膜分离活性污泥法工艺及其应用

2011 NO.31Science and Technology Innovation Herald科技创新导报膜分离活性污泥法工艺及其应用①

朱美群

(安徽丰原食品有限公司 安徽蚌埠 233010)

摘 要:传统的活性污泥法以重力式沉淀池完成泥水分离过程,而膜分离活性污泥法是在生物反应槽通过过滤膜直接得到处理水,不用设置终沉池的水处理新技术方法。该方法具有处理水质良好,设施小型集中化以及建设费用省等优点。本研究就膜分离活性污泥法的开发状况作一介绍,供同行参考。

关键词:膜分离活性污泥法 特点 适用条件 研究状况中图分类号:X7文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)11(a)-0055-02

1 膜技术简介

近年来,膜分离技术开始应用于污水处理领域。按去除物质可将膜分为微孔膜(MF)、超过滤膜(UF)、反渗透膜(RO)。1.1膜的种类与特点

1.1.1 反渗透膜(Reverse Osmosis,简称RO)

可去除水中的病毒以及离子类物质[1,2],实现纯水制备、海水淡化、各种工业排水的再利用以及有用物质的浓缩回收利用等。膜的材料由醋酸纤维素和聚酰胺等多种有机高分子物质组成。RO工艺用于下水处理的高度处理。另外,目前正在研制开发除盐50%以上,能低压运行的松散RO膜(LooseRO膜)。

1.1.2超过滤膜(Ultra Filtration,简称UF)[3]

可去除分子量从500到100万的物质,市场出售的UF膜多是去除分子量从5000到100000的物质。材料有乙酸纤维素膜。UF膜可用于发酵工业、食品工业、化学等工业,由中浓缩和精制以及污水生物处理后的深度处理[4]。

1.1.3微孔过滤膜(Micro Filtration,简称MF)

微孔过滤膜的孔径比超滤膜孔径大一些,一般在0.1～10um范围。膜材料有纤维素、聚酰胺等有机高分子物质。另外,最近也正在开发无机材料制作的膜。MF膜主要用于各种澄清液过滤、酵母、霉菌、细菌的去除以及发酵工业、食品工业、医药工业和化学工业等领域中广泛应用。1.2膜的形状及过滤方式

膜的形状有平膜和中空丝膜两大类,平膜为平板状的膜,中空丝膜为中空的细丝状的纤维膜,可由表面向内部过滤渗透,它比平膜相比较单位体积表面积较大,多用在家庭的净水器中。

过滤方式采用水头压差方式或者采用泵抽吸方式运行。

术多是以在回用为目标。膜分离活性污泥法,并不是以过滤处理水为对象,而是膜直接过滤和分离活性污泥而得到处理水的方法。

活性污泥法是能絮凝分离的微生物集合体,在终沉池以沉淀分离,上清夜排放的方法；而膜分离活性污泥法是以过滤膜代替重力式终沉池完成泥水分离的方法。

过滤膜是使用孔径0.1～0.4um大小的微孔膜(MF膜),活性污泥粒径通常在1um以上,不能通过过滤膜,从而达到泥水分离目的。由于活性污泥颗粒比过滤膜孔径要大,难以进入膜孔内而堵塞。但是为了防止滤孔入口堵塞,通常,采取水流沿膜表面流动,从膜的下部送入空气等措施是必要的。

另外,长期使用,细微颗粒付着在过滤孔表面而降低过滤能力,所以,定期用次氯酸清洗膜式必要的。

膜分离活性污泥法,按膜设置在生物反应槽外和槽内而分为槽外型和淹没型2种。槽外型要将膜放在耐压容器内并有循环水泵工作,而淹没型是将膜直接放入生物反应槽内以重力或者使用泵抽吸,不必使用耐压容器,该方法使用普遍。因此,本文主要阐述淹没式膜分离活性污泥法。2.1特点

精密过滤后出水非常清沏,不含大肠菌。但是色度、溶解性物质及病毒,用精密过滤膜不能去除。

膜分离活性污泥法的特点如下:

(1)径细微孔径膜过滤后,出水不含悬浮物质,清沏透明,水质良好。

(2)传统的终沉池在高MLSS情况下难以沉淀分离,而采用膜分离法无此问题存在,即使在MLSS在10000～20000mg/L浓度也可运行,可大大缩短必要的处理时间[5]。

