空纤维膜 MBR主要优点表现为填装密度大,可以反冲洗;但废水中的固体和杂质容易对膜丝产生污染和堵塞,膜丝断裂和组件存在曝气死区都是中空纤维膜组件难以克服的缺点。而传统的板式膜组件虽然不存在膜丝断裂和曝气死区的缺点,但由于其组件形式决定这种膜组件的填装密度相对较小,而且组件不能反冲洗,所以清洗的时候比较麻烦。5 }8 T  w- q, a# I4 K2tech.cn
5 K/ r; L  x# O8 V: p2tech.cn
迈纳德公司开发的 MBR产品在膜组件结构设计时就考虑到了这些优缺点,因此 BIO-CEL®组件第一次兼具了中空纤维膜和平板膜组件的优点,而最大程度上避免了这两种传统MBR产品的缺点。BIO-CEL®组件与两种传统膜生物反应器组件的对比:8 ~; Z# h# c8 a3 e- L# u# v& d2tech.cn
  Z3 f% ]( N# |4 o  x2tech.cn
传统中空纤维膜组件
传统板式膜组件
BIO-CEL组件
中空纤维膜膜丝柔性, 可反冲洗
支撑板式平板膜:膜片为刚性, 不可反冲洗
夹层式平板膜膜片为柔性, 可反冲洗
独立的清洗
独立的清洗
操作中机械清洗
填充密度160m2/m3
填充密度80m2/m3
填充密度 160m2/m3
典型膜通量:15L/m2h
典型膜通量:20L/m2h
典型膜通量:20L/m2h
缠绕式纤维物质,污泥堵塞,卡在纤维间,无法通过反冲去除。
沟槽式,低填充密度,堆积在板间,始于板固定处,没有反冲洗
平板膜不会夹带污泥或纤维物质,反冲洗及 SBC清洗可避免过量微生物沉积。
昂贵的化学及机械清洗。
昂贵的化学及机械清洗。
长期可靠的运行,长间隔的简单清洗。

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2.1 BIO-CEL®膜片介绍
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BIO-CEL®MBR是迈纳德公司根据多年的膜和膜组件的制造经验和应用知识开发的一种专利保护的平板膜MBR。这种MBR膜片是由两侧两层选择性膜和中间一层透析液收集层组成的,其中透析液收集层为专利纺织物。
+ `, q2 {) p% P5 |8 E
$ n: t! p8 Z2 Y0 a如下图所示:
( Q) C: i- `0 T- W 环境学社1.jpg 8 {( R1 {: m8 S1 D2tech.cn
图2.1 BIOCEL®膜片构成示意图
. z( {1 f( }4 R% h/ ?# d4 c" l5 D) d- Z2tech.cn
和板框平板膜相比,BIO-CEL®膜片是自支撑的结构,所以厚度很小,膜层和支撑层的总厚度仅为 2mm,是板框平板膜片厚度的 1/4-1/5。因此 BIO-CEL® MBR的填装密度非常高,可以和中空纤维膜组件相媲美。此外,经过多年的研究和开发,迈纳德公司已经将这种膜片可以耐受的反冲洗压力提高到了 1-1.5bar,而在此压力下的长时间的反冲洗测试验证了这种平板膜膜片在背压情况下不会发生膜层和透析液收集层的分裂。
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  现在迈纳德公司 BIO-CEL®组件使用的膜材质是聚醚砜(PES)材质。常见的 MBR膜材质有聚乙烯(PE), 聚丙烯(PP),醋酸纤维素 (CA),聚偏氟乙烯 (PVDF)和 PES。对比这几种膜材质,CA膜的亲水性最好,所以抗污染性能也比较好;而 PVDF的抗氧化性最好;但是 PES的膜通量大,而且亲水性和抗氧化性都比较好。PES膜和亲水膜相比,比较容易污染。但是在同等压力条件下,长时间内 PES膜的平均膜通量仍然大于 CA等亲水膜。而且迈纳德公司的 PES膜使用的是经过改性的永久亲水性的聚合物,所以其抗污染能力和亲水膜相当。因为 MBR膜组件都是用来过滤活性污泥的,其工作环境就是细菌生长环境,而几乎所有细菌生长的环境都不会是非常极端的化学环境,所以用 PES完全可以满足 MBR设备对膜材质化学稳定性的要求。BIO-CEL®组件使用的是永久性亲水性 PES超滤膜,其基本性能参数如下:: _- _9 N  `; ?% e1 ]2tech.cn

+ C$ E0 j0 ]& J# ~' Q! K4 D4 ~
' H0 V- w# A+ G& y) m
膜材质
分离规格
截留分子量
膜通量 *
温度
pH范围
耐氯
永久亲水性的PES
超滤
150kDa
200 L/m2.h
<55℃
2-11
35000 ppmh
测试条件:0.7bar,纯水
6 k/ @7 Y* t( L9 a. F, o9 c
3 B3 B/ ^8 k! d4 B6 ?" y+ ^
; y. D* V) Y9 |! p" a& s; R0 v' n
学社我家 发表于 2019-9-10 07:54 | 显示全部楼层
目前全球MBR生产厂商主要集中在欧美和日本等几个发达国家,如下表。
2 L( g) r. z1 {* |4 ]! Z
* B! n; T' z5 ~2 D2 i 环境学社1.jpg
: d7 {+ [7 R* B" r$ c
, ?& S5 |' C1 MZenon、USfilter、Kubota、Mitsbishi Rayon这四个公司在当今全球的MBR应用和研究领域处于领先地位,其中Zenon占据了北美地区的市场,而Kobuta则占据了欧洲市场的绝大部分份额。随着欧美等发达国家相继颁布对污水排放更加严格的标准和在未来5~10年内对分散式污水处理设施需求的增加,MBR技术较ASP在出水水质、占地面积等方面的优势更加凸现出来,据统计,2005年,全球范围内MBR的市场总额已达到了2.16亿美元,预计未来将以每年9%的速度稳定增长,2010年可达到近3.6亿美元。+ ^" L  A: L7 u2tech.cn

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