MBR膜堵塞和污染程度的评估方法与流程

本发明属于市政污水处理，涉及一种mbr膜堵塞和污染程度的评估方法。

背景技术：

1、膜生物反应器(mbr)是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术，常用的mbr膜包括微滤膜和超滤膜，mbr不仅可以大幅提高污泥浓度，还可以通过截留作用去除胶体、微生物，在提升污水处理负荷的同时保证出水水质稳定达标。mbr膜类型包括中空纤维膜、板式膜、管式膜等，其中，中空纤维膜具有处理负荷高、机械强度高、抗污染性好等优势，在市政污水处理项目中广泛应用。

2、根据国家住房和城乡建设部《2021年城乡建设统计年鉴》，截至2021年底，我国城镇污水处理规模达到20767.22万立方米/日，位居世界第一，产生的干污泥量达到1422.9万t/年。随着我国各地水污染治理工作力度不断加大，市政污水处理厂出水水质标准逐渐提高，需要在传统的活性污泥工艺基础上，增加深度处理工艺，以保证水质达标排放。与活性污泥工艺相比，膜生物反应器(mbr)工艺占地面积小、污泥浓度高、出水水质稳定，近年来被较多用于市政污水处理厂提标改造。

3、但是，mbr应用过程中存在长期运行膜堵塞和污染造成产水率降低、清洗维护费用高等一系列问题。引起mbr膜堵塞和污染的物质包括胶体、大分子有机物、微生物等，这些物质在膜表面或膜孔内附着、沉积、交联，使膜孔径变小、堵塞和发生污染，并加剧浓差极化，造成膜产水率和过滤性能大幅降低。

4、膜清洗维护是mbr工艺运行的重要环节，包括物理清洗、维护性和恢复性化学清洗。目前，mbr膜清洗维护方案主要由技术人员根据膜通量、跨膜压差等参数变化情况进行确定，而膜通量、跨膜压差的影响因素除了膜堵塞和污染程度外，还包括进水温度、活性污泥浓度等。例如，在一定的温度范围内，膜通量随温度升高而增大，跨膜压差相应降低；随着活性污泥浓度升高，膜通量降低，跨膜压差增大。由于缺少膜堵塞和污染程度的客观评估方法，无法根据膜堵塞和污染程度精准制定和优化，造成膜清洗频次过高或过低，清洗效果不佳。

5、因此，建立一种mbr膜堵塞和污染程度评估方法，用于预测、评估膜堵塞和污染程度，进而精准指导膜清洗维护，对于提升mbr污水处理效能和推动污水处理节能降耗具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明提供了一种mbr膜堵塞和污染程度的评估方法，该方法采用mbr归一化膜透水率下降比例ri作为膜堵塞和污染程度的评估指标，可客观地直接评估膜的透水性能，进而判断膜堵塞和污染程度，有利于科学合理确定膜清洗维护周期，提升膜运行效能，延长膜使用寿命。

2、为了达到上述目的，本发明提供了一种mbr膜堵塞和污染程度的评估方法，包括以下步骤：

3、计算mbr膜透水率温度归一化系数a和污泥浓度归一化系数b；

4、计算现状mbr膜实际透水率li，利用温度归一化系数a和污泥浓度归一化系数b计算现状mbr膜归一化膜透水率lin＝li×[1+(ti-20)×a]-1×[1+(ci-8000)×b]-1；

5、计算一定周期内归一化条件下的标准mbr膜标准透水率l0a；

6、计算现状mbr膜归一化膜透水率lin与一定周期内的标准mbr膜归一化透水率l0a相比的下降比例ri；

7、通过ri值的范围评价mbr膜堵塞和污染程度。

8、作为优选，所述mbr膜透水率温度归一化系数a通过以下方法计算得到：

9、控制mbr污泥浓度为8000mg/l，在5-30℃的温度范围平均取5-8个温度条件，测试mbr膜在不同温度下的膜通量ji和跨膜压差δpi，计算实际膜透水率li＝ji/δpi；

