В настоящее время в модулях MBR мембран наиболее широко используются только поливинилденфторид (PVDF), полиэтилен (PE) и полипропилен (PP). Среди них поливинилденфторид (PVDF) используется в наибольших объемах как внутри страны, так и за рубежом благодаря своим превосходным физическим и химическим свойствам (прочность и коррозионная стойкость).

Мембраны, используемые в технологии MBR, обычно представляют собой микрофильтрационные (MF) и ультрафильтрационные (UF) мембраны, большинство из которых имеют размер пор от 0,1 до 0,4 мкм.

Распространенные полимерные материалы для микрофильтрации: поликарбонат, сложные эфиры целлюлозы, поливинилиденфторид, полисульфон, политетрафторэтилен, поливинилхлорид, полиэфиримид, полипропилен, полиэфирэфиркетон, полиамид и т.д.

Распространенные полимерные материалы для ультрафильтрации: полисульфон (PS), полиэфирсульфон (PES), полиамид, полиакрилонитрил (PAN), поливинилиденфторид, сложные эфиры целлюлозы, полиэфирэфиркетон, полиимид, полиэфирамид и т.д.

Половолоконная мембрана из материала PVDF (поливинилиденфторид). PVDF представляет собой фторированный полимер с молекулярной массой 3-4 миллиона, обладающий высокой физической прочностью и химической стабильностью.

Керамические мембраны в основном представляют собой пористые мембраны, изготовленные из неорганических материалов, таких как Al2O3, ZrO2, TiO2 и SiO2, с размером пор от 0,1 до 50 мкм.

Они обладают хорошей химической стабильностью, устойчивостью к кислотам, щелочам и органическим растворителям, высокой механической прочностью, возможностью обратной промывки, высокой устойчивостью к микроорганизмам, устойчивостью к высоким температурам, узким распределением пор и высокой эффективностью разделения.

По сравнению с органическими полимерными мембранами того же класса керамические мембраны имеют много преимуществ: они прочные, выносливые, долговечные, менее склонны к загрязнению, более устойчивы к химически агрессивным жидкостям и высокотемпературным моющим растворам. Их главный недостаток — высокая цена и сложный процесс производства.

-----  Модули MBR мембран

1.Половолоконные

Производители оборудования для обработки фильтрата свалок отмечают, что полые волокна обладают прочностью, не деформирующейся под высоким давлением, и не требуют опорного материала. Большое количество (до сотен тысяч) полых волоконных мембран помещается в цилиндрический корпус высокого давления. Открытые концы пучка волокон залиты эпоксидной смолой в трубную решетку. Внешний диаметр обычно составляет 40–250 мкм, внутренний диаметр — 25–42 мкм. В MBR модули часто помещаются непосредственно в реактор, не требуя отдельного корпуса высокого давления, образуя погружной мембранный биореактор; обычно это модули с внешним

Преимущества: Высокая плотность упаковки (обычно достигает 16 000–30 000 м²/м³); относительно низкая стоимость; длительный срок службы; возможность использования нейлоновых половолоконных мембран со стабильными физико-химическими свойствами и низкой водопроницаемостью; мембраны обладают высокой устойчивостью к давлению и не требуют опорного материала.

Недостатки:Чувствительность к загрязнению; загрязнение и концентрационная поляризация сильно влияют на эффективность разделения мембран; большое падение давления; трудности регенерации и очистки; высокая стоимость предварительной обработки сырья.

2.Пластинчато-рамные (Плиточные)

Пластинчато-рамные модули были самой ранней формой мембранных модулей, используемых в технологии MBR, их внешний вид аналогичен обычным пластинчато-рамным фильтр-прессам.

Преимущества:Простота изготовления и сборки, удобство эксплуатации, простота обслуживания, очистки и замены.

Недостатки:Сравнительно сложное уплотнение, большие потери давления, малая плотность упаковки.

3.Трубчатые мембраны

Состоят из мембраны и опоры мембраны, могут работать в режиме внутреннего или внешнего давления. На практике чаще используется режим внутреннего давления, когда поступающая вода течет внутри трубы, а пермеат выходит снаружи трубы. Диаметр мембраны составляет от 6 до 24 мм. Трубчатая мембрана помещается в пористую трубу из нержавеющей стали, керамики или пластика, количество мембранных трубок в одном модуле обычно составляет 4–18. В настоящее время трубчатые мембраны в основном представляют собой спеченные полиэтиленовые микрофильтрационные мембраны, керамические мембраны, пористые графитовые трубы и т.д. Они дороги, но устойчивы к загрязнению и легко очищаются. Особенно подходят для высокотемпературных сред.

Преимущества:Возможность создания турбулентного потока обрабатываемой жидкости, менее склонны к загрязнению, легко очищаются, малые потери давления.

Недостатки:Малая плотность упаковки, обычно менее 300 м²/м³.

4.Спиральные модули

Основными компонентами являются пористый опорный материал, с обеих сторон которого находится мембрана, три стороны запаяны, открытая сторона герметично соединена с перфорированной центральной трубкой для сбора пермеата. С внешней стороны мембранного мешка на стороне исходного раствора укладывается слой сетчатого материала-сепаратора. Мембранный мешок и сепаратор последовательно накладываются и плотно наматываются вокруг центральной сборной трубы, образуя мембранный рулон, который помещается в цилиндрический耐压 контейнер, образуя спиральный мембранный модуль.

