青島某污水處理廠MBR膜生物反應器工程淺析

牟曉偉

（青島市團島污水處理廠，山東 青島 266002）

0 引言

隨著經濟的迅速發展以及城市化進程的加速，市政管網的逐步完善，區域污水量近年來逐年上升，青島某污水處理廠的實際進水量已滿負荷甚至超負荷運行。為此，青島該污水處理廠擬擴建4萬m3/d，擴建后處理規模達到20萬m3/d，峰值系數1.3，出水標準為準四類水體標準。設計進出水水質見表1。

表1 設計進出水水質

該廠采用“原廠減量+擴建MBR”工藝進行提標擴建。原MSBR系統由16萬m3/d減量至12萬m3/d，并于深度處理增加磁混凝沉淀池和臭氧氧化系統；新增8萬m3/dMBR膜處理工藝系統。該廠工藝流程見圖1。

本文結合實際工程，介紹了MBR工藝的特點、詳細設計參數、膜污染控制等方面的內容。

1 MBR工藝介紹

該工藝是近幾年才開始廣泛應用的新型污水處理工藝，它將膜過濾和生物反應器有機的結合在一起，發揮了單獨的生物反應器或單獨的膜過濾不能發揮的功能，對難降解有機污染物和懸浮物有一定的處理效果。傳統工藝的泥水分離采用沉淀池來實現的，而MBR工藝則采用膜分離工藝代替傳統的活性污泥法中的二沉池，起著把生物處理工藝所依賴的微生物從生物培養液（混合液）中分離出來的作用，從而微生物得以在生化反應池內保留下來，同時保證出水中含較少的微生物和其他懸浮物。MBR的最大特點就是可以將生物反應器中的水力停留時間和污泥齡完全分離，在較小停留時間的情況下保證很高的污泥齡，這為有機污染物、氮污染物的降解創造了有利條件。

MBR工藝特點是把專用的膜組件（見圖2）浸泡在混合液之中，在水泵的抽吸作用或者水位差的推動下把水（透過微孔膜）排到生化反應池之外，微生物、細胞和其他顆粒物被攔截在生化反應池之內。淹沒式MBR的最大特點是操作壓力特別低，跨膜阻力一般不超過50 kPa。MBR工藝采用低壓差、低滲透通量設計，膜表面的濃差極化作用弱，對膜表面的施加一定的擾動就能夠有效地延緩這個過程，通常的做法是在膜表面鼓氣，從而使膜表面接受氣液兩相的劇烈擾動。

目前已經投入大規模應用的MBR膜有PVDF材質的中空纖維膜和平板膜兩種，其中中空纖維膜，具有良好的透水性能、優異的膜機械強度、優良的膜化學穩定性，價格相對較低，適合用于大規模污水處理廠。

圖1 工藝流程圖

圖2 膜組件示意圖

在MBR工藝中，由于用膜組件代替了傳統活性污泥工藝中的二沉池，可以進行高效的固液分離，克服了傳統工藝中出水水質不夠穩定、污泥容易膨脹等不足，同時具有下列優點：

（1）MBR工藝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8～10 g/L。與傳統工藝相比，在達到同樣出水水質的情況下，MBR工藝容積負荷高，可節省生化池占地，占地面積可減少到傳統活性污泥法的1/3到1/5；

（2）膜生物反應器采用PVDF膜，其表面孔徑只有0.03～0.4 μm，能夠高效地進行固液分離，抗沖擊負荷能力強，出水水質優質穩定，懸浮物和濁度接近于零，對細菌和病毒也有很好的截留效果，出水可直接達到或高于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》中一級A標準，直接進行再生利用，省去活性污泥法中的常規深度處理工藝；

（3）由于膜的高效截留作用，可使微生物完全截留在生物反應器內，實現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；

（4）有利于增殖緩慢的微生物如硝化細菌的截留和生長，系統硝化效率得以提高。也可增長一些難降解有機物在系統中的水力停留時間，有效地將分解難降解有機物的微生物滯留在反應器內，有利于難降解有機物降解效率的提高；

