陶瓷平板膜

2024-09-05

陶瓷平板膜（精选4篇）

陶瓷平板膜篇1

引言

城市生活污水具有水量大、排放集中、水质较为稳定的特点,是一种潜在的可再生水资源。城市缺水制约着经济的发展,生活污水经过处理,再生后可在一定范围内重复使用的、达到一定水质标准的非饮用水,即中水回用,是解决水源短缺的一种途径。

近年来,膜生物反应器工艺(Membrane Bioreactor,M BR)作为一种日益成熟的技术,被频繁用于中水回用项目中,其具有出水水质稳定、运行成本低廉、操作简易、便于维护等特点,出水水质符合国家中水回用标准。

无机膜的材质以陶瓷居多,相较于有机膜具有抗腐蚀性高、耐污染性强、化学稳定性佳、孔径分布窄、机械强度大等特点。在MBR的运行过程中,无机陶瓷平板膜可以实现反应器水力停留时间(HRT)和污泥龄(SRT)的充分分离[1],同时较低的污泥负荷使剩余污泥产量极低,理论上可实现污泥的零排放,且出水水质较稳定。文中试验以无机陶瓷平板膜为主体的MBR法处理生活污水的效果进行相应研究。

1 试验材料与方法

1.1 试验装置与流程

试验装置示意图如图1所示。该试验原水为人工模拟合成,通过高位水箱进入平衡水箱,平衡水箱采用浮球阀控制反应器液面高度。反应器尺寸为300mm×60mm×450mm,有效容积为8L。水力停留时间(HRT)为8h,处理水量为1L/h,温度维持在16~25℃。反应器持续曝气,间歇出水:10min出水,2min反洗,气水比为20∶1,不排泥。

1.2 试验膜片的选用及膜片的工作原理

该试验所采用的膜是由日本明电舍公司提供的板状陶瓷无机膜,其工作原理如图2所示。

陶瓷平板膜的内部设有集水竖管,膜两端设有集水横管。一端的集水横管口与抽吸泵相连,在泵的抽吸作用下,原水从膜两侧的表面进入,其中的悬浮物、细菌等被膜截留。处理水经集水竖管,在集水横管汇合,被泵抽出。陶瓷平板膜各项参数如表1所示[2]。

1.3 试验进水水质

试验原水水质按照典型生活污水水质进行人工配水,试验原水水质组成成分和特征如表2和表3所示。

mg/L

1.4 水质分析方法

依照《水和废水监测分析方法》(第4版)进行试验的水质分析,测试项目及方法如表4所示。

2 结果与讨论

2.1 试验装置的去除效果

反应器中接种的活性污泥为取自抚顺三宝屯污水厂二沉池的回流污泥,MLSS维持在7000mg/L[3]。试验投入运行共20d,在膜压差为30k Pa的条件下,该试验装置对废水中COD、NH4+-N、TP的去除效果如下。

2.1.1 COD的去除效果

反应器中COD去除效果随运行时间的变化如图3所示。反应器启动初期,MBR对COD的去除效果不佳,去除率在60%左右。运行10d后,出水的COD趋于稳定,去除率维持在75%以上。这说明试验运行的前10d,无机陶瓷平板膜还没适应废水中污染物颗粒的大小,然而随着时间的累积,膜片孔隙中逐渐凝聚微小颗粒,使膜孔变小,过滤系统由微滤逐渐向超滤、纳滤转化,对污染物颗粒的截留作用增强,故而COD的去除效果增强。