Преимущества:Высокая плотность упаковки мембран; простая структура опоры мембраны; малая концентрационная поляризация; легко регулировать режим потока на поверхности мембраны.

Недостатки:Возможность утечек в центральной трубке; мембрана может порваться и протечь в месте склеивания с опорным материалом; сложность установки и замены мембран.

5.Три распространенных типа модулей MBR мембран

(1) Погружные модули в виде штор из полых волокон: характеризуются большой площадью мембраны, простотой установки и удобством очистки.

(2) Погружные модули в виде цилиндров из полых волокон: характеризуются большой площадью мембраны и малой занимаемой площадью.

(3) Погружные модули в виде плоских пластин (штор): характеризуются высокой пропускной способностью мембраны, простотой сборки и удобством очистки.

6.Проектирование системы MBR---Состав технологии ZW-MBR

(1) Предварительная обработка — Тонкая решетка, требование ≤2мм, рекомендация ≤1мм, круглые отверстия и сетчатый тип / Предварительная обработка: Решетка - требование GE, Первичный отстойник, Песколовка - решает проектировщик

(2) Часть биологической очистки / Определяется GE или проектировщиком

(3) Часть мембранной фильтрации / Мембранная технология (или продукт) определяется GE

(4) Обработка избыточного ила: Обезвоживание осадка — компания GE принимает решение о добавлении полимера; Переработка в метантенке — определяется проектировщиком; Способ утилизации осадка — определяется проектировщиком.

7.Выбор технологической схемы MBR

(1) Технологическая схема MBR для бытовых сточных вод;

(2) Технологическая схема MBR для промышленных сточных вод;

(3) Технологическая схема MBR с упором на удаление аммонийного азота;

8.Проектирование мембранного бассейна (резервуара)

(1)Проектирование аноксидной зоны (зоны денитрификации):

Принцип проектирования: Нагрузка по азоту на объем установлена ниже 0,2 кг/(м³·день);

Содержание азота в воде, поступающей в аноксидную зону: Q2 * C_аммонийный_азот;

Требуемый объем аноксидной зоны: не менее (Q1 * C_аммонийный_азот) / 0,2;

(2) Проектирование мембранного бассейна:

Принцип проектирования: Нагрузка по БПК на объем ниже 2,0 кг-БПК/(м³·день);

Принимая эффективность удаления БПК в аноксидной зоне для поступающей воды равной η (20%–50%), тогда концентрация БПК, поступающей в мембранный биореактор, составляет C_BOD × (1–20%);

Требуемый объем мембранного биореактора: не менее [C_BOD × (1–20%)] / 2.

(3) Выбор мембранных элементов

① Выбор подходящего потока через мембрану (флюса);

② Определение требуемой площади мембраны;

③Определение количества мембранных элементов на основе площади мембраны одного элемента;

④В процессе работы MBR мембраны involve операции обратной промывки и т.д., поэтому необходимо комплексно учитывать коэффициент использования воды и время простоя элементов;

9.Система отбора пермеата (продукционной воды) MBR

Система отбора пермеата может работать в непрерывном или периодическом (импульсном) режиме. Для систем со слабозагрязнённой исходной водой или с низкой концентрацией MLSS (ила) в бассейне MBR можно отбирать пермеат непрерывно. Для систем с высокой MLSS можно использовать режим работы, сочетающий отбор (всасывание) и паузы.

10.Система аэрации MBR

Потребность в кислороде: Система аэрации подаёт кислород для метаболизма и роста микроорганизмов в мембранном биореакторе. Это необходимо в основном по трем направлениям:

(1) Потребность в кислороде для окисления и разложения органических веществ микроорганизмами;

(2) Потребность в кислороде для окисления и разложения собственного клеточного вещества микроорганизмов;

(3) Потребность в кислороде для окисления аммонийного азота в сточных водах.

11.Аэрация:Энергопотребление можно снизить путем внедрения циклической аэрации.

Раньше: 10 сек включено, 10 сек выключено → Сейчас: 10 сек включено, 30 сек выключено. Этот метод аэрации требует, чтобы мембранные модули были четным числом. Одновременная работа двух рядов мембран может снизить энергопотребление на 75%, при низкой скорости потока и низком загрязнении можно снизить на 50%; этот метод аэрации снижает сдвиговые усилия на микроорганизмы, улучшает структуру хлопьев и эффективность удаления.

Примечание:Один ряд мембран; пиковые условия; при высоком загрязнении нельзя использовать режим 10/30.

12.Система обратной промывки MBR

Основываясь на принципе, что органическое загрязнение эффективно удаляется щелочной промывкой, а солевое загрязнение (образование отложений) — кислотной промывкой, процедура химически усиленной обратной промывки (CEB) внедрена в работу мембран MBR. С помощью операции, аналогичной химической очистке низкой интенсивности, загрязнение мембран MBR устраняется на ранней стадии formation, предотвращая синергетическое ухудшение из-за несвоевременного восстановления мембраны.

13.Система дозирования реагентов MBR

Частота и условия проведения химической очистки зависят от качества поступающей воды. Обычно химическую очистку следует проводить каждые 1–3 месяца работы или когда перепад давления на мембране при тех же рабочих условиях увеличивается на 0,5 бар и более по сравнению с начальным значением.