青島某污水處理廠MBR膜生物反應(yīng)器工程淺析

牟曉偉

（青島市團(tuán)島污水處理廠，山東 青島 266002）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展以及城市化進(jìn)程的加速，市政管網(wǎng)的逐步完善，區(qū)域污水量近年來(lái)逐年上升，青島某污水處理廠的實(shí)際進(jìn)水量已滿(mǎn)負(fù)荷甚至超負(fù)荷運(yùn)行。為此，青島該污水處理廠擬擴(kuò)建4萬(wàn)m3/d，擴(kuò)建后處理規(guī)模達(dá)到20萬(wàn)m3/d，峰值系數(shù)1.3，出水標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)四類(lèi)水體標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

該廠采用“原廠減量+擴(kuò)建MBR”工藝進(jìn)行提標(biāo)擴(kuò)建。原MSBR系統(tǒng)由16萬(wàn)m3/d減量至12萬(wàn)m3/d，并于深度處理增加磁混凝沉淀池和臭氧氧化系統(tǒng)；新增8萬(wàn)m3/dMBR膜處理工藝系統(tǒng)。該廠工藝流程見(jiàn)圖1。

本文結(jié)合實(shí)際工程，介紹了MBR工藝的特點(diǎn)、詳細(xì)設(shè)計(jì)參數(shù)、膜污染控制等方面的內(nèi)容。

1 MBR工藝介紹

該工藝是近幾年才開(kāi)始廣泛應(yīng)用的新型污水處理工藝，它將膜過(guò)濾和生物反應(yīng)器有機(jī)的結(jié)合在一起，發(fā)揮了單獨(dú)的生物反應(yīng)器或單獨(dú)的膜過(guò)濾不能發(fā)揮的功能，對(duì)難降解有機(jī)污染物和懸浮物有一定的處理效果。傳統(tǒng)工藝的泥水分離采用沉淀池來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而MBR工藝則采用膜分離工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的活性污泥法中的二沉池，起著把生物處理工藝所依賴(lài)的微生物從生物培養(yǎng)液（混合液）中分離出來(lái)的作用，從而微生物得以在生化反應(yīng)池內(nèi)保留下來(lái)，同時(shí)保證出水中含較少的微生物和其他懸浮物。MBR的最大特點(diǎn)就是可以將生物反應(yīng)器中的水力停留時(shí)間和污泥齡完全分離，在較小停留時(shí)間的情況下保證很高的污泥齡，這為有機(jī)污染物、氮污染物的降解創(chuàng)造了有利條件。

MBR工藝特點(diǎn)是把專(zhuān)用的膜組件（見(jiàn)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(dòng)下把水（透過(guò)微孔膜）排到生化反應(yīng)池之外，微生物、細(xì)胞和其他顆粒物被攔截在生化反應(yīng)池之內(nèi)。淹沒(méi)式MBR的最大特點(diǎn)是操作壓力特別低，跨膜阻力一般不超過(guò)50 kPa。MBR工藝采用低壓差、低滲透通量設(shè)計(jì)，膜表面的濃差極化作用弱，對(duì)膜表面的施加一定的擾動(dòng)就能夠有效地延緩這個(gè)過(guò)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(dòng)。

目前已經(jīng)投入大規(guī)模應(yīng)用的MBR膜有PVDF材質(zhì)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(yōu)異的膜機(jī)械強(qiáng)度、優(yōu)良的膜化學(xué)穩(wěn)定性，價(jià)格相對(duì)較低，適合用于大規(guī)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(tǒng)活性污泥工藝中的二沉池，可以進(jìn)行高效的固液分離，克服了傳統(tǒng)工藝中出水水質(zhì)不夠穩(wěn)定、污泥容易膨脹等不足，同時(shí)具有下列優(yōu)點(diǎn)：

（1）MBR工藝解決了傳統(tǒng)活性污泥法造成的沉淀部分對(duì)最大生物濃度的限制，反應(yīng)器內(nèi)的微生物濃度高是傳統(tǒng)方法的2～3倍，達(dá)8～10 g/L。與傳統(tǒng)工藝相比，在達(dá)到同樣出水水質(zhì)的情況下，MBR工藝容積負(fù)荷高，可節(jié)省生化池占地，占地面積可減少到傳統(tǒng)活性污泥法的1/3到1/5；

