MBR工藝在中水回用中的應用

摘要：文章主要通過對MBR工藝特點的介紹，結合工程實例探討了中水回用MBR工藝的技術在工程中的可行性，歸納了MBR工藝技術上的優點。作為新型中水回用技術的MBR工藝，其發展前景廣闊，而且經濟、環境效益及社會效益顯著。

關鍵詞：MBR；膜生物反應器；中水回用；生活污水

1 引 言

膜生物反應器（Membrane Biological Reactor，簡稱MBR）技術，是膜分離技術與生物技術有機結合的新型水處理技術。它通過膜的分離技術，大大強化了生物反應器的功能，具有設計操作簡單、出水水質良好、占地較小等諸多優點，尤其適用于城市高層建筑和住宅小區生活污水的再生利用。

2 MBR工藝介紹

2.1 MBR 工藝的組成

通常提到的膜生物反應器實際上是三類反應器的總稱：

①曝氣膜生-物反應器 ；

②萃取膜-生物反應器；

③固液分離型膜-生物反應器 ；

其中固液分離型膜生物反應器是在水處理領域中研究得最為廣泛深入的一類膜生物反應器，是一種用膜分離過程取代傳統活性污泥法及接觸氧化法中二次沉淀池的水處理技術。

2.2 固液分離型膜-生物反應器的應用

在傳統的廢水生物處理技術中，泥水分離是在二次沉淀池中依靠重力作用完成的，其分離效率依賴于活性污泥的沉降性能。而污泥的沉降性取決于曝氣池的運行狀況，改善污泥沉降性必須嚴格控制曝氣池的操作條件，這限制了該方法的適用范圍。系統在運行過程中還產生了大量的剩余污泥，其處置費用占污水處理廠運行費用的25%～40%。針對上述問題，MBR 將分離工程中的膜分離技術與傳統廢水生物處理技術有機結合，大大提高了固液分離效率，并且由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中特效菌（特別是優勢菌群）的出現，提高了生化反應速率。MBR 反應池內活性污泥濃度可高達 8000～l0000mg/L，污泥BOD 負荷率低，一般為 0.05～0.1kgBOD/kgMLSS.d ，污泥處于減速增長后期和內源呼吸前期，污水中的有機物能夠得到徹底有效的降解。同時通過降低 F/M 比減少剩余污泥產生量（甚至為零），從而基本解決了傳統活性污泥法存在的許多突出問題。反應器膜孔徑一般為 0. 1～0.02 u m，小于細菌的直徑，屬于微濾膜的范圍，能有效去除水中的細菌，可視為隔離除菌的一種手段，減少了后續投加的消毒藥劑量，且其出水中懸浮物和濁度接近于零。

膜生物反應器主要由膜分離組件及生物反應器兩部分組成。MBR 工藝中用膜一般為微濾膜（MF） 和超濾膜 （UF），大都采用 0.1～0.4 u m 膜孔徑，這對于固液分離型的膜反應器來說已經足夠。為了便于工業化生產和安裝，提高膜的工作效率，在單位體積內實現最大的膜面積，通常將膜以某種形式組裝在一個基本單元設備內，在一定的驅動力下，完成混合液中各組分的分離，這類裝置稱為膜組件 。工業上常用的膜組件形式有五種： 板框式 、螺旋卷式、圓管式、 中空纖維式 和毛細管式。MBR工藝中常用的膜組件形式有： 板框式、圓管式和中空纖維式膜組件。

2.3 膜生物反應器的分類

根據膜組件和生物反應器的組合方式， 可將膜生物反應器分為：分置式、一體式以及復合式三種基本類型。

分置式膜生物反應器把膜組件和生物反應器分開設置，如圖1 所示。生物反應器中的混合液經循環泵增壓后打至膜組件的過濾端，在壓力作用下混合液中的液體透過膜，成為系統處理水；固形物、大分子物質等則被膜截留，隨濃縮液回流到生物反應器內。分置式膜生物反應器的特點是運行穩定可靠，易于膜的清洗、更換及增設；而且膜通量普遍較大。但一般條件下為減少污染物在膜表面的沉積，延長膜的清洗周期，需要用循環泵提供較高的膜面錯流流速，水流循環量大、動力費用高，并且泵的高速旋轉產生的剪切力會使某些微生物菌體產生失活現象。

一體式膜生物反應器是把膜組件置于生物反應器內部，如圖2 所示。進水進入膜生物反應器，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，再在外壓作用下由膜過濾出水。 這種形式的膜生物反應器由于省去了混合液循環系統，并且靠抽吸出水， 能耗相對較低； 占地較分置式更為緊湊，近年來在水處理領域受到了特別關注。 但是一般膜通量相對較低， 容易發生膜污染，膜污染后不容易清洗和更換。

