MBR工藝用于露天礦生活污水處理工程實例

摘 要：某露天煤礦生活污水產生量約800m3/d。采用以“機械格柵 + 旋流沉砂 + 溶氣氣浮 + 豎流沉淀 + MBR”為主體的處理工藝進行處理。目前，出水經處理后可以穩定達到《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB/T18920-2002）中的道路清掃、消防用水標準。對系統的工程概況、工藝流程、設計參數及運行效果進行了介紹。

關鍵詞：露天礦;生活污水;MBR

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.22.048

0 引言

MBR工藝即膜生物反應器，由膜分離系統和生物處理系統組成，常見的組合形式是一體化工藝，也就是將膜組件放置于生物處理系統內部，被處理污水進入膜生物反應器，其中大部分污染物被活性污泥降解，在抽吸泵營造的壓差作用下，通過膜過濾出水。其工藝特點是污泥濃度高，占地緊湊，自動化程度高。MBR工藝在工業廢水和生活污水的處理中都有廣泛研究和應用[1～10]。

1 工程概況

1.1 工程簡介

某煤礦屬于內蒙地區露天煤礦區，不產生礦井水，但因地上作業較多，管理人員及工人數近千人，有較多生活污水產生。煤礦生活污水來源是職工辦公區污水、職工居住區污水及食堂污水。因其職工工作及就餐按照倒班制運作，故廢水的水質和水量都具有一定的沖擊性。北方的高油飲食結構也導致其污水含油量較高。

1.2 設計進出水水質

污水中含有一定濃度的有機物和表面活性劑，并含有較多含量的油類物質，污染物指標以CODCr、BOD5、濁度、NH3-N和動植物油為主。污水處理工程設計規模800m3/d。《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB/T18920-2002）中的道路清掃、消防用水標準。標準中對CODCr和動植物油沒有要求，考慮到提高污水回用品質，將CODCr的排放標準定為50mg/L，將動植物油的排放標準定為5mg/L。

設計進出水主要水質指標如表1所示。

2 處理工藝描述

2.1 機械格柵

生活污水由于來源種類多，排水綜合管理水平不高，故其中會夾雜大量的生活垃圾，這些生活垃圾無法被生物處理降解，所以需要在系統前端對其進行截留。機械格柵選用細格柵，利用其5mm間隙，對其中的雜物進行有效的攔截。

2.2 旋流沉砂

由于礦區污水點源分散，匯集路徑分布廣泛，在收集過程中，會混入一部分泥砂。泥砂進入系統后會造成沉積，破壞設備原有功能并造成磨損。旋流沉砂器的作用是，利用水力旋流模型，實現泥砂的加速沉淀效果，將其從污水中分離出來，保證后續系統不受其影響。旋流沉砂比平流沉砂的效率更高。

2.3 溶氣氣浮

污水含有的動植物油類物質，會影響生化系統對溶解氧的利用，油類物質濃度過高時，還會影響MBR膜的過濾效果。溶氣氣浮工藝是通過向水中供入高壓空氣，在常壓條件下釋放，形成的微小氣泡可將污水中的絕大多數油類物質以及一部分懸浮物去除。

2.4 豎流沉淀

污水經過前序處理，其殘留污染物基本是溶解性污染物，但污染物濃度仍處于較高水平。為降低后續生化系統的壓力，特設置豎流沉淀工藝，通過聚凝劑和絮凝劑的綜合作用，可將污水中一部分溶解性有機物加以去除。

2.5 MBR工藝

MBR系統選用中空纖維膜，平均孔徑僅為0.1μm。MBR膜可以截留活性污泥，提高系統容積效率，可以避免活性微生物的流失，使得系統的污泥齡延長，有利于微生物尤其是硝化細菌的生長，廢水中的有機物在反應器內停留較長時間，最終得以分解去除。MBR膜還有一定的細菌截留作用，對大腸桿菌的去除率可達到99%。系統末端配套消毒設施。

具體的工藝流程如圖1所示。

3 詳細設計參數

3.1 機械格柵

格柵安裝于調節池內的格柵渠。調節池1座，采用鋼砼結構，尺寸為12m×6m×4.5m，總容積324m3;格柵渠1座，采用鋼砼結構，尺寸為3.5m×1.2m×3m，總容積12.6m3。設置有機械格柵2臺（1用1備），回轉格柵，304不銹鋼材質，單臺寬度1m，柵條間隙5mm;提升泵3臺（2用1備），單級臥式離心泵，鑄鐵材質，單臺Q=20m3/h，H=25m，N=2.2kW;超聲波液位計1套。

3.2 旋流沉砂

設置有旋流沉砂器1臺，處理能力50m3/h，碳鋼防腐材質，池徑1.8m，氣提負荷2m3/min;配套提砂器和螺旋輸送機。

3.3 溶氣氣浮

設置有溶氣氣浮機1套，處理能力50m3/h，總體尺寸為10m×2.8m

×2.8m，絮凝反應區尺寸2.8m×1.4m×2.8m，溶氣釋放區尺寸2.8m×0.8m×1.6m，碳鋼防腐材質;溶氣水泵2臺（1用1備），鑄鐵材質，單臺Q=25m3/h，H=50m，N=7.5kW;空壓機1臺，功率N=1.5kW，配套溶氣罐1套;刮渣機1臺，鏈條中心距4m，寬度2.8m，N=0.75kw;另配套加藥裝置1套。

3.4 豎流沉淀

豎流沉淀池2座，采用鋼砼結構，尺寸為φ4.5m×7m，表面負荷1.1m/h;設置有PAC加藥裝置1套，藥液容量200L，加藥能力100L/h;設置有PAM加藥裝置1套，藥液容量200L，加藥能力100L/h;系統配置2臺電動閘閥，程序設定自動排泥。

