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   废水处理提标改造集约化技术PTFE_ACMBR工艺


1、AC-MBR工艺

(1)什么是AC-MBR

AC-MBR(Active Carrier Membrane Bioreactor)活性载体膜生物反应器,它是一种投料活性污泥法与膜生物反应器相结合的工艺,即复合MBR技术,一方面通过向生化池中投加活性载体(AC)对系统产生显著影响,改变系统内生物多样性以及微生物的存在方式,改变基质的分配与传质状况,增加系统的生物固体总量,构建悬浮生长与附着生长的“双泥”共生微生物系统;另一方面,利用膜实现泥水分离,代替传统二沉池,从而实现搞笑的固体固体截留,提升整个系统的净化能力。

(2)AC-MBR工作机理


具体工作机理共分4个主要过程,即:混合——黏附——凝聚(反应)——膜分离。活性载体投加到生化池中,利用曝气搅拌充分均匀分布于池中,利用其自身的黏附能力和表面电位性将微生物与难降解有机物、毒性物质负载其自身,形成共聚物,在微观状态下,形成一个个独立的球状微生态菌落,异养型微生物利用负载在活性载体(AC)上的有机质作为反应底物,形成共聚反应,与悬浮态的活性污泥形成两个不同的反应体系。最后在膜作用下进行固体截留,从而获得高品质出水

(3)ACMBR工艺核心——PTFE中空纤维膜

ACMBR工艺并非是简单的向MBR生化池中投加活性载体(AC)就实现了功能的突破,它是一个全新的系统工艺,生化系统内微生物的分布与传质方式都发生了改变,此外它对膜的表面机械能要求很高,传统的PVDF材质的中空纤维膜由于其表面机械性能较差,长期运行下,活性载体(AC)会对表面造成机械擦伤,降低其原有的机械强度,使膜的使用寿命缩短,这是因为投加的活性载体(AC)表面呈微孔结构,具有不规则接触角,形状极不平整,且具有一定硬度,长时间擦洗,会对膜表面产生磨损伤害。从另一角度,改变膜材料性能,使之能有效与AC协同作用,因此提出采用PTFE材质的中空纤维膜来替换传统的PVDF材质。

 

聚四氟乙烯中空纤维膜(PTFE)


聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene),简称PTFE,就是我们常见到的塑料王,它具有机械强度高,耐腐蚀,耐高温,耐酸碱,长使用寿命等特点,基于PTFE材质的中空纤维膜特点可以弥补PVDF材质在本技术中的缺陷,下表为PVDF与我司PEFE中空纤维膜的部分参数对比。

项目

PVDF

PTFE

机械性能

6~10N

>40N

出水通量

8~12LMH

15~40LMH

耐pH

2~12

0~14

耐受温度

5~45℃(-40~150℃)

220℃~260℃

使用寿命

2~3年

5~10年

化学清洗周期

3~6个月

8~12个月

保存方法

湿式保存

干式保存

抗污染性能

一般

污泥浓度

6~8g/L

8~30g/L

跨膜压差

20~30kPa

20~30kpa

从上表可以看出,PEFE中空纤维膜相对PVDF中空纤维膜在各项参数上都是优胜者,这些参数指标可以说是一个革新,在工业废水处理中具有非常高的应用价值。

碧盾环保与中科院大连化学物理研究所(以下简称“大连化物所“)建立合作,成立中科碧盾新膜,成为一家致力于PTFE中空纤维膜开发与生产的新材料技术企业。

荣获各项国内外技术大奖

中国膜工业协会科学技术一等奖

大连市技术发明一等奖

大连市专利奖一等奖

IChemE Malaysia Awards for Oil and Gas Award

IChemE Global Awards with Highly Commended Research Project Award

(4)在工业废水处理提标改造过程中的应用价值

基于PTFE的ACMBR工艺生化池污泥浓度MLSS可以8000~30000mg/L,而常规的MBR工艺只能做到6000~8000mg/L(平板膜的污泥浓度MLSS典型可以做到8000~12000mg/L),而传统的活性污泥法的污泥浓度MLSS通常只设计到3000~5000mg/L,且常受水质冲击负荷影响,若过高的污泥浓度,又会引起污泥膨胀等现象。

工业废水在提标改造过程中常遇到如下如题:

一是有限的占地对改造扩增的矛盾,常常随着生产线水量的增多,需要对废水处理系统提出更多处理能力的要求;再者,出水标准提高,需要增加深度处理,过多工艺流程的增加,对土地需求提出更多要求。

二是,投资费用与运行成本的的问题,过多的增加投资以及所选用的工艺对后期运行成本与环保要求本身二者的平衡。

三是管理复杂度与人员匹配需求,过长的工艺流程不仅增加了管理的复杂度,还对对人员提出了较高水平,无形中增加了企业用人成本。

上图为传统工艺与ACMBR工艺的对比,冗长的工艺改造路线不仅增大投资,而且对土地需求较大,后期的运行成本与管理复杂度都是一种挑战。

而采用ACMBR工艺就简单很多,在原生化池的基础上进行深度改造,不仅实现了生化池的进水处理能力,同时获得了与传统工艺一样的出水品质,甚至出水品质更高,在不增加土地的条件下,能够实现提质增效,虽然投资上比MBR成本偏高,但总体上与传统相比,仍然具有成本优势,是一种极具价值的的解决方案。

4、应用与展望

AC-MBR在石化废水提标改造具有极大经济价值和技术价值,在对难降解有机物、毒性物质的去除与传统工艺相比,具有以下优势:

具有MBR原有技术优势,同时具有更小的占地面积;

更优质的出水,与一级A排放标准相比,部分出水指标能够提升30%~50%,大大改善出水效果;

提高对毒性物质、难降解有机物、色度、重金属的去除;

改善活性污泥性能,不易发生膨胀,能对表面活性剂有效抑制,减少曝气池液面泡沫及其危害;

能够实现原位扩容,缩短工艺流程,工艺工艺复杂度,降低土建投资和运行成本;

实现膜的高通量运行,匹配PEFE材质的中空纤维膜,具有长生命周期,膜的使用寿命是传统PVDF的3~5倍,大大降低膜的更换成本与使用维护成本。

该技术在石化废水、制药废水、造纸废水、印染废水、垃圾渗滤液、农药废水、煤化工废水均具有高价值使用场景。

 


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