復合式膜生物反應器在形式上也屬于一體式膜生物反應器，所不同的是在生物反應器內加裝填料，從而形成復合式膜生物反應器，改變了反應器的某些性狀，如圖3 所示：

3 工程實例

3.1設計水量及水質

某工程為某大學學生宿舍中水回用工程。學生宿舍現有13600人，校園道路灑水和沖洗日用水100t、花草樹木澆灌日用水100t。中水水源為該宿舍區生活污水，日處理量為 2000t。回用水用途：學生宿舍沖廁、衛生間清潔、校園花草樹木澆灌、校園道路灑水和沖洗。

經取樣及參考類似工程經驗，確定水質情況見表1。

出水水質達到《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB/T18920-2002）要求。

3.2水處理工藝設計

3.2.1 工藝流程

該工程采用一體式膜生物反應器，系統流程如圖4 所示。校區的生活污水經格柵去除漂浮物之后進入調節池，調節池主要起水量調節及水質均衡的作用。再由設置在調節池內的污水泵抽升至膜生物反應池中進行有效、徹底的生物降解以獲得優質的出水，為防止膜污染 ，膜過濾以“運行 l0min，停2min”間歇抽吸方式進行。膜濾出水進入清水池備用，為使出水更安全可靠，采用NaClO 對水進行消毒 ，這時水已完全達到了中水使用標準。MBR系統正常運行狀態下，不會產生臭氣且產生污泥量極少，因此通過污泥泵抽至吸泥車外運方式每年排泥 1～2 次。

3.2.2 主要設備和構筑物設計參數

處理構筑物采用鋼筋混凝土池體，構筑物及設備的說明如下：

（1） 格柵井

為防止大塊污物進入調節池內，在水進入調節池前設置格柵1座，池體規格為：L×B×H=1.50m×l.50m×l.50m。池內主體設備為粗細格柵兩道，柵條間隙分別為10mm 及 5mm。

（2） 調節池

格柵后設調節池1座，水力停留時間（HRT）為 4h，有效容積為400m3。池體規格為： L×B×H=30.00m×5.00m×3.00m。池內主體設備為2臺潛水排污泵。

（3） 膜生物反應池

調節池后設膜生物反應池一座，水力停留時間（HRT）為8h，有效容積是800m3，池體規 格為：L×B×H =30.00m×l0.00m×3.00m。設計參數：混合液懸浮固體濃度 MLSS=6000～8000mg/L，氣水比=25～30∶1。主體設備：膜組件、膜架、自吸泵、2 臺羅茨風機、曝氣管、7臺自吸泵。

（4） 清水池

該池停留時間 （HRT） 為 4h，有效容積為400m3，數量為1座 ，池體規格 ：L×B×H= 30.00m×5.00m×3.00m。主體設備：NaClO 消毒劑投加裝置1套，變頻恒壓供水系統， 供水系統包括三臺供水泵（兩用一備）和變頻控制柜。

3.3中水處理站設計

中水處理構筑物占地面積約 650m2，為地下式，鋼筋混凝土結構。設備間占地面積約 130m2，磚混結構，建于地下構筑物之上，高度為 4.0m，站內設排水溝、進風口、排風口及采暖設施。墻面粉刷白色乳膠漆，設備間采用日光燈照明，亮度不低于200LX，站內預留用電插座及空調插座；設備間內用電負荷為150kW（380V三相五線），預留電源。中水站旁設市政自來水管，以備清洗膜組件時使用。

4 結束語

通過該工程實例可以看出MBR工藝與傳統的污水處理工藝相比有以下顯著特點：

（1）可以采用較高污泥濃度，大幅減少占地面積；低污染負荷，有利于水中有機物質得到徹底降解。

（2）可以截留硝化菌，通過程序控制 ，使硝化反應得以順利進行，有效地去除氨氮。

（3）不必考慮污泥的沉降性能和擔心污泥的流失，能夠保證其在低污泥負荷下進行。

（4）實現水力停留時間 （HRT） 和污泥停留時間（SRT）的完全分離，可以截留一時難于降解的大分子有機物，延長其在反應器內的停留時間，使之得到最大限度的氧化分解。

（5）出水水質好且穩定。

（6）自動化程度高，系統全部實現PLC集中控制，維護管理方便。

（9 比使用傳統生物處理工藝節省消毒劑用量。

中水回用作為解決城市水資源危機的重要途徑，是協調城市水資源與水環境的根本出路， 不僅在技術上是可行的，而且還能創造相當良好的環境效益和社會效益。