(3)可省去终沉池,也可省去初沉沉、消毒设施。另外,污泥可从反应槽直接排除,免去设置污泥浓缩槽。可实现处理设施一体化预制和节省建设费用等优点。

(4)可避免活性污泥膨胀,实现稳定运行。

(5)高MLSS浓度、低负荷运行,剩余污

泥量少。

但本技术还需要研究解决的课题有[6]:(1)膜过滤量与流量变化之间不匹配,

要设置流量调节槽。

(2)水中的悬浮物会堵塞膜孔,因此,要设置1mm大小的细微格网加以去除。

(3)处理水量受膜单位面积的过滤量,即过滤通量(m3/m2.d)决定。处理水量大所需膜面积也要大。

(4)为防止堵塞,必须采用曝气冲洗膜表面,以及定期采用次氯酸等冲洗膜。

3 膜分离活性污泥法适用条件

净水处理中采用膜分离技术去除隐孢子虫、病原微生物逐步走向普及。膜分离活性污泥法首先在工业废水处理和一体氧化槽中应用,处理规模最大到1000m3/d。对于城市污水处理目前仍处于实验研究阶段。1999年英国开始设计、建设日处理为

3

13000m的世界最大规模的膜分离活性污泥法[7]。

超过滤膜孔径稍比RO膜孔径大一些,.com.cn. All Rights Reserved.4 日本下水道事业团(JS)关于膜分离活性

污泥法的开发研究状况

为了探究膜分离活性污泥法的主要设计因素和维护管理因素,JS技术开发研修部进行了运行实验研究。原水从一座污水处理厂的初沉池用泵提升,膜采用聚烯材料,孔径为0.4um的平膜。膜组件7枚为1组共3组放入容积为2.1m3的反应槽中,膜面积合计为16.8m2,处理能力为6.7m3/d,过滤通量为0.4m3/m2.d,采用重力式过滤方法。

该运行实验从2008年8月开始到12月为止,最终MLSS浓度为2800mg/L,出水中SS浓度为零,BOD5浓度小于1mg/L,大肠菌未检出,出水水质较好。

5个月运行实验表明,流出的SS转化为污泥系数为0.6,这比标准活性污泥法和OD法要低,污泥产生量小。

5 结语

活性污泥法已在全世界范围得到了广

(下转57页)

2 膜分离活性污泥法

迄今为止,污水处理中采用膜分离技

①作者简介:朱美群(1976年9月-)女,安徽蚌埠人,大专,助理工程师,现主要从事食品技术研发及应用、质量管理以及食品行业废水处 理技术的研究。

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工 业 技 术

获得足够的数据和信息。所以不同的人,因为对故障信息掌握的充分程度不同,会得出不同的诊断结果;即便是同一个人,对同一种电力电子器件故障征兆,随着掌握的信息的增多及认识程度的提高,也会先后得出不同的结论。可见,电力电子器件故障的灰色性是由信息不完全造成的。

 ij

2011 NO.31Science and Technology Innovation Herald科技创新导报minx

j

j

yijmaxxjyij

j

即y10.65,0.7,0.8,1.5 (2)

故障状态的值为：

xjyijmaxxjyij

j

y20.7,0.75,0.82,1.7下面将分为几种情况加以讨论：X=0.68,0.77,0.83,1.68代入前面公式(1),(2),得：1=0.7658;

显然,1<2,故认为该器2=0.9167。

件已存在故障。

ⅱ X=(0.68,0.7,0.8,1.5)代入前面公式(1),(2),得：1=12=0.615

显然,1>2故认为该器件运行正常。同理,可以算出X为任意测量值时器件的技术状态。

可见,平均值模型诊断结论与实验结论是一致的。因此,我们可以针对不同的电力电子器件,选择较易测量的参数作为特征参数,这样,测得数据后,通过简单的运算,能很快地做出判断。这在实际生产中是非常有意义的。

——分辨系数,(0,1),通常取=0.5。

计算待检状态X与参数状态y1及y2的关联度1及2。

④若Ⅰ：1>2,则判断电力电子器件运行正常;

Ⅱ：1>2则认为该电力电子器件存在故障;