2.1.2 NH4+-N的去除效果

原水的氨氮主要来自于人工配水投放的氯化铵,由于高位水箱容积较大,原水需隔夜存放,有机物会水解酸化,p H值降低,从而抑制硝化反应进行,所以配水时加入一定的Na HCO3来控制p H值,以保证氨氮的去除率。试验中,氨氮的去除情况如图4所示。由图4可知,氨氮去除率稳定在85%左右。能够达到氨氮的高去除率主要是由于原水氨氮的初始浓度较低,硝化反应较易进行,其次是由于陶瓷膜的高效截留作用,微生物几乎全部被截留在反应器内,污泥龄长,有利于硝化细菌的生长,进而增强了硝化性能。然而,水中的氨氮是以水合氨离子的形式存在的,可自由穿过膜孔,所以对去除氨氮起主要作用的是其中的活性污泥而非无机陶瓷平板膜。

2.1.3 TP的去除效果

与氮的去除一样,磷的去除主要也是依赖生物作用进行的。生物除磷主要是通过聚磷菌吸收废水中的溶解性磷酸盐,合成多聚磷酸盐贮存在体内,通过系统排泥达到除磷的目的[4]。由于该试验除正常的膜清洗和定期污泥取样外,不进行排泥,故而试验装置中的磷主要是为维持微生物正常的新陈代谢及新细胞的生成,而被微生物所吸收,才得以去除。反应器中TP去除效果随运行时间的变化如图5所示。由图5可知,MBR对总磷的去除率为29.17%~37.89%,系统平均去除率为33.54%。

2.2 膜的污染及清洗

2.2.1 膜污染的界定

通常,膜污染是指滤液中的某些组分在膜表面或膜孔中发生物理化学变化,从而引起污染物吸附或凝聚在膜的表面或膜孔内,造成膜的孔径减小甚至堵塞,致使膜的过滤性能下降的现象[5]。

试验通过测量跨膜压差(TMP)来界定膜片是否污染。引起TMP增大的原因主要有2个:

1)膜片对悬浮物质的截留作用使反应器中的泥水混合物逐渐浓缩,污泥浓度增大,TMP升高,但此时膜片仍具有一定的通透性;

2)在反应运行一段时间后,污染物质造成膜片阻塞,此时膜片被污染,必须对其进行清洗。

该试验排除污泥浓度增加引起TMP升高的可能,控制膜通量不变,当TMP由正常工作的0~30k Pa达到60k Pa以上,认为膜片已被污染,需将其取下进行清洗。

2.2.2 膜片的清洗

无机陶瓷平板膜由于其主要成分为Al2O3,具有良好的机械强度,所以可采用水力冲洗和毛刷刷洗的物理清洗方法,使膜表面粘附的尺寸较大的污染物与膜分离,从而达到一定的清洗效果。

如若物理清洗之后,膜片仍不能很好地恢复通透性,则可采用化学清洗方法进一步处理膜片。化学清洗包括酸洗、碱洗和强氧化剂清洗[6]。该试验将污染膜片浸泡在0.1mol/L的HCL溶液中12h,利用扫描电镜(SEM)对污染后膜片和清洗后膜片的表面及内侧情况进行观察,扫描结果如图6所示,从扫描结果可以看出清洗后的膜片膜孔清晰可见,膜片较为清洁。

3 结语

1)采用无机陶瓷平板膜为主体的MBR处理装置对典型生活污水进行处理,发现该试验装置能够有效去除原水中的COD,去除率达到75%以上,在试验条件下出水COD在100mg/L以下。

2)该试验对氨氮的去除效果较理想,由于膜的高效截留作用,提高了硝化细菌的浓度和稳定性,进而提高了硝化性能,使氨氮的去除率可稳定在85%左右。但是由于试验装置只有好氧硝化段,缺少厌氧反硝化段,所以其脱氮性能并不完善。

3)该试验的除磷效果较差,TP的平均去除率为33.54%。这是由于该MBR装置污泥龄较长,系统不排泥,使聚磷菌停留在系统内,尽靠自身代谢达到微弱除磷效果。

4)采用物质浓度为0.1mol/L的HCl溶液浸泡被污染的膜片12h,便可对污染膜片实现有效的清洗。

参考文献

[1]顾国维,何义亮.膜生物反应器在污水处理中的研究和应用[M].北京:化学工业出版社,2002.