3.5 MBR系統

MBR一體化反應池1座，采用碳鋼防腐結構，尺寸為15m×5m×

5m，總容積375m3，分缺氧區和好氧區;缺氧區配套攪拌機，304不銹鋼材質，BOD污泥負荷0.13kgBOD/（kg·d），污泥濃度4500mg/L，配套曝氣器;膜通量18L/（m2·h），單簾面積20m2，配套穿孔管曝氣裝置;抽吸泵2臺（1用1備），鑄鐵材質，單臺Q=35m3/h，H=10m，N=3kW;污泥泵2臺（1用1備），鑄鐵材質，單臺Q=10m3/h，H=8m，N=0.75kW;反洗泵2臺（1用1備），鑄鐵材質，單臺Q=20m3/h，H=20m，N=2.2kW;配置清洗加藥系統及超聲波液位計1套;配置溶氧儀1套;在系統末端配置二氧化氯投加系統，以保證產水用作飲用水的余氯需求，設備有效氯產量400g/h，配套鹽酸、次氯酸鈉PE儲罐、計量加藥泵、卸料泵、射流器、增壓泵、余氯檢測儀等。

3.6 污泥處理系統

污泥濃縮池1座，采用鋼砼結構，尺寸為4.5m×4.5m×5m，總容積100m3;設置有氣動隔膜泵2臺（1用1備），單臺Q=15m3/h，H=60m，配套消音器，空壓機，儲氣罐，膜片材質為PTFE，外殼材質為鋁合金;PAM加藥裝置1套，藥液容量200L，加藥能力200L/h;板框壓濾機1臺，過濾面積70m2，自動壓緊、保壓，手動拉板，配套明流接液槽;槽型履帶輸送機，長度5m，寬400mm，功率N=3.0kw，材質為碳鋼防腐，皮帶材質為耐腐蝕橡膠;傾斜無軸螺旋輸送機，傾斜角度20度，輸送量5m3/h，長度5m，功率N=3.0kw，材質為碳鋼防腐。

4 運行效果分析

調試階段向生化系統引入當地生活污水處理廠的剩余污泥，按污泥培養方法進行悶曝、低負荷過水、正常負荷過水等步驟。根據行業經驗，調試完成后，污泥濃度控制在8000mg/L[11]，溶解氧維持在1.5～2mg/L[12]，系統已經具備了良好的降解效果。正式運行開始后，正值夏季，水量基本滿負荷，操作人員對連續日平均污染物濃度監測進行了30日記錄。在此期間，進水CODCr基本維持在400mg/L，高峰波動至460mg/L，系統去除率維持在90%左右;進水BOD5基本維持在200mg/L，高峰波動至220mg/L，系統去除率維持在95%左右;進水NH3-N基本維持在40mg/L，高峰波動至48mg/L，系統去除率維持在80～83%;進水濁度（NTU）穩定在180，出水濁度（NTU）穩定在5;進水動植物油濃度穩定在35mg/L，出水動植物油濃度穩定在1mg/L。CODCr、BOD5、NH3-N的運行處理效果見圖2～圖4。

MBR生化系統經過調試后達到穩定運行狀態，間歇運行的穩定產水量在28m3/h，跨膜壓差穩定在0.015～0.03MPa;污水原水進水濁度（NTU）為180，經過溶氣氣浮及豎流沉淀后濁度（NTU）穩定在20，經由生化系統處理并過濾后，濁度（NTU）穩定在5;污水原水進水動植物油濃度為35mg/L，經過溶氣氣浮及豎流沉淀后動植物油濃度穩定在2mg/L，經由生化系統處理和MBR膜過濾后，植物油濃度穩定在1mg/L。經評估，此含油濃度不會對膜系統產生較大污染，長期運行后可通過清洗恢復膜的性能。

在系統運行過程中，膜的維護性清洗是穩定運行的關鍵點，要能夠將絕大部分污染物都被清洗，以下三點需要重點要求。第一，要有足夠的反沖洗水量，保證整個膜系統內都充滿反洗藥劑。本項目反沖水量應達到10m3/h;第二，要保證沖洗時間。根據運行經驗，反洗的周期設定在每72h一次是最佳狀態（此時跨膜壓差接近0.03MPa），每次反洗15～20min，第三，先堿洗后酸洗，以保證污染物能夠在酸堿交替環境下得到充分清洗。根據運行經驗，堿性三次后進行一次酸洗是最佳狀態。

MBR生化系統的主要進出水指標（月平均值）見表2。

5 經濟分析

項目建設投資420萬元，日常運行費用包括電費（日耗電量803kW·h）、藥劑費（日消耗藥劑167元）、人工費（定員2人，總日薪200元），每日運行直接費用為1.41元/m3。項目產水約能替代煤礦一部分外購水，按外購水4元/m3計算，日節省費用為2072元，年節省費用為75.63萬元，經濟效益顯著。

6 結語

采用以機械格柵+旋流沉砂+溶氣氣浮+MBR的工藝處理北方露天煤礦的生活污水，最終出水CODCr小于50mg/L，BOD5小于15mg/L，NH3-N小于10mg/L，濁度（NTU）小于5，滿足《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB/T18920-2002）中的道路清掃、消防用水標準。MBR膜由于浸泡在活性污泥中，所以容易受到污染，在運行中選擇合適的清洗藥劑以及合理的清洗周期，是系統達到設計水平并且穩定運行的關鍵。

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作者簡介：張猛（1984-），男，山東青島人，碩士研究生，工程師，國家注冊環保工程師，國家注冊給排水工程師，主要從事水處理工藝的開發與設計、水資源綜合利用等。