Ⅲ：1=2则应改变参考模式向量的大小,或增加新的参考模式向量,再作判断。

可见,灰色关联诊断方法的关键是如何选取被诊断对象的特征参数及建立参考状态模式。

3.2灰色关联诊断方法用于电力电子器件故障诊断时的若干问题

下面以IGBT为例运用关联诊断方法来说明电力电子器件的故障诊断。选它的开关时间作为特征参数,开关时间包括上升时间,开通时间,下降时间和关断时间。这些特征参数的分布范围为闭区间。如表1所示：

其中,下标m表示最大(max),下标n表示标准(normal)。

这种参数形式不能套用前面所列公式,需转化成平均值参考模式,如表2所示：

以东芝公司的MG25N2S1型25A/1000VIGBT为例来说明关联故障诊断的算法。

在正常情况下,该器件的特性参数的值为：(单位为us,以下同)

3 电力电子器件故障诊断的灰色理论探讨

在生产现场,电力电子器件的类型、构

造并不相同,要求故障诊断人员能简便快速有效地诊断出电力电子器件的故障来。而现场上干扰因素、不确定因素较多,时间又紧迫,用昂贵的精密仪器,既不经济也不一定适用,探索较简单的技术手段与分析方法来提高诊断效率尤为重要。

基于前面所提出的电力电子器件及故障的灰色性质,作者认为：应该运用灰色系统理论去研究电力电子器件即其故障识别问题,以便根据电力电子器件的部分已知信息,去认识这个含有未确知信息的系统的特性、状态和发展趋势。

故障诊断的实质是模式识别,灰色系统理论中的灰色关联分析方法即是待检模式与某参考模式之间的接近程度,进行状态识别与故障诊断的一种简单方法,特别适用于生产现场电力电子器件故障的快速诊断。

3.1灰色关联方法的基本原理

①根据电力电子器件的特征参数的设计准则即有关统计资料先建立两个参考状态模式向量：

4 结语

随着故障诊断工作的不断开展,诊断理论日趋完善,各种诊断方法与手段层出不穷。灰色系统理论以其新颖的思路和广泛的适用性在理论界和工程界引起了普遍的注意,并迅速在社会经济等领域获得了成功的应用。目前,灰色系统理论应用于机械设备方面的文献较多,而在电气领域很少见到这方面的报道。从本文可以看出,灰色系统理论能够成为电力电子器件故障诊断的一个有利工具。

.com.cn. All Rights Reserved.y11,y12,,y1n故障状态：y2y21,y22,,y2n正常状态：y1=

②实际测量该电力电子器件的特征参数,得待检状态向量：

X={x1,x2,,xn}

③根据关联度计算公式

i其中：

参考文献

[1]邓聚龙.灰预测与灰决策[M].修订版.

武汉:华中科技大学出版社,2002.9.[2]祁春清,梁中华,索迹.基于灰色预测模

型的IGBT变频器控制研究.电力系统及其自动化学报,2005.6.

1n

i

nj1j (1)

trmtrn10.3

0.6522tonmtonn10.4

0.722tfmtfn10.6

0.822toffmtoffn21

1.522

(上接55页)分析法的高校再生水工艺优选及经济分析.供水技术,2010(2).

[2]张振成.PW膜技术在印染废水处理中

的应用.水处理技术,2000(03).

[3]戴兴国,吴礼光,张林,等.膜生物反应

器处理印染废水工艺条件的研究现状.水处理技术,2009(2).

[4]张洪宇.陶瓷膜－生物反应器处理生活

污水的研究.南京化工大学学报(自然科学版),2000(02).

[5]何义亮.厌氧超滤膜生物反应器截留分

子量研究.中国给水排水,1999(09).[6]吴坤.废水处理中膜生物反应器的研究

进展.广西轻工业,2008(8).

[7]李克林.DO对水解酸化池与好氧MBR

组合工艺运行效果的影响研究.上海环境科学,2010(1).

[8]苗蕾,王捷,罗南,等.浸没外压式中空

纤维膜组件的最佳尺7度分析.天津工业大学学报,2009(6).

泛应用,当今乃至今后仍是有机污水处理的主要方法。但活性污泥法存在着对水质变化和冲击负荷适应性较弱、易发生污泥膨胀、建设费用高、占地面积大、产泥量多等缺点[8]。而膜分离活性污泥法师一种扬长避短的心工艺,是将膜处理技术与活性污泥法相结合而产生的一种新工艺,符合当代污水处理所追求的简易、高效、节能、灵活、多功能与实现污水资源化的发展趋势。

参考文献

[1]唐文锋,孙丰英,经来胜,等.基于层次

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