[2]张吉库,明月.陶瓷平板膜处理采油废水过程中的膜污染及清洗研究[J].水处理技术,2015,41(8):76-80.

[3]由昆,傅金祥,琚冉.MBR中MLSS的变化对处理效果的影响[J].沈阳建筑大学学报,2006,22(5):825-827.

[4]高元.投加PAC对MBR污泥混合液特性及膜污染的影响研究[D].哈尔滨:东北林业大学,2010.

[5]霍守亮,黄显怀,刘绍根.膜生物反应器在污水处理中膜污染及其防治[J].工业水处理,2004,24(8):9-13.

[6]王长进,储凌,金江.陶瓷膜处理含油废水的膜化学清洗研究[J].水处理技术,2010,36(11):52-55.

沛尔平板膜篇2

江苏蓝天沛尔膜业有限公司

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陶瓷平板膜篇3

近年来随着国家节能减排和对污水处理达标排放的要求越来越高,国内对污水处理尤其是深度水处理的需求越来越迫切,作为水处理的核心元件——膜的应用将越来越广泛,市场需求总量也将越来越大。在我国市场上进口膜占据了相当大的份额,发展国产膜势在必行。本文以在江苏某污水处理厂测试的平板膜为例介绍西门子PLC控制系统如何实现平板膜测试系统的无人值守运行。

1 系统的硬件组成

1.1 膜组器部分

本平板膜测试系统测试的膜组器共有两种型号:分别是PB-A和PB-B型,说明如下:

PB-A,膜元件PB-145A型,材质PVDF,公称孔径0.1μm,2个取水口,参考设计通量0.55 m3/(m2·d),目标运行通量0.55~0.80 m3/(m2·d),设计临界跨膜压差10 k Pa,设计临界最高TMP为15 k Pa,元件设计需气量7.0 L/min片。PB-B,膜元件PB-145B型,材质X,公称孔径0.2μm,2个取水口,参考设计通量0.55 m3/(m2·d),目标运行通量0.55~0.80 m3/(m2·d),设计临界跨膜压差10 k Pa,设计临界最高TMP为15 k Pa,元件设计需气量7.0 L/min每片。

为了实现膜组器测试条件的一致性,所有膜组器在测试时被安装在同一个测试装置内,测试装置可以同时满足2台膜组器的测试要求。测试装置如图1所示。

1.2 现场仪表部分

采用电磁流量计、压力变送器、涡街流量街等仪表作为平板膜测试系统的现场检测元件。

电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律制成的一种丈量导电液体体积流量的仪表。由流量传感器和变送器两大部分组成。在丈量管上装有激磁线圈,通激磁电流后产生磁场穿过丈量管,电极在丈量管内壁与液体相接触,产生感应电势,通过变送器输出4~20 m A信号,达到流量检测的目的。

压力变送器是通过高、低压侧的隔离膜片和灌充液将过程压力传递给中心的灌充液,中心灌充液将压力传递到传感膜片上,引起传感膜片的位移,从而改变传感膜片和电容极板之间的电容的差值实现介质压力的检测。

涡街流量计是根据流体振荡原理来测量介质的流量,流体在管道中经过涡街流量计时产生的流体旋涡对三角柱产生交替变化的压力,由压电信号传感器检测成电信号经前置放大器进行放大,变换成标准电信号输出的一种流量检测仪表。

膜组器测试现场使用仪表分为:电磁流量计8台用以检测进出水的流量,分别是1#膜组器上流量、1#膜组器下流量、2#膜组器上流量、2#膜组器下流量、1#产水泵出口流量、2#产水泵出口流量、进水泵流量、回流泵流量;涡街流量计1台,用以检测平板膜测试系统的进风量;压力变送器4台,用以检测膜组器的工作压力,分别是1#膜组器上压力、1#膜组器下压力、2#膜组器上压力、2#膜组器下压力,检测两组膜组器的出水压力。

