廢水處理提標改造集約化技術(shù)PTFE_ACMBR工藝
1、AC-MBR工藝
(1)什么是AC-MBR
AC-MBR(Active Carrier
Membrane Bioreactor)活性載體膜生物反應器,它是一種投料活性污泥法與膜生物反應器相結合的工藝,即復合MBR技術(shù),一方面通過(guò)向生化池中投加活性載體(AC)對系統產(chǎn)生顯著(zhù)影響,改變系統內生物多樣性以及微生物的存在方式,改變基質(zhì)的分配與傳質(zhì)狀況,增加系統的生物固體總量,構建懸浮生長(cháng)與附著(zhù)生長(cháng)的“雙泥”共生微生物系統;另一方面,利用膜實(shí)現泥水分離,代替傳統二沉池,從而實(shí)現高效的固體固體截留,提升整個(gè)系統的凈化能力。
(2)AC-MBR工作機理
具體工作機理共分4個(gè)主要過(guò)程,即:混合——黏附——凝聚(反應)——膜分離?;钚暂d體投加到生化池中,利用曝氣攪拌充分均勻分布于池中,利用其自身的黏附能力和表面電位性將微生物與難降解有機物、毒性物質(zhì)負載其自身,形成共聚物,在微觀(guān)狀態(tài)下,形成一個(gè)個(gè)獨立的球狀微生態(tài)菌落,異養型微生物利用負載在活性載體(AC)上的有機質(zhì)作為反應底物,形成共聚反應,與懸浮態(tài)的活性污泥形成兩個(gè)不同的反應體系。最后在膜作用下進(jìn)行固體截留,從而獲得高品質(zhì)出水
(3)ACMBR工藝核心——PTFE中空纖維膜
ACMBR工藝并非是簡(jiǎn)單的向MBR生化池中投加活性載體(AC)就實(shí)現了功能的突破,它是一個(gè)全新的系統工藝,生化系統內微生物的分布與傳質(zhì)方式都發(fā)生了改變,此外它對膜的表面機械能要求很高,傳統的PVDF材質(zhì)的中空纖維膜由于其表面機械性能較差,長(cháng)期運行下,活性載體(AC)會(huì )對表面造成機械擦傷,降低其原有的機械強度,使膜的使用壽命縮短,這是因為投加的活性載體(AC)表面呈微孔結構,具有不規則接觸角,形狀極不平整,且具有一定硬度,長(cháng)時(shí)間擦洗,會(huì )對膜表面產(chǎn)生磨損傷害。從另一角度,改變膜材料性能,使之能有效與AC協(xié)同作用,因此提出采用PTFE材質(zhì)的中空纖維膜來(lái)替換傳統的PVDF材質(zhì)。
聚四氟乙烯中空纖維膜(PTFE)
聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene),簡(jiǎn)稱(chēng)PTFE,就是我們常見(jiàn)到的塑料王,它具有機械強度高,耐腐蝕,耐高溫,耐酸堿,長(cháng)使用壽命等特點(diǎn),基于PTFE材質(zhì)的中空纖維膜特點(diǎn)可以彌補PVDF材質(zhì)在本技術(shù)中的缺陷,下表為PVDF與我司PEFE中空纖維膜的部分參數對比。
項目
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PVDF
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PTFE
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機械性能
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6~10N
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>40N
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出水通量
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8~12LMH
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15~40LMH
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耐pH
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2~12
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0~14
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耐受溫度
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5~45℃(-40~150℃)
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220℃~260℃
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使用壽命
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2~3年
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5~10年
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化學(xué)清洗周期
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3~6個(gè)月
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8~12個(gè)月
