膜生物反應器（MBR）運行及節能分析

黎 俊（重慶市環境保護工程設計研究院有限公司深圳分公司 廣東深圳 518055）

膜生物反應器（MBR）運行及節能分析

黎 俊
（重慶市環境保護工程設計研究院有限公司深圳分公司 廣東深圳 518055）

污水處理中會出現污泥膨脹的情況，污泥膨脹導致出水水質變差。本文通過實驗研究了污泥膨脹時膜生物反應器的膜污染影響因素及降低膜生物反應器節約能耗對策。

膜生物反應器；污泥膨脹；膜污染；節能分析

膜生物反應器（MBR）是基于活性污泥法上改進的一種處理污水的新技術。自20世紀60年代開始研究膜反應器技術，到80年代后期研究出了多種膜生物反應器。目前這種技術已被廣泛應用于各類污水的處理中。它是利用膜的高效分離特性來分離泥水混合物，膜具有的高效截留作用可以將活性污泥截留在其中，即使在高負荷進水的情況下，膜生物反應器中也可以保持足夠的污泥濃度，保證系統的正常運行[1]。

1 膜生物反應器的特點

MBR系統比起傳統的活性污泥系統有以下幾個特點：

1.1 分離懸浮固體能力高，能夠最大限度的把活性污泥截留在反應器中。傳統活性污泥法MLSS最大能達到大約5g/L，而膜生物反應器的MLSS最高能夠達約20g/L，較高的MLSS可以使得MBR系統對有機物的去除效果比傳統的活性污泥法更好[2]。

1.2 MBR處理廢水成本低于傳統活性污泥法。傳統活性污泥法中的污泥產量高而濃度相對較低，導致處置剩余污泥的費用較高，一般可占處理廢水總成本的一半。在F/M較低的條件下，MBR污泥產量遠遠低于傳統法，處置剩余污泥廢用遠遠低于傳統法，降低了整體處理廢水的成本。

1.3 污泥停留時間長，提高了脫氮除磷效果。MBR系統延長了活性污泥的停留時間，使得世代時間較長的硝化菌和亞硝化菌留在生物反應器中的時間延長，故MBR的脫氮除磷效果得到提高。

1.4 無需設置二沉池，節省占地面積。MBR系統的反應器比傳統活性污泥法體積小，占地面積小，便于推廣使用。

1.5 MBR系統的缺點是較難克服膜污染，它比傳統活性污泥法的阻力大，透水率低，對處理水的效率影響較大，這點是限制MBR法廣泛應用的一個主要原因。

2 活性污泥膨脹

活性污泥是由各種有生命活力的微生物組成的絮狀污泥。這些微生物代謝生長過程中會在細胞壁外面產生粘液層，當廢水與其接觸時，粘液層會吸附廢水中的有機物，在生物酶的催化作用下微生物將有機污染物代謝并轉化為自身生長繁殖所需的營養物質來吸收并貯存在體內。當系統運行不正常時污泥中會大量出現絲狀菌，導致菌膠團消失，發生絲狀膨脹；另一種情況是菌膠團的過量生長，產生大量粘性物質，導致污泥虛體下沉和壓縮過程受到阻礙。這種發生非絲狀膨脹也是污泥沉降性能變差的表現[3]。

評價污泥沉降性能和污泥膨脹的常用指標有以下幾種：

2.1 污泥沉降比

污泥沉降比又叫做30min沉降率，用SV表示。SV是指在量筒中將混合液靜置30min后沉淀污泥所占原污泥的容積百分比，單位是%。SV能夠不僅直接地反映污泥沉降性能而且測定方法較為簡單，故SV成為常用來評價污泥的指標之一。

2.2 污泥容積指數(SVI)

SVI是指混合液靜置30min之后，沉淀污泥中1克干污泥所占的容積，單位是mL，計算公式如下：

SVI值可以反映活性污泥的絮凝和沉淀性質。在這篇文章中，污泥容積指數（SVI）也被用來作為評價活性污泥沉降性能好壞的指標。污泥發生污泥膨脹時，污泥的沉降性能會下降，菌膠團細菌產生大量的胞外聚合物（EPS），當菌膠團細菌發生非絲狀菌污泥膨脹時，就會大量產生EPS，而這些胞外聚合物水分含量高粘度顯著，使污泥沉降性能惡化，如果不能解決這種情況，就會對膜產生污染。

3 試驗裝置

實驗裝置及工藝流程圖如圖1：

供給微生物分解污水中有機物所需的氧氣試驗中的膜組件是由天津膜天膜科技有限公司生產的聚偏氟乙烯（PVDF）中的一種簾式空纖維膜，其組件和參數見表1。

表1 實驗中膜的組件參數

實驗采用污水處理廠的污泥接種，濃度約為5000mg/L。在污泥馴化階段，使用10L/h的恒流出水，氣水比是40:1，抽吸時間比為12:3。每組實驗結束后都要重新馴化污泥。實驗用水是用人工配水模擬盥洗廢水，其進水COD約為300mg/L；BOD和氨氮含量分別是BOD:N為100:5、100:3和100:1。

4 結論

通過實驗得出影響膜過濾分離的主要因素及降低能耗對策：

4.1 曝氣池中混合液的性質會影響混合液與膜表面的作用效果。而曝氣池中混合液性質與膜生物反應器的運行條件有關。所以運行操作參數直接影響著膜生物反應器的狀況。

4.2 膜過濾運行的工作參數，如膜面流速、膜通量、抽吸時間等對膜生物反應器的運行有重要影響，膜表面的循環流速通過膜曝氣強度控制。換氣量增加可以提高膜表面的循環流速。膜通量這個參數決定了膜表面凝膠層的形成速度和形成質量，對生物反應器中活性污泥的沉積性能也會產生影響。膜生物反應器運行中抽吸時間和停抽時間的設置也會影響生物反應器中物質交換與反應。本試驗研究在膜生物反應器中污泥膨脹情況下，各運行操作條件對膜生物反應器中膜過濾分離情況的影響。具體影響參數應進一步在實際工作條件中實驗研究得出。

4.3 通過流量控制的方式影響膜的面積、加強預處理、優化MBR污泥的回流系統，以達到降低能耗目標。

[1]王彬.膜生物反應器（MBR）在污泥膨脹情況下運行狀況的分析.天津大學，2005(12).

[2]孟凡剛.膜生物反應器膜污染行為的識別與表征.大連理工大學,2007(01).

[3]林紅軍,陸曉峰,段偉,沈飛.膜生物反應器中膜過濾特征及膜污染機理的研究.環境科學.2006(12).

黎俊（1985—），男，本科，漢族，廣東清遠人，助理工程師。主要從事環境監理和環境咨詢工作。