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MBR膜
選自《凈水技術》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。膜生物反應器（MBR）是將膜分離技術應用于污水處理領域而產(chǎn)生的污水處理和再生水回用工藝。由于該工藝出水品質高、所需占地面積小等特點，從２０世紀９０年代以來得到了廣泛應用。但它始終被認為是一種高成本的工藝，主要是因為膜的初期建設投資費用高、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

膜生物反應器（MBR）是將膜分離技術應用于污水處理領域而產(chǎn)生的污水處理和再生水回用工藝。由于該工藝出水品質高、所需占地面積小等特點，從20世紀90年代以來得到了廣泛應用。但它始終被認為是一種高成本的工藝，主要是因為膜的初期建設投資費用高、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鍵因素。

目前業(yè)內對于膜壽命的定義仍未統(tǒng)一。在《膜分離技術術語》（GB／ T 20103—2006）中規(guī)定，膜壽命是在正常的使用條件下，膜或膜元件維持預定2528—2012）中規(guī)定，在設計運行條件下，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，設計及實際運行中進、出水水質如表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性清洗（MC）和化學在線清洗（CIP）對膜進行維護。
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清洗周期內增長迅速，運行中需要縮短清洗周期以維持產(chǎn)水量。
水質水量
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，較設計值衰減了43％ 。
雖然進水污染物負荷有逐年增高的趨勢，但MBR工藝仍然保證了常規(guī)指標的穩(wěn)定達標。圖２顯示了膜產(chǎn)水的ＳＳ、濁度及糞大腸菌群指標，這些指標體現(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，能夠滿足出水水質要求。
>> MBR膜壽命評價方法研究

以產(chǎn)水能力和水質判斷膜壽命

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

        繪制再生水廠膜壽命預測圖（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在線清洗后透水率可恢復的最高值的線性擬合，利用該曲線可追蹤膜的不可恢復性污染。
累積氯接觸值法
　　膜供應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)的累積氯接觸值達到250000～330000ppm·ｈ。若按照最大清洗頻次，即每膜池１ 個月進行兩次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行通量檢測。
>> 關于MBR工藝膜壽命的討論與結果
  以系統(tǒng)的產(chǎn)水能力和產(chǎn)水水質來判斷膜壽命不具有通用性
對于某些設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，對于進水超標、突發(fā)異常膜污染等運行事故，產(chǎn)水水量和水質短時無法達到要求，也不能就此得出膜壽命到期的結論。
  透水率衰減法對預測膜壽命具有指導意義
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
但該值通常遠超出膜的實際使用年限，因此用于預測膜壽命并不理想。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。但在達到最大累積氯接觸值前，膜就因為不可恢復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)避運行中的潛在風險。但由于業(yè)內尚缺少相關膜性能指標限值的標準，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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