污水處理廠MBR工藝的應用分析

胡小佳

（湖南省建筑設計院，湖南 長沙 410000）

膜-生物反應器（Membrane Bio-Reactor,MBR）是一種將膜分離技術與傳統污水生物處理工藝有機結合的新型高效污水處理與深度處理回用工藝，近年來在國際水處理技術領域日益得到廣泛關注，在國內再生水處理工程中也得到了較大的推廣和應用。MBR工藝的工作原理：根據生物處理的工藝要求，建有三個生物反應區（池），分為厭氧區（除磷）、缺氧區（反硝化池）、好氧區（硝化池）。膜組件浸沒于好氧區內，各區之間通過潛水推進器（水泵）來循環混合液。通過厭氧、缺氧、好氧實現有機物消除及脫氮除磷功能此后借助MBR膜（膜的孔徑≤0.4μm），針對已經凈化后的水以及活性污泥，實施相應的固液分離。因為膜中高效固液分離，能夠提高出水水質，這時的懸浮物和濁度均會趨近于零，同時還能夠截流大腸桿菌等生物，通過這種方式，確保生物多樣性。為了對膜進行持續穩定的使用，可以在膜的下方位置，通過一定強度的錯流空氣，對膜進行適當的抖動，不但能夠為生物氧化提供氧氣，同時還能夠確保活性污泥不會附著在膜的表面位置。

1 MBR工藝特點

（1）膜生物反應器采用微濾膜，能夠高效地進行固液分離，出水水質標準高，品質穩定，懸浮物和濁度較低，可直接回用。

（2）膜的高效截流作用，使微生物完全截流在反應器內，實現了反應器水力停留時間（HRT）和污泥齡（SRT）的完全分離，使運行控制更加靈活穩定。

（3）解決了傳統活性污泥法造成的沉淀部分對最大生物濃度的限制，反應器內的微生物濃度高，是傳統方法的2～3倍，達8000～10000毫克/升，對水質水量的變化適應力強，耐沖擊負荷強。

（4）有利于增殖緩慢的硝化細菌及其它細菌的截流、生長和繁殖，系統硝化效率、COD去除率等各項指標得以提高，反應時間也大大縮短；同時大的有機物被截留在池內，保證其被繼續降解。

（5）膜分離使污水中的大分子難降解成分，在體積有限的生物反應器內有足夠的停留時間，有利于專性菌的培養，大大提高了難降解有機物的降解效率、COD去除率高。

（6）模塊化設計易于擴容。

（7）系統采用PLC控制，可實現全程自動化控制，運行管理方便。

（8）膜抗污染性強，易清洗，適于污水處理。化學性能穩定，抗氧化性強，可采用常用氧化性藥劑清洗。

（9）污泥齡長，膜分離使污水中的大分子難降解成分在生物反應器內有足夠的停留時間。反應器在高容積負荷、低污泥負荷、長泥齡條件下運行，剩余污泥排放量不到傳統方法的50%。

圖1 典型MBR工藝流程圖（市政污水）

（10）容積負荷高，占地少。啟動快，不受污泥膨脹的影響。圖1為典型MBR工藝流程圖。

2 MBR工藝主要技術的應用以及經濟質保統計

本研究對我國湖南省某污水處理廠提質改造暨中水回用示范工程設計參數及具體運行情況等進行研究，結果顯示，當該工程運行正常情況下，處理廠的出水水質可以滿足設計的《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）IV類標準。

2.1 工程概況及主要技術指標

該污水處理廠處理規模為14×104m3/d。將現狀三索式50mm格柵除污機改為20mm格柵；將現狀15mm循環式齒耙除污機改為5mm格柵；將現狀6mm回轉式格柵改為3mm孔板；將原污泥回流泵房改造為膜格柵間，格柵孔徑1mm。對原有的氧化溝進行改造為厭氧—缺氧池，厭氧區停留時間0.8h，缺氧池停留時間2.9h。將原有的二沉池拆除后新建好氧池（膜池）、鼓風機房。好氧池停留時間為2.4h，膜池停留時間為1.5h。生化段總停留時間為7.6h。該處理廠的處理效果穩定，出水生化指標優于傳統的活性污泥法，懸浮物指標較低，已經達到了地表水IV類標準，處理后的污水經消毒后可以將其用作景觀補水。表1為湖南某污水處理廠二期年均進出水水質指標。