1.3 现场电气部分

平板膜测试系统采用电机功率为22 k W的离心水泵一台,安装在污水处理厂的A/O2池上作为系统取水用的进水泵,通过进水泵把污水引至缓冲槽中;采用电机功率为11 k W的潜污泵一台安装在测试系统的回流槽中,实现污水回流,达到液位平衡的目的;两台产水泵选用1.1 k W的电机作为驱动源和与之配套的2台气动阀门组成两套产水泵组,实现平板膜测试系统产水之用。

1.4 自动控制部分

采用先进的PLC控制技术实现本测试系统的自动控制功能。PLC是可编程序控制器(Program⁃mable Logic Controller)的简称,是一种数字运算的电子系统,专为在工业复杂环境下应用而设计。其中德国西门子公司S7系列可编程序控制器能够适用于极端复杂的工业环境,具有很强的抗干扰能力和很高的可靠性,对工作电源没有特殊要求。为了降低测试系统的硬件成本,PLC采用西门子S7-300系统来实现本测试系统的数据采集与逻辑控制。本控制系统设置一台工程师站实时采集现场膜组器运行的状态数据,工程师站采用以太网通讯形式与S7-300的PLC连接,实现整个PLC控制监控系统。自动控制系统组成示意图如图2所示。

2 工艺顺序及控制要求

该测试系统是依托江苏某污水处理厂进行平板膜试验。因为该污水处理厂进水量很小,无法满足二十四小时运转的需要。所以该厂污水处理的时间为早上八点半运行,下午六点结束。为此平板膜测试系统的运行时间必须在污水处理厂正常运行时间内。因为该测试系统不属于污水处理厂所有,测试单位无法安排操作人员蹲守现场启停设备,因此无人值守运行成为该测试系统的关键。

在平板膜测试过程中,两台膜组器均要求独自产水。每台膜组器分上层膜和下层膜两个产水区。上、下层产水管汇集后引入产水泵。因而测试系统设有两套产水泵组,正常运行顺序是:先打开A产水泵组产水气动阀A,3秒后,产水泵A变频运行,达到设定频率后,继续运行510秒后,停产水泵A,3秒后关闭产水气动阀A,同时打开B产水泵组产水气动阀B,3秒后,产水泵B变频运行,达到设定频率后,继续运行510秒后,停产水泵B,3秒后关闭产水气动阀B,两套产水泵组顺序进行产水运行。

3 PLC程序编写

3.1 系统时间读取程序

为了实现系统的无人值守运行的功能,需要让PLC控制系统的系统时间与北京时间同步,使用系统功能块SFC1(READ_CLK)可以读取控制系统CPU的系统时间。系统功能块SFC1的输出参数“CDT”允许接收的时间和日期的格式是“DATE_AND_TIME”。数据类型“DATE_AND_TIME”的时间和日期是以BCD码的格式存储在8个字节里。本次编程使用系统功能块SFC1(READ_CLK)读取系统时间存储以DB21.DBB2开始的8个字节内,根据系统功能块SFC1(READ_CLK)的使用功能介绍,存储时、分、秒的三个字节为DB21.DBB5、DB21.DBB6、DB21.DBB7,因为系统功能块是以BCD码的格式进行存储的,故需通过中间变量进行数据类型的转换。读取转换的具体程序如图3~图6所示。

3.2 系统启停程序

平板膜测试系统的自动启动的顺序是:先打开测试系统的曝气阀门,曝气阀门开到位后启动产水机组。测试系统的进水泵是24小时不间断运行,然后通过回流槽中的作为污水回流用的潜污泵24不间断运行实现平板膜测试系统的液位平衡。产水系统的运行是以曝气阀门打开为前提,曝气阀门开到位后启动产水系统,因此通过时、分、秒三个时间进行比较来触发脉冲启动曝气阀门达到系统自动运行的目的,两套产水机组内部的逻辑运行程序就不在此一一叙述。系统运行时间与设定的开机时间比较的程序如图7所示。