10、以li为因变量、(ti-20)为自变量进行线性拟合，得到近似线性拟合公式li＝l0+l0×(ti-20)×a，进而计算得到mbr膜透水率温度归一化系数a单位为℃-1；其中，ti代表在线仪表采集的温度值，单位为℃；l0为mbr归一化膜透水率，单位为l·m-2·h-1·kpa-1。

11、作为优选，所述mbr膜透水率污泥浓度归一化系数b通过以下方法计算得到：

12、控制进水温度为20℃，在4000-12000mg/l的污泥浓度范围平均取5-8个污泥浓度条件，测试mbr膜在不同污泥浓度下的通量ji和跨膜压差δpi，计算实际膜透水率li；

13、以li为因变量、(ci-8000)为自变量进行线性拟合，得到近似线性拟合公式li＝l0+l0×(ci-8000)×b，进而计算得到mbr膜透水率污泥浓度归一化系数b，单位为l/mg；

14、其中，ci代表在线仪表采集的污泥浓度值，单位为mg/l；l0为mbr归一化膜透水率，单位为l·m-2·h-1·kpa-1。

15、作为优选，一定周期内归一化条件下mbr膜标准透水率l0a具体为一定周期每次恢复性化学清洗后的mbr归一化膜透水率l0的平均值。

16、作为优选，mbr归一化膜透水率l0通过以下方式测得：

17、以mbr进水温度20℃、污泥浓度8000mg/l为归一化条件，测得mbr归一化膜透水率为l0＝j0/δp0。

18、其中，j0、δp0分别代表每次恢复性化学清洗后测量得到的膜通量和跨膜压差，且只有每次清洗后的归一化膜透水率的平均值才能代表mbr膜未污染和堵塞前的性能。

19、作为优选，所述一定周期为2-3个月。

20、作为优选，下降比例ri计算公式如下：

21、下降比例ri＝(l0a-lin)/l0a×100％。

22、作为优选，通过ri值的范围评价mbr膜堵塞和污染程度具体为：

23、当ri≤10％，为mbr膜轻度堵塞和污染；

24、当10％<ri≤20％，为mbr膜中度堵塞和污染；

25、当ri>20％，为mbr膜重度堵塞和污染。

26、作为优选，在通过ri值的范围评价mbr膜堵塞和污染程度之前，还包括判断膜是否已发生断裂或破损的步骤。

27、作为优选，判断膜是否已发生断裂或破损的步骤具体为：

28、当mbr膜通量ji>jmax或跨膜压差δpi<δpmin时，判断膜已发生断裂或破损。

29、作为优选，当mbr膜已发生断裂或破损，应及时修补膜丝；mbr膜处于轻度堵塞和污染状态，应定期反洗和气洗；mbr膜处于轻度堵塞和污染状态，应进行维护性化学清洗；mbr膜处于重度堵塞和污染状态，应进行恢复性化学清洗；当一段时间内mbr归一化膜透水率下降比例快速增加(ri/t数值急剧增加)时，膜可能发生严重堵塞和不可逆污染，应调整优化清洗方案(包括清洗时间、药剂种类、浓度等)。

30、当然，作为进一步优选，还可以将mbr膜归一化膜透水率下降比例快速增加ri/t作为膜发生严重堵塞和不可逆污染的特征指标，具体的，通过比较当前一段时间mbr膜的ri/t与历史积累数据的mbr膜的ri/t，如果发现现状ri/t急剧增加，则表明清洗后的mbr膜迅速被污染和堵塞，发生了不可逆污染。

31、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

32、1、本发明提供的评估方法采用mbr归一化膜透水率下降比例(ri)作为膜堵塞和污染程度的评估指标，设定边界条件划分为3种污染程度，可以去除温度、污泥浓度等因素对膜透水率变化的影响，客观且直接地评估膜透水性能，进而判断膜堵塞和污染程度，为mbr膜清洗维护方案制定和优化提供依据，有利于科学合理确定膜清洗维护周期，提升膜运行效能，延长膜使用寿命。

33、2、本发明提供的评估方法设定了将mbr归一化膜透水率下降比例快速增加作为膜发生严重堵塞和不可逆污染的特征指标，实现了有效、准确且快速对膜当前状态的快速评估。