表1 湖南某污水處理廠二期年均進出水水質指標

2.2 主要經濟指標

該污水處理廠為提質改造項目（以下簡稱為X廠），為更好的了解MBR工藝的經濟指標，選取另外兩個擴建工程與本工程進行對比（以下簡稱為S廠及M廠）。

表2 各廠基建和能耗分析

從表2可以看出，MBR工藝的工程投資及能耗較高，若為提質改造工程，其工程費用約1000元/m3/d污水。若為擴建工程，則工程費用達3300～4300元/ m3/d污水，其電耗也遠高于傳統的污水處理工藝電耗（一級A標準出水電耗通常為 0.3·0.5kW·h/m3。

2.3 MBR工藝消毒處理方式的選擇

MBR工藝出水若要進行回用，需對水中細菌進行控制，防止其進一步繁殖，因此需要對水進行適當的消毒處理。對污水進行消毒主要采用兩種方式，分別為物理方式和化學方法。物理方法主要為紫外線消毒方式，化學方式主要是借助不同類型的化學藥劑進行消毒，當前被廣泛應用的主要有氯及二氧化氯、臭氧等。由于紫外線消毒及臭氧消毒的持續性不佳，污水廠采用哪種消毒方式，還取決于污水處理廠尾水的用途。在《城市污水再生利用·分類》系列標準里規定：污水再生利用作為城市雜用水、景觀環境補水、工業用水、綠地灌溉用水時，其接觸30min后及管網末端水中的總余氯有不同要求。

在氯消毒劑當中，其中二氧化氯中的含氯量最高，其產生的消毒效果也最好。對此，大多使用二氧化氯進行消毒。但是，二氧化氯發生器應用過程中，存在不穩定情況，對二氧化氯進行制取，所應用的材料當中，鹽酸屬于一種危險化學品，對該種化學品進行采購、儲存和保管等工作均具有一定難度，因此都采用的是現場制備，同時需要采取一定措施例如泄漏報警等。

2.4 MBR工藝中污泥和固體廢棄物處理

在對污水進行處理過程中，會產生大量副產品，如污泥。處理廢水后，需對污泥進行進一步處理，主要目的在于，對污泥中的有毒有害物質進行進一步消除，避免出現二次污染。孫寶盛在實驗室對比研究了MBR工藝和傳統活性污泥法污泥過濾阻力差異，結果表明，MBR工藝污泥混合液的過濾阻力達到傳統活性污泥法阻力的2～3倍。劉吉寶等以北京某大型污水處理廠A2O工藝和A2O—MBR工藝污泥脫水為對象，采用離心脫水機進行脫水，研究發現A2O—MBR脫水電耗及絮凝劑成本高于A2O工藝。A2O—MBR工藝的污泥脫水絮凝劑成本為204.76元/t，用電成本為231.61元/t。A2O工藝污泥脫水絮凝劑成本為175.00元/t，用電成本為84.86元/t，推測其原因是A2O—MBR工藝中離心脫水機的運行扭矩及差速高于A2O工藝。

2.5 MBR工藝噪音控制

在中水處理站中，產生噪聲的聲源有鼓風機、水泵等方面的動力設備，可以借助以下方案適當降低噪音。設備選型中，可以選擇具有低噪音源的動力設備，始終保持動力設備處于正常運行狀態下，從源頭上降低噪音。在具體施工過程中，在風機進出口位置設置相應消音器，通過這種方式降低噪音。對該風機進行具體安裝時，可以使用邊境管道對其進行適當的連通，從而促使供氣氣管的氣流速度被降低。同時還需要在該設備的底部位置，設置相應的柔性接頭，同時安裝隔震墊，降低運行時的噪聲。

3 結語

MBR工藝的使用主要是建立在經典A2/O工藝上的，該工藝具備MBR的多樣性生物相、固液分離效果好等特點，此外還具備較強的生物脫氮功能。該系統運行穩定可靠，操作起來簡單，但是設備費用及運行費用較高，適宜現狀污水處理廠提標改造、污水處理廠用地極為緊張、出水水質要求高的情況，由于其流程短、布局緊湊等優點，尤其適用于地埋式污水處理廠。