平板膜测试系统的自动停止的顺序是:先停产水机组,产水机组停止关闭系统的曝气阀门,至此平板膜测试系统就完成了一天的自动运行。当系统的运行时间与设定的停机时间一致是触发停机脉冲指令,停止产水机组,两套产水机组无论A组还是B组在运行过程中接到停机指令时,立即停止运行,同时通过两套机组之间的逻辑关系促使另外一套机组不会自动运行,当产水机组停止后关闭曝气阀门。系统运行时间与设定的停机时间比较的程序如图8所示。

4 结束语

本国产平板膜测试系统经过半年来的运行测试,收集到许多可靠的运行数据,为平板膜的批量生产积累了丰富的经验,达到了测试的目的。基于PLC控制的无人值守系统经过国产平板膜测试系统半年来运行的检测,系统零故障、运行可靠,降低了系统的操作维护成本的投入。无人值守的控制方案也具有编程简单方便,使用广泛等特点,值得推广使用。

参考文献

[1]上海过滤器集团有限公司.新型膜组器技术参数与性能测试设计说明[Z].2012.

[2]胡青龙.浅析PLC控制系统在能源化工的应用[J].机电工程技术,2015,44(11):101-104.

[3]杨小元,于殿泓.连接器透气膜防水测试技术研究和应用[J].测控技术,2013,32(11):144-146.

[4]张树国.一体式平板膜MBR处理城市污水及膜污染防治研究[D].上海:同济大学,2004.

[5]张树国,吴志超,顾国维.一体式平板膜生物反应器污水处理研究[J].电力科学与工程,2005(1):13-16.

陶瓷平板膜篇4

关键词：液中膜,MBR,含油污水,抗冲击,环境保护

国内石油化工企业污水具有污染浓度高, 可生化性较差, 冲击性较大等特点。现有石化企业所采用的污水处理工艺流程大多是传统生化处理技术, 例如两级曝气、A/O、接触氧化等技术, 该技术普遍存在COD、氨氮、石油类去除效果差、抗冲击性差等缺点。此外由于受到自身活性污泥浓度低、活性差等条件的限制, 来水水质波动大等原因, 无法保证含油污水长期稳定地达标排放。MBR工艺应用于含油污水处理时, 出现了较难克服的问题, 首先是含油污水中的有机物生物降解性差, 加上偶发性高浓度冲击等因素, 出水COD指标控制难度大。其次还有短时间内膜通量容易衰减, 或者不能长期稳定在设计要求范围内。平板膜MBR针对含油污水的特点并结合经验设定目标进行试验研究。

1 实验目的

通过前期试验, 某公司平板膜MBR (以下简称平板膜MBR) 工艺在处理含油污水时, 水力停留时间为16小时, 其出水COD低于50mg/l, 可长期稳定地满足污水排放标准。由于平板膜MBR工艺在处理含油废水时, 其原水 (气浮出水) 会不可避免地在较短期间内承受碱渣等高浓度污染物, 会导致污泥p H上升的影响, 从而可导致系统处理性能和处理效果大幅减低。相对其他生物法, 平板膜MBR系统能够保持较高的污泥浓度。所以一般认为其对污染物负荷变化有较强的抗冲击能力。但是平板膜MBR系统对于经验较少的碱渣冲击, 有可能会产生发泡, 污泥微生物活性低下, 膜的堵塞等一系列负面影响。本实验目的如下:

(1) 高浓度碱渣冲击后出水COD稳定达标排放;

(2) 污泥的发泡程度、污泥活性及其恢复状况;