（2）膜生物反應(yīng)器采用PVDF膜，其表面孔徑只有0.03～0.4 μm，能夠高效地進(jìn)行固液分離，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，出水水質(zhì)優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定，懸浮物和濁度接近于零，對(duì)細(xì)菌和病毒也有很好的截留效果，出水可直接達(dá)到或高于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，直接進(jìn)行再生利用，省去活性污泥法中的常規(guī)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(yīng)器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器水力停留時(shí)間（HRT）和污泥齡（SRT）的完全分離，使運(yùn)行控制更加靈活穩(wěn)定；

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

（5）MBR工藝一般都在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷下運(yùn)行，剩余污泥產(chǎn)量低，降低了污泥處理費(fèi)用；

（6）可以實(shí)現(xiàn)完全的自動(dòng)控制，操作管理方便，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，也減少運(yùn)行需要的人員；

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

2 MBR工藝詳細(xì)設(shè)計(jì)

本工程擬新建MBR生物反應(yīng)池一座，設(shè)計(jì)規(guī)模為8.0 m3/d。

2.1 A/A/O生物反應(yīng)池

新建1座A/A/O生物反應(yīng)池，設(shè)計(jì)規(guī)模8.0萬(wàn)m3/d。

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

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

（1）厭氧區(qū)

使饑餓高效的活性污泥會(huì)快速吸附原水中的溶解性有機(jī)物，并對(duì)難降解的有機(jī)物起到良好的水解作用。同時(shí)，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(duì)磷的大量吸收作準(zhǔn)備。

（2）缺氧區(qū)

厭氧區(qū)出水進(jìn)入缺氧區(qū)，同時(shí)進(jìn)入的還有好氧區(qū)的回流混合液。反硝化菌在缺氧的環(huán)境下，利用污水中的有機(jī)污染物作為碳源，將回流混合液中大量的硝態(tài)氮還原成氮?dú)?，完成脫氮過(guò)程。與此同時(shí)，BOD5濃度下降。

（3）好氧區(qū)

缺氧區(qū)出水進(jìn)入好氧區(qū)，同時(shí)進(jìn)入的還有膜池的回流污泥。好氧區(qū)中大量繁殖的活性污泥微生物，降解和吸附水中有機(jī)污染物質(zhì)，以達(dá)到凈化水質(zhì)的目的，好氧區(qū)內(nèi)設(shè)曝氣器。

（4）主要設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)計(jì)規(guī)模：8萬(wàn)m3/d；

總停留時(shí)間：18.5 h；

有效水深：9 m；

厭氧區(qū)停留時(shí)間：1.5 h；

缺氧區(qū)停留時(shí)間：10.5 h；

好氧區(qū)停留時(shí)間：6.5 h；

污泥濃度：6～8 g/L；

污泥產(chǎn)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(shè)計(jì)規(guī)模8萬(wàn)m3/d。

MBR膜池是工藝的核心部分，主要為浸沒(méi)式膜組件。膜組件通過(guò)機(jī)械篩分、截流等作用對(duì)廢水和污泥混合液進(jìn)行固液分離。大分子物質(zhì)等被濃縮后返回生物反應(yīng)器，從而避免了微生物的流失。生物處理系統(tǒng)和膜分離組件的有機(jī)組合，不僅提高了系統(tǒng)的出水水質(zhì)和運(yùn)行的穩(wěn)定程度，還延長(zhǎng)了難降解大分子物質(zhì)在生物反應(yīng)器中的水力停留時(shí)間，加強(qiáng)了系統(tǒng)對(duì)難降解物質(zhì)的去除效果。

生物池經(jīng)過(guò)最終的好氧出水后，進(jìn)入MBR膜池，通過(guò)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(jìn)一步的凈化，通過(guò)MBR膜池工藝的處理過(guò)程，BOD、COD、氨氮、總氮、總磷進(jìn)一步降解，并最終達(dá)到出水標(biāo)準(zhǔn)。

主要設(shè)計(jì)參數(shù)：

設(shè)計(jì)規(guī)模：8萬(wàn)m3/d；

停留時(shí)間：1.5 h；

設(shè)計(jì)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(mén)口只坐了一會(huì)兒，醫(yī)生便走了出來(lái)。醫(yī)生平淡地說(shuō)：“人已經(jīng)完了。心肌梗死。”半小時(shí)后，阿里的母親便被送到了太平間。阿里的弟弟阿東趕到醫(yī)院時(shí)，老巴蹲在太平間門(mén)口，他已經(jīng)悲傷得嗓子發(fā)不出聲音。羅四強(qiáng)和李麗紅都在勸他先回家去。