（5）MBR工藝一般都在高容積負荷、低污泥負荷下運行，剩余污泥產量低，降低了污泥處理費用；

（6）可以實現完全的自動控制，操作管理方便，降低工人的勞動強度，也減少運行需要的人員；

（7）膜截留作用可使活性污泥與產水有效分離，因此MBR工藝啟動快，也不受污泥膨脹的影響，減少運行難度。

2 MBR工藝詳細設計

本工程擬新建MBR生物反應池一座，設計規模為8.0 m3/d。

2.1 A/A/O生物反應池

新建1座A/A/O生物反應池，設計規模8.0萬m3/d。

A/A/O生物反應池1座2池，有效水深9 m，總有效容積為61 667 m3，總停留時間18.5 h。

生物反應池主要由厭氧區、缺氧區、好氧區組成，其主要功能是去除污水中的有機污染物及氮、磷等污染物。

（1）厭氧區

使饑餓高效的活性污泥會快速吸附原水中的溶解性有機物，并對難降解的有機物起到良好的水解作用。同時，污泥中的磷在厭氧條件下得到有效的釋放，活性提高，為好氧條件污泥對磷的大量吸收作準備。

（2）缺氧區

厭氧區出水進入缺氧區，同時進入的還有好氧區的回流混合液。反硝化菌在缺氧的環境下，利用污水中的有機污染物作為碳源，將回流混合液中大量的硝態氮還原成氮氣，完成脫氮過程。與此同時，BOD5濃度下降。

（3）好氧區

缺氧區出水進入好氧區，同時進入的還有膜池的回流污泥。好氧區中大量繁殖的活性污泥微生物，降解和吸附水中有機污染物質，以達到凈化水質的目的，好氧區內設曝氣器。

（4）主要設計參數

設計規模：8萬m3/d；

總停留時間：18.5 h；

有效水深：9 m；

厭氧區停留時間：1.5 h；

缺氧區停留時間：10.5 h；

好氧區停留時間：6.5 h；

污泥濃度：6～8 g/L；

污泥產率：0.60 kgDS/kgBOD；

剩余污泥量：10 080 kg/d；

氣水比：6.8∶1；

污泥回流比：400%～500%；

好氧至缺氧混合液回流：200%～300%；

缺氧至厭氧混合液回流：100%～200%。

2.2 MBR膜池

新建1座MBR膜池，設計規模8萬m3/d。

MBR膜池是工藝的核心部分，主要為浸沒式膜組件。膜組件通過機械篩分、截流等作用對廢水和污泥混合液進行固液分離。大分子物質等被濃縮后返回生物反應器，從而避免了微生物的流失。生物處理系統和膜分離組件的有機組合，不僅提高了系統的出水水質和運行的穩定程度，還延長了難降解大分子物質在生物反應器中的水力停留時間，加強了系統對難降解物質的去除效果。

生物池經過最終的好氧出水后，進入MBR膜池，通過膜豐富的生物相、高污泥濃度以及膜的綜合作用，使污水得到進一步的凈化，通過MBR膜池工藝的處理過程，BOD、COD、氨氮、總氮、總磷進一步降解，并最終達到出水標準。

主要設計參數：

設計規模：8萬m3/d；

停留時間：1.5 h；

設計平均膜通量w:

膜通量：15 L/m2·h；

污泥濃度：10 g/L；

氣 水 比：10∶1；

老巴在急救室門口只坐了一會兒，醫生便走了出來。醫生平淡地說：“人已經完了。心肌梗死。”半小時后，阿里的母親便被送到了太平間。阿里的弟弟阿東趕到醫院時，老巴蹲在太平間門口，他已經悲傷得嗓子發不出聲音。羅四強和李麗紅都在勸他先回家去。

