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小艺讲堂 | MBR系统膜通量谁来定?

小艺讲堂 | MBR系统膜通量谁来定?

 

01、膜通量叫法多,傻傻分不清

膜通量的叫法多种多样,以至于对刚刚接触膜处理的小伙伴来说,傻傻地分不清楚。总的来说,通量是指单位时间单位膜面积通过组分的量,这里的组分对于MBR工艺来说,往往是产水。因此,根据实际时间的不同,通量有以下几种提法:

平均膜通量:指在设计时间内,通过单位膜面积的产水量,通常指日平均通量(指24小时内产水总量平均至单位小时和单位面积内的产水量);也有月平均通量、年平均通量的提法。

运行膜通量:指膜在实际运行过程中单位时间和单位面积内的产水量。运行通量含了产水量和反洗水量等的总和。

峰值膜通量:指⽔量峰值情况下单位时间和单位面积内的产水量。

设计膜通量:指根据使用寿命、使用环境综合考虑所取的膜系统通量,通常设计单位指的设计通量相当于膜系统运行通量。

 

 

了解各个通量的实际意义,有助于系统设计的合理性、准确性。对于系统设计来说,我们需要确定的是膜系统的运行通量和平均通量。系统运行方式等参数设计确定以后,运行通量和设计通量即存在了确定的换算关系。因此,对于实际的系统,我们只需要确定其中一个通量,并按其进行设计即可。

02、合理设计通量的重要性

设计通量的选择不仅仅需要考虑系统的稳定性、清洗周期的合理性,同时也需要考虑项目投资预算、后续换膜成本等一系列因素。通常,我们需要在这几方面权衡,得到一个平衡各方条件的最佳运行通量。

最佳运行通量需要在能够保障系统使用年限及合理运维周期的前提下,使用尽可能少的膜元件,以减少系统的投资及后期元件更换成本。

最佳运行通量受到各种因素的影响。在暂时不考虑财务成本的前提下,最佳运行通量与以下因素有关:

(一)温度

温度越高,膜通量越大,因为温度升高后会降低活性污泥混合液的黏度,减少渗透阻力。就膜生物反应器而言,最佳运行温度一般控制在15~35℃之间,当遇到北方低温环境时,需要考虑低温运行下膜通量的衰减。

(二)曝气量(膜表面流速)

合理的曝气量能够很好的提供膜元件表面流速,通过表面流速的增加可以提高浓差极化的传质系数,从而减少浓差极化效应,提高膜的运行通量。但是,并非无限制的提高曝气量、无限制的增大膜表面流速都是好的。过大的曝气量带来过多的能耗,且超过一定限制以后,曝气量或者表面流速的增加对传质系数的提高作用会迅速减弱。因此,合理的曝气(表面流速)设计对膜运行通量的影响至关重要。

(三)膜池活性污泥混合液

活性污泥混合液的黏度、MLVSS/MLSS、污泥浓度等因素都会影响膜元件的通量,控制合适的污泥浓度有利于通量的稳定。通常,要求膜池污泥浓度控制在5000-10000mg/L之间,黏度不大于50 MPas。

(四)膜池水质

进膜系统的原水水质的油含量、硬度、碱度、重金属等指标,也同样会造成膜元件的污染,进而影响膜通量。因此,当重金属、硬度等指标超标,就必须对原水进行合理的预处理,将原水处理到满足进水要求范围内,方能进膜。

其他,诸如进水pH、膜运行压力、固体颗粒物、温度等因素都会影响膜系统的运行、影响膜通量的稳定,需要对各方面因素进行综合考虑。

03、设计通量的确定方法

(一)根据膜厂家的指导手册

对于常见水质,膜通量可以查阅对应膜生产厂家技术手册。各个合格的膜产品生产厂家会测试其生产的膜元件在各个常规使用环境中的运行情况,并给出指导意见。通常,这个指导意见是其能够稳定运行的合理通量。但是因为不同时间及地区的水质差异,即使在相同水质类型的情况下,采用膜厂家指导设计通量时也应取一定的系数,以确保系统的稳定性。

(二)根据项目水质类型

随着膜应用案例的急剧增加,行业内对膜系统在各个水体中的设计通量选择也达成了一些共识。设计过程中除了参考特定厂家的指导设计通量以外,也可以根据行业内对各类水体达成的经验共识进行通量的设计。目前,对于常见水质,各设计单位及工程公司通常会对膜生物反应器用中空纤维膜产品选择以下通量:

(三)根据中小试试验数据

对于一些非常规水质,在没有相关参数指导的情况下,须进行系统中小试,以确定该水质下膜生物反应器采用膜产品对该类水质的适应性、通量的选择、清洗周期等问题。

(四)临界通量

临界通量是指在一定的运行环境(温度、污泥浓度、曝气强度等)下,跨膜压差不随运行时间明显上升的最大通量。

临界通量跟运行环境,即上面提到的运行温度、污泥浓度、曝气强度相关,也与膜材料、膜结构等因素相关。因此其意义在于在特定的运行环境下,考察确定膜产品的运行通量极限。其测定方法通常有恒通量阶式递增法、恒压力阶式递增法和工作曲线法。

通过临界通量的测定,可以了解特定水质及工艺条件下系统的运行极限。但是,临界通量会随着膜运行环境的改变而改变,膜运行压力的突然上升,很多情况下可总结为运行条件的改变导致的膜超临界运行。因此,在选定膜数量的情况下,一个稳定的运行环境、合理的清洗周期就显得尤为重要。

以上,是膜通量常见的一些问题以及通量选择的方法,供参考。如有疑问,请随时联系小艺。

关于水艺膜

水艺膜专注于高性能液体分离膜技术的开发与生产,是业内极少数拥有微滤、超滤、纳滤、反渗透等全系列过滤膜技术与膜产品的厂家之一。我们的致力于为全球提供先进的液体膜处理技术和解决方案,促进水资源的绿色再生循环利用。

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撰写丨周国锋

编辑丨李 娜

校对丨陈 云

审核丨钱炳祥