設(shè)計(jì)最低水溫：12℃；

設(shè)計(jì)最高水溫：30℃。

（1）設(shè)計(jì)參數(shù)選擇（見(jiàn)表2）

表2 設(shè)計(jì)參數(shù)

（2）膜吹掃風(fēng)量

單個(gè)膜組器投影面積：2.2 m2；

膜組器個(gè)數(shù)：192套；

膜設(shè)計(jì)吹掃風(fēng)量：90 Nm3/m2·h；

膜吹掃所需風(fēng)量：202×192×90÷60=634 m2/min；

設(shè)備選型：多級(jí)離心風(fēng)機(jī)，Q=212 m3/min，H=4.2 m，N=220 kW，4臺(tái)（3用1備）。

（3）產(chǎn)水抽吸泵

1個(gè)膜池廊道對(duì)1臺(tái)產(chǎn)水抽吸泵。

抽吸泵流量：

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

運(yùn)行方式：運(yùn)行7 min停1 min，每日運(yùn)行21 h，設(shè)計(jì)流量變化系數(shù)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(jì)算，每個(gè)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(shè)備選型：Q=169 m3/h，H=11 m，N=7.5 kW，2臺(tái)（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(chǔ)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(jì)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(chǔ)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(jì)算。清洗加藥泵量：

按次氯酸鈉大洗時(shí)用量選擇泵，因此次氯酸鈉加藥泵流量：Q=4 595 L/h，2臺(tái)（1用 1備），加變頻器和電磁流量計(jì)，實(shí)現(xiàn)在線小洗833 L/h的流量調(diào)節(jié)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(chǔ)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(jì)算。清洗加藥泵量：

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

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(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，可以通過(guò)以下幾個(gè)方面進(jìn)行膜污染控制：

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

工程設(shè)計(jì)中在污水進(jìn)入生物池前需要采用格柵間隙為1 mm的超細(xì)格柵，實(shí)現(xiàn)加大顆粒物以及纖維狀污染物的去除；預(yù)處理中設(shè)置沉砂池去除石油類(lèi)的污染物。

（2）合理設(shè)計(jì)：結(jié)合專(zhuān)業(yè)的系統(tǒng)制造商及供貨商實(shí)現(xiàn)MBR工藝膜池內(nèi)膜組件的最優(yōu)設(shè)計(jì)，力求簡(jiǎn)練，最大限度方便運(yùn)行管理和日常維護(hù)。

（3）優(yōu)化水力條件：綜合考慮膜池過(guò)流斷面和曝氣方式，在膜池內(nèi)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(yōu)化膜組件運(yùn)行方式：通常情況下膜組件的運(yùn)行方式都是間歇出水，在膜組件停止出水期間可以進(jìn)行反沖洗。另外運(yùn)行中結(jié)合水質(zhì)特點(diǎn)，合理確定進(jìn)水、反沖洗的周期，可以減緩膜污堵的速率。同時(shí)運(yùn)行中對(duì)膜組件的曝氣是連續(xù)的。

（5）設(shè)計(jì)中配備完善的在線清洗和化學(xué)清洗系統(tǒng)：要保持膜的透水性，必須做到按要求及時(shí)進(jìn)行在線清洗和化學(xué)清洗，不能等膜完全堵塞后再行清洗，那時(shí)將會(huì)發(fā)現(xiàn)大量的膜面積已經(jīng)很難得到有效的清洗，原因是藥液已經(jīng)難以到達(dá)完全堵塞的那部分膜面積。

（6）配備必要的儀表，密切監(jiān)控和記錄膜的運(yùn)行狀況。

4 結(jié)語(yǔ)

MBR是近幾年才開(kāi)始廣泛應(yīng)用的新型污水處理工藝，MBR工藝容積負(fù)荷高，可節(jié)省生化池占地，在目前提標(biāo)改造工程中具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)。本文結(jié)合實(shí)際工程，對(duì)MBR工藝進(jìn)行了詳細(xì)介紹，對(duì)目前污水處理廠提標(biāo)擴(kuò)建具有一定的指導(dǎo)意義。