設計最低水溫：12℃；

設計最高水溫：30℃。

（1）設計參數選擇（見表2）

表2 設計參數

（2）膜吹掃風量

單個膜組器投影面積：2.2 m2；

膜組器個數：192套；

膜設計吹掃風量：90 Nm3/m2·h；

膜吹掃所需風量：202×192×90÷60=634 m2/min；

設備選型：多級離心風機，Q=212 m3/min，H=4.2 m，N=220 kW，4臺（3用1備）。

（3）產水抽吸泵

1個膜池廊道對1臺產水抽吸泵。

抽吸泵流量：

設備選型：Q=223 m3/h，H=10 m，N=11 kW，26臺（冷備2臺）

運行方式：運行7 min停1 min，每日運行21 h，設計流量變化系數為1.30。

（4）CIP反洗泵

每組膜片面積為1 520 m2

反洗水量每m2膜片3 L水量計算，每個膜組器配管容積0.12 m3

反洗水量：

按照反洗水泵15 min將藥液注入

反洗水泵流量

設備選型：Q=169 m3/h，H=11 m，N=7.5 kW，2臺（1用1備）

（5）反洗加藥量

a.次氯酸鈉加藥量

次氯酸鈉小洗：

藥液濃度500 mg/L，藥液用量3 L/m2，儲罐原藥液濃度為10%，需原藥液量

藥液15 min注入，10%次氯酸鈉密度按1.1 kg/L計算。清洗加藥泵量：

次氯酸鈉大洗

藥液濃度3 000 mg/L，藥液用量3 L/m2，儲罐原藥液濃度為10%，需原藥液量

藥液 15 min注入，10%次氯酸鈉密度按1.1 kg/L計算。清洗加藥泵量：

按次氯酸鈉大洗時用量選擇泵，因此次氯酸鈉加藥泵流量：Q=4 595 L/h，2臺（1用 1備），加變頻器和電磁流量計，實現在線小洗833 L/h的流量調節要求。

b.檸檬酸加藥量

藥液濃度8 000 mg/L，藥液用量3 L/m2，儲罐原藥液濃度為30%，需原藥液量

藥液15 min注入，30%次氯酸鈉密度按1.13 kg/L計算。清洗加藥泵量：

檸檬酸加藥泵流量：Q=3 976 L/h，2臺（1用1備），加變頻器和電磁流量計。

3 膜污染的控制

這一工藝中，膜污染控制是非常重要的。根據運行經驗，可以通過以下幾個方面進行膜污染控制：

（1）水質控制：去除污水中的粗大懸浮物，特別是纖維狀物質，以及石油類污染物。

工程設計中在污水進入生物池前需要采用格柵間隙為1 mm的超細格柵，實現加大顆粒物以及纖維狀污染物的去除；預處理中設置沉砂池去除石油類的污染物。

（2）合理設計：結合專業的系統制造商及供貨商實現MBR工藝膜池內膜組件的最優設計，力求簡練，最大限度方便運行管理和日常維護。

（3）優化水力條件：綜合考慮膜池過流斷面和曝氣方式，在膜池內形成良好的水力條件，保持膜面有良好的水力沖刷作用，控制活性污泥在膜面的黏附和沉積。

（4）優化膜組件運行方式：通常情況下膜組件的運行方式都是間歇出水，在膜組件停止出水期間可以進行反沖洗。另外運行中結合水質特點，合理確定進水、反沖洗的周期，可以減緩膜污堵的速率。同時運行中對膜組件的曝氣是連續的。

（5）設計中配備完善的在線清洗和化學清洗系統：要保持膜的透水性，必須做到按要求及時進行在線清洗和化學清洗，不能等膜完全堵塞后再行清洗，那時將會發現大量的膜面積已經很難得到有效的清洗，原因是藥液已經難以到達完全堵塞的那部分膜面積。

（6）配備必要的儀表，密切監控和記錄膜的運行狀況。

4 結語

MBR是近幾年才開始廣泛應用的新型污水處理工藝，MBR工藝容積負荷高，可節省生化池占地，在目前提標改造工程中具有比較明顯的優勢。本文結合實際工程，對MBR工藝進行了詳細介紹，對目前污水處理廠提標擴建具有一定的指導意義。