MBR污水處理工藝及其設計探究

周洵平

（重慶遠達水務有限公司 重慶 400060）

1 概述

據悉，目前全國年排量約為350億立方米，截止2013年3月底，全國設市城市、縣累計建成城鎮污水處理廠3451座，形成了日污水處理能力1.19億立方米。目前，各地使用較多的污水處理工藝有A/B法、A/O法、階段曝氣沉淀池以及氧化塘等處理工藝。其中，膜生物反應器（Membranebioreactor,MBR）工藝因出水水質好、占地面積少、設備模塊化易管理等特點而備受學者關注，污水處理廠家紛紛采用。我國是自2002年起將膜生物反應器列為“863”重大科技項目后膜生物反應器開始大量被應用到污水處理及回用中。

2 MBR工藝概述

2.1 工藝原理

MBR是一種將膜分離技術和傳統活性污泥法結合起來的新型高效污水處理工藝，它是將MBR平片膜組件放置于曝氣池中，通過好氧曝氣池和生物處理后再由泵通過濾膜過濾后抽出。其中，膜組件是MBR中最主要的組成部分，相當于傳統生物處理系統中的二沉池，通過不斷的氧化污水中能夠被降解的有機物，而對于不能被降解有機物或無機物及污泥、懸浮物等由膜組件截留，實現對污水的凈化處理。

常見的膜組件有中空纖維式、管式、螺旋式和平板式幾種，其特性如表1 。

表1 各種膜組件特性[1]

2.2 工藝特點

2.2.1 出水水質穩定

MBR中由于有了膜組件的存在，活性污泥基本被截留在反應器中，出水中的懸浮固體濃度基本為零，而被膜組件截留后的生物反應器的污泥濃度甚至可以達40-50 g/L，極大地提高了對有機物的去除效率。經MBR處理后的生活污水，CODcr、氨氮的平均去除率在98%以上，出水氨氮濃度低于1 mg/L[2]。因此，經MBR處理后的污水大都可以直接排入河流或者用作綠化、景觀等。

2.2.2 污泥量少

相較于傳統的活性污泥法來說，MBR工藝解決了由于過長的污泥齡導致出水中懸浮固體增加的難題，因反應器內營養物質相對缺乏，微生物處在內源呼吸區而導致污泥產出率較低，產出量也很少，這一優點使許多小型污水處理廠和分散式的污水處理設施紛紛采用該種工藝。

2.2.3 工藝靈活，易管理

MBR工藝既可以作為污水處理廠改造升級所選工藝，也可以作為新建廠或擴大規模選擇，由于該種工藝設備緊湊占地面積少，備受那些用地受限的廠家選擇。此外，由于MBR工藝設備使用較少，便于實現一體化和自動化控制，操作和管理起來分廠方便，實現了HRT和SRT分離，運行更加穩定靈活。

3 MBR工藝設計

MBR工藝最關鍵的技術在于其微生物反應池與膜的分離裝置。

3.1 生物反應池設計

進水水質 CODcr為 100-450 mg/L，SS為 50-2000 mg/L，BOD5為 50-90 mg/L,NH3-N為 20-110mg/L，TN為 30-50mg/L，HRT為2.0-5.0 h，TP為3-5 mg/L時，系統運行保持穩定且對污染物處理效果良好。

生物反應器中微生物濃度X（污泥濃度）的理論計算公式為[2]：

其中，Ci——進水COD濃度；Ce——出水COD濃度；Csup——污泥上清液COD濃度。

3.2 膜組件設計[3]

膜組件在MBR工藝中起到至關重要的作用，膜組件面積的大小直接決定了膜組件使用量的多少。其有效面積計算公式：

其中，Q——流量，m3/h；F——超濾膜的通量

給出膜組件制造廠家的基本參數，便可以計算出所需要的膜組數：

其中，A——膜組件的有效面積；A 0——單個膜組件的有效面積。

其中，N——膜組件數；n——采用生物反應器n座；d——天在污水處理過程中涉及到反洗等操作，因此，需要綜合考慮水的利用率及其元件的停歇時間。

3.3 曝氣裝置設計

曝氣裝置既可以固定在池底，也可以與膜組件放置一起，曝氣管宜采用DN 20穿孔管，每組膜片間隙對應一路穿孔管，穿孔大小Φ3.2 mm，穿孔間距100 mm，相鄰兩路管穿孔位置交錯穿插，孔口做單排垂直向上。曝氣量的大小按照氣水比24:1即可，風機排風壓頭選型比最高液位高0.01 Mpa；風機出口設置泄氣閥，泄氣管口徑全開能卸掉70%的空氣量即可。MBR池DO控制最佳為2.5～5，正常液位約為3 ppm，在液位高低不同時，DO也會有變化，但不宜長時間超過5.0 ppm。

4 MBR工藝新發展

MBR作為一種新型高效的污水處理工藝，人們一直在拓展其處理工藝研究。目前，對于MBR與各種不同工藝相結合的研究較為普遍且深入，這也在一定程度上推動了MBR處理工藝創新的發展趨勢，例如：MBR與SBR（批式反應器）相結合，省卻了SBR工藝中的沉淀過程，對大腸桿菌和固體懸浮物去除效果良好；MBR與AUBF（升流式厭氧濾床）相結合，顯示出其對COD和氮具有很好的去除率，在處理高濃度有機物污水方面效果明顯；MBR與OD（氧化溝工藝）相結合，在處理污水中的COD和BOD方面效果顯著；MBR與HCR（高效生物反應器）相結合，對于二者工藝優勢實現了互補。

5 結語

我國水資源短缺，而且回收利用率不高，在此現實下背景通過對污水處理的工藝研究，尤其是關于中水回用方面的研究具有很好現實意義和實用價值。膜生物反應器作為一種能夠實現污水高效處理又能實現中水回用的新型高效污水處理技術，加強這一工藝的研究，對于不斷創新MBR工藝，并使之服務于現實生產也是實現科學發展的重要選擇之一。

[1]吳昊，歐陽峰.中水回用MBR工藝的研究[J].污染防治技術，2008,21（4）.

[2]Mu 11 er EB,Stouthamer AH,Verseveld HWvan,etal.Aerobicdomesticwastewatertreatmentinapilotplantwithcompletesludgeretentionbycrossfiowfiltration[J].Water Researeh,1995,29(4):1179-1189.

[3]熊麗芳，胡兆吉，王白楊等.膜生物反應器及其發展展望[J]江西化工，2005（1）.

[4]周亞琴.MBR污水處理工藝研究[J]延安大學學報（自然科學版），2009,28（4）.