プロジェクトの背景
- 問題：下水処理場の処理システムは耐用年数を迎え、磁束の正常減衰やファイバーの断線、生産能力の低下などが問題となっています。
- ゴール：関連設備を含めて50,000m3/日の膜システムを構築する。
- 難点:1. 下水水質基準 A の達成 2. 生化学的プロセスで窒素とリンを除去
都市開発、環境モニタリング、黒くて悪臭のある水の処理の要求に伴い、下水処理場周辺の廃水処理の需要が増加しています。同社の MBR 膜システムは 2013 年から稼働しており、孔径 0.1 μm の浸漬 PVDF 中空糸限外濾過膜コンポーネントを使用しています。下水処理場の設計処理能力は10,000立方メートル/日で、AAO+MBRプロセスを採用しています。処理された排水は、都市下水処理場の汚染物質排出基準 (GB 18919-2002) のクラス A 基準を満たしています。現在、生産と社会のニーズを満たすためにMBR膜システムをアップグレードする必要があります。
下水処理場の概要
処理の流れ
図 1 に示すプロセス フローには、粗いスクリーンと細かいスクリーン、通気グリット チャンバー、膜スクリーンを 1 mm 間隔で配置して無機物を除去し、MBR システムを保護する膜スクリーンを使用した一次処理が含まれます。二次処理には、プレ無酸素タンクと、必要に応じて好気タンクでの強化された化学的リン除去を含む AAO+MBR プロセスが採用されています。-排水は紫外線で消毒されてから排出されます。汚泥処理は、物理的濃縮と版枠による深度脱水で構成され、外部廃棄前に含水率 50 ～ 60% に達します。
流入水と排水の水質
このプラントはクラス A の排水品質基準を達成するように設計されています。流入水には雨水が含まれるため、流入水の濃度は変動する可能性があり、生化学プロセスにおける窒素とリンの除去に重点を置く必要があります。
MBR膜システムの現状と課題
MBRシステムの設備状態
MBR 膜プールおよび機器室*: AAO および UV 消毒プールに接続された MBR 膜プールは、グループごとに 11 個のセルを備えた 2 つの長方形の地下タンクで構成され、各セルには 8 個の膜カセットが含まれています (合計 176 セットの PVDF 繊維膜と<0.1 μm pores and a total surface area of approximately 281,600 m²). The system operates with 22 independently controlled production units divided into two separate systems for easy maintenance, allowing both online and offline cleaning. The equipment room houses production, vacuum, backwash, and sludge pumps, along with air scrubbers using 4 air suspension centrifugal blowers (3 operating, 1 standby; parameters: Q=208 Nm³/min, P=50 kPa).
化学洗浄室*: 生産エリアの上に位置し、MBR システム用の酸、アルカリ、NaClO 用の 3 つの化学薬品貯蔵タンクが含まれています。
MBR 動作モード*: 膜プールは 8 分間の生産モードと 2 分間の空気洗浄モードで動作します。各プールは、10 分間の化学洗浄、15 分間の休止、5 分間の洗浄、8 分間のすすぎ、および 17 分間の休止を含む 1 時間ごとの CEB (オンライン クリーニング) を受けます。オフライン洗浄は 1 つの膜プールで毎週行われます。
MBR膜システムの問題点と原因
主な問題には、フラックスの減少/容量の減少/ファイバーの破損と目詰まり/洗浄の頻度と強度の増加が含まれます。理由としては次のようなものが挙げられます。
1. 膜が設計寿命に達する - 性能が低下し、流束と容量に影響を与える
2. 過剰な手動洗浄の頻度と強度 - により、繊維の破損や脱落が発生し、有効膜面積が減少します
3. 不可逆的なスケーリング、膜間圧力の増加 - が流束に影響を与える
4. 洗浄量の増加により - の有効稼働時間が減少し、生産能力が低下します
5. 早期のメンテナンス、不適切な洗浄 - は膜の劣化を悪化させます
ソリューション
1. 一般的なアプローチ
アップグレードでは、内部構造を変更し、現在のモジュールをより高流束の PVDF 限外濾過膜に置き換えながら、既存のカセットの寸法を維持します (<0.1 μm).
2. 設計計算
電流流束*: 各膜セルには、セルあたり 12,800 m² の膜面積を持つ 8 つのカセットがあり、電流流束の範囲は 7.8 ～ 15.6 L/(m²・h) です。
動作パラメータ*: システムは 8 分間オン/2 分間オフの動作を継続し、1 つの膜プールは毎日洗浄のためにオフラインになり、もう 1 つは 1 時間ごとにオンライン洗浄を受けます。容量目標を達成するには、片面あたりの膜の合計面積が少なくとも 140,800 m² で、流束要件が 13.6 ～ 22.7 L/(m²·h) である必要があります。
3. アップグレード計画
現在のモジュールをより高性能の膜に交換し、関連機器を更新し、元のカセット、配管、エアレーション構造を維持します。{0}新しいモジュールの最小光束要件は平均 18.2 L/(m²・h) で、期待寿命は 5 年、その期間内の破損率は 0.5% 未満です。
投資見積り
片側の改修（50,000 t/d）の推定投資額は 2,200 万人民元で、主な設備コストは現在の市場価格に基づいて見積もられます。
アップグレード後のパフォーマンスと最適化-
試運転後、アップグレードされたシステムは最大 60,000 m3/日、平均 52,000 m3/日の処理能力を達成し、設計要件を満たしました。最適化の取り組みには次のものが含まれます。
1. 洗浄ルーチンを、300 mg/L の水逆洗と化学逆洗の組み合わせに調整します。
2. 洗浄手順の変更: 毎日 2 分間の水逆洗。 CEBの場合、生産を停止し、15分間薬品を注入し、15分間エアレーションし、10分間水ですすぐ。
3. ファイバーの破損を防ぐため、手動によるクリーニングを最小限に抑えます。
4. エアスクラブの有効性を監視し、スラッジの蓄積を防ぐために空気流を調整します。
5. 後の段階での破片を減らすために前処理を強化します。
結論
1. プラントは、インフラストラクチャーを変更することなく、膜の総面積を増加させ、膜の性能を向上させることに成功しました。
2. アップグレード後、運用経験に基づいて最適化されたクリーニング手順とメンテナンス ルーチンが確立されました。-
3. MBR テクノロジーは高い排水品質とコンパクトなレイアウト設計を備えていますが、より高い動作要件によって制限される可能性があります。この事例は、膜システムのアップグレードを検討している他の顧客にとって参考になります。