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保存方法
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濕式保存
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干式保存
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抗污染性能
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一般
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強
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污泥濃度
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6~8g/L
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8~30g/L
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跨膜壓差
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20~30kPa
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20~30kpa
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從上表可以看出,PEFE中空纖維膜相對PVDF中空纖維膜在各項參數上都是優(yōu)勝者,這些參數指標可以說(shuō)是一個(gè)革新,在工業(yè)廢水處理中具有非常高的應用價(jià)值。
碧盾環(huán)保與中科院大連化學(xué)物理研究所(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“大連化物所“)建立合作,成立中科碧盾新膜,成為一家致力于PTFE中空纖維膜開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)的新材料技術(shù)企業(yè)。
榮獲各項國內外技術(shù)大獎
l 中國膜工業(yè)協(xié)會(huì )科學(xué)技術(shù)一等獎
l 大連市技術(shù)發(fā)明一等獎
l 大連市專(zhuān)利獎一等獎
l IChemE Malaysia Awards for Oil and
Gas Award
IChemE Global Awards with Highly
Commended Research Project Award
(4)在工業(yè)廢水處理提標改造過(guò)程中的應用價(jià)值
基于PTFE的ACMBR工藝生化池污泥濃度MLSS可以8000~30000mg/L,而常規的MBR工藝只能做到6000~8000mg/L(平板膜的污泥濃度MLSS典型可以做到8000~12000mg/L),而傳統的活性污泥法的污泥濃度MLSS通常只設計到3000~5000mg/L,且常受水質(zhì)沖擊負荷影響,若過(guò)高的污泥濃度,又會(huì )引起污泥膨脹等現象。
工業(yè)廢水在提標改造過(guò)程中常遇到如下如題:
一是有限的占地對改造擴增的矛盾,常常隨著(zhù)生產(chǎn)線(xiàn)水量的增多,需要對廢水處理系統提出更多處理能力的要求;再者,出水標準提高,需要增加深度處理,過(guò)多工藝流程的增加,對土地需求提出更多要求。
二是,投資費用與運行成本的的問(wèn)題,過(guò)多的增加投資以及所選用的工藝對后期運行成本與環(huán)保要求本身二者的平衡。
三是管理復雜度與人員匹配需求,過(guò)長(cháng)的工藝流程不僅增加了管理的復雜度,還對對人員提出了較高水平,無(wú)形中增加了企業(yè)用人成本。
上圖為傳統工藝與ACMBR工藝的對比,冗長(cháng)的工藝改造路線(xiàn)不僅增大投資,而且對土地需求較大,后期的運行成本與管理復雜度都是一種挑戰。
而采用ACMBR工藝就簡(jiǎn)單很多,在原生化池的基礎上進(jìn)行深度改造,不僅實(shí)現了生化池的進(jìn)水處理能力,同時(shí)獲得了與傳統工藝一樣的出水品質(zhì),甚至出水品質(zhì)更高,在不增加土地的條件下,能夠實(shí)現提質(zhì)增效,雖然投資上比MBR成本偏高,但總體上與傳統相比,仍然具有成本優(yōu)勢,是一種極具價(jià)值的的解決方案。
4、應用與展望
AC-MBR在石化廢水提標改造具有極大經(jīng)濟價(jià)值和技術(shù)價(jià)值,在對難降解有機物、毒性物質(zhì)的去除與傳統工藝相比,具有以下優(yōu)勢:
n 具有MBR原有技術(shù)優(yōu)勢,同時(shí)具有更小的占地面積;
n 更優(yōu)質(zhì)的出水,與一級A排放標準相比,部分出水指標能夠提升30%~50%,大大改善出水效果;
n 提高對毒性物質(zhì)、難降解有機物、色度、重金屬的去除;
n 改善活性污泥性能,不易發(fā)生膨脹,能對表面活性劑有效抑制,減少曝氣池液面泡沫及其危害;
n 能夠實(shí)現原位擴容,縮短工藝流程,工藝工藝復雜度,降低土建投資和運行成本;
n 實(shí)現膜的高通量運行,匹配PEFE材質(zhì)的中空纖維膜,具有長(cháng)生命周期,膜的使用壽命是傳統PVDF的3~5倍,大大降低膜的更換成本與使用維護成本。
該技術(shù)在石化廢水、制藥廢水、造紙廢水、印染廢水、垃圾滲濾液、農藥廢水、煤化工廢水均具有高價(jià)值使用場(chǎng)景。