(3) 平板膜的跨膜压差的上升及其恢复状况等事宜, 并同时确认MBR的运行情况。

2 装置概况

2.1 工艺流程

该车间原有含油污水处理流程采用平流斜板隔油+两级气浮的预处理工艺, 来去除进水中的油。生化处理部分采用缺氧-好氧活性污泥法 (A/O) , 去除COD及NH3-N, 二沉池出水达标排放, 送至深度回用处理单元处理回用为锅炉补充水。

2.2 试验条件及方法

2.2.1 MBR装置参数

在前期试验基础上, 出水COD稳定降低至50mg/L以下, 设定其参数值:平板膜张数为17张, 膜通量为0.5m3/m2/天 (水力停留时间为16小时) , 从原水入口倒入碱渣。

其他实验条件如表1所示。

2.2.2 冲击条件的设定

本试验对碱渣冲击定义为短时间内流入高p H污水, 使膜槽p H迅速上升至8.5-9左右。该指标确定是根据前期试验过程中出现碱渣冲击时膜槽内污泥p H上升至8.8后逐渐降低。

2.2.3 试验方法

(1) 试验监测数据

试验过程中监测数据如表2所示。

(2) 碱渣投加量

取1L膜槽的活性污泥, 向其中投加碱渣观察其p H变化。投加4ml碱渣时可使其p H值升至8.7, 所以中试试验的碱渣投加率17L (碱渣) /4.4m3 (污泥) 。此烧杯试验结果只能对碱渣的投加率做参考, 由于未考虑污泥中的缓冲物质, 污泥总量随时变化等因素, 所以后续的中试试验中边观察污泥中p H变化边投加碱渣, 最终膜槽污泥p H达到8.7时的实际碱渣量为24L。

(3) 碱渣成分

3试验结果

3.1污泥的p H值变化

7月30日进行投加碱渣试验, 投加前后污泥p H变化如图2所示。

图2给出了投加碱渣前后的污泥p H变化, 投加碱渣后, 污泥PH立刻上升到8.7, 随后在5h左右趋于正常水平。如果不考虑生物降解, 只考虑连续流入原水带来的稀释效应, 将p H8.7降至7.5所需的时间大致为水力停留时间的两倍 (32小时) 。试验结果表明p H恢复至7.5所需的时间非常短暂, 证明了排出原水稀释效果外, 本试验装置对高p H冲击具有很强的缓冲能力。

3.2 发泡现象、污泥活性及其恢复状况

膜槽投加碱渣前后的状况如图3所示。

氧气利用速度为膜槽内溶解氧的衰减速度, 氧气利用速度情况如图4所示。

从图3可以看出, 高p H冲击后污泥有发泡现象, 在16h内即恢复正常。图4的氧气利用速度变化图看出微生物活性也随之提高, 说明高p H值会给微生物带来一定的冲击, 但微生物自身也会随外界冲击调整自身代谢速度进行抵抗。证明了平板膜MBR系统的污泥微生物种类对碱渣有较强的抗冲击能力。

3.3 MBR出水水质指标

投加碱渣前后COD变化如表4所示。

从上表可以看出投加碱渣后污泥中的COD浓度迅速上升, 如表1所示其COD浓度为185000mg/L, 投加16h后MBR出水COD为140 mg/L, 40h后恢复正常。

投加碱渣前后氨氮变化如图5所示。

投加碱渣后污泥中的氨氮浓度迅速上升, 如表1所示其氨氮浓度为436mg/L, 从上图可以看出, 投加16h后MBR出水氨氮为26.1mg/L, 96h后恢复正常。

3.4 对膜堵塞情况的影响

p H冲击前后跨膜压差的变化如图6所示。

从上图可以看出, 投加碱渣后数小时内跨膜压差由7.1k Pa增大至7.7k Pa, 随后趋于平缓。投加碱渣致使膜槽中COD等污染物急剧上升, 这些高浓度的物质物理上导致了暂时性小范围的跨膜压差上升。随着微生物对这些物质的分解和去除, 跨膜压差的上升趋势恢复正常。