基于MBR工藝的高速公路服務區污水處理穩定運行原理分析

賈志龍

（山西省交通新技術發展有限公司，山西 太原 030012）

0 引言

我國經濟發展，交通網絡不斷壯大，同時也不可避免地在服務區產生了一定的生活污水，而我國人口數量龐大，并且隨著人們對生活質量要求的提高，出行比例也進一步上升，因此服務區生活污水水量也在不斷上漲。在污水水體中，含有一定量的磷、氮、碳等元素。污水排放時會與其他水體混合，進而增加污水量，甚至導致整個河道水污染，無論是對水體自身，還是對周圍生態都不可避免地帶來了極大傷害與影響，特別是未經處理的污水，其任意排放所帶來的后果是不堪設想的[1]。

調查顯示，我國多地已經運用了MBR一體污水處理設備，并且將其運用在多種污染物治理場景中。MBR工藝不僅在對污染物的降解效果上表現出眾，同時也有著不可比擬的穩定性。本文結合MBR工藝在高速公路服務區的實際使用，從原理上對MBR一體污水處理設備分析，并重點探究該設備的穩定性，對于服務區污水處理工作具有現實性的指導意義。

1 MBR工藝簡述

MBR全稱（Membrane Bio-Reactor，膜生物反應器）其工作原理是將膜過濾與生物反應器兩者進行整合，通過1+1的形式，使其具有個體不具備的作用與能力，進而大大提高有機污染物、懸浮物的處理質量[2]。傳統處理工藝下，是采用泥水分離技術進行的，需要沉淀池，但是MBR則是以膜分離技術取代了二沉池，將生物從混合液中分離出來，同時，微生物繼續在反應池中。MBR的最大優勢在于其能夠在較短的時間內，實現較高的污泥齡，這一優勢能夠為污染物的降解提供更多機會與可能。

膜反應器還具有其他顯著優勢，例如占地面積小，以及出水水質高的優勢。這一技術利用膜自身高效分離的特點，在極大程度上提升了泥水之間的分離效率，同時，隨著活性污泥濃度的提高，在優勢菌的作用下，又能大大地提高反應效率。除此以外，這一工藝所產生的剩余污泥在量上較傳統技術而言也有明顯縮減，有效地解決了傳統方法帶來的各種問題。圖1為一種MBR工藝的一體化污水處理設備原理圖。

圖1 一體化污水處理設備原理圖

2 MBR的工藝類型

MBR中生物反應器組合方式是多樣的，因此，可以根據組合方式進行分類，如分置式、一體式。

分置式類型，這是一種較為普遍的構成形式，具體而言，是對膜組件與生物反應器兩者實施隔離，達到分置狀態，進而保證儀器功能獨立工作。在生物反應器中的混合污水，通過內部循環，能夠到達膜組件中，并進行過濾，處在壓力系統中的液體借助膜系統進行二次處理，這一過程中，固體與大塊物質均無法通過分子膜，被隔擋的物質則會回到生物反應設備中去。通過對應用實踐的分析，可以知道這種分置式具有較大優勢，如運行穩定，運行安全性高，同時，多次使用后設備的清潔工作也較為簡單。但是，分子膜可通過量較大，這也導致分置式存在缺點，一般情況下，為減少生物膜表面沉積量，設備在運行過程中，需要大量水體支持，并且水體要高速流動，這對污水處理效果而言會產生負面影響。

一體式和分置式則是兩個相對的，即完全相反。一體式下，膜組件是在生物反應器中的，在污水進到設備后，污水中80%的污染物會被設備中的混合液除去，同時，借助活性污泥自身的吸附性，在強壓的作用下，膜會進行過濾水的工作。一體式步驟少，耗能少，且設備占地面積小，在當前的污水處理領域受到廣泛關注。但是一體式也存在不足，即膜通量較低，如果長期應用則會導致膜表層累積大量的污染物，且清洗難度較大[3]。

3 MBR高運行穩定性的分析

MBR工藝具備更強的運行穩定主要由于其具備以下3個方面的優勢。

3.1 完全依靠機械來實現水力轉移

MBR膜組件是在靜壓差推動力作用下將水中污染物質與水進行物理分離，其具有孔隙率高、過濾速度快、吸附容量小、無介質脫落、無濃縮水排放等特點。就是說，MBR設備是在外部施加動力的前提下現實現污水中污染物的分離。由于物理隔離作用，MBR系統無法像傳統污水處理那樣采用重力流的方式運行，雖然在能耗上更高，但是卻帶來了更強大的控制能力，實現了水力停留時間HRT和污泥停留時間STR的完全分離[4]。整個系統的進水、產水、回流、外排均在動力控制下實現，可以有效地控制時間參數及水量、混合程度等，可人為干預的參數也更豐富，更利于掌控整個水處理流程，實現更精密地產水。

圖2所示一種MBR設備的運行模式，在使用膜設備實現物理隔離的同時，具備高度的自動化程控系統。

圖2 一種自動化MBR設備的運行模式

3.2 MBR膜的截留作用

膜生物反應器中的MLSS污泥濃度經常能夠達到6 000～10 000 mg/L之間，如此高的污泥濃度能夠使反應器內獲得更高效的處理效率，相比于傳統的活性污泥工藝，MBR的污泥濃度達到1.5倍以上，甚至更高。能夠使系統內維持較高的微生物濃度而不至于影響后續的產水，完全是由于膜的截流作用，常見膜的截留孔徑范圍為0.001～0.03微米，可以截留幾乎全部的微生物，保證末端出水的水質，基本克服了污泥變質、上浮、腐化等情況帶來的水處理事故，整套設備的穩定性得到了保證。

同時，較高的污泥濃度不但提高了反應裝置對污染物的整體去除效率，保證了良好的出水水質，同時也使整個裝置對進水負荷（水質及水量）的各種變化具有很強的抗沖擊負荷能力，能夠穩定獲得優質的出水水質。

3.3 更簡易的維護

任何污水處理設備都離不開后期的運行維護，只有在不斷地保養、補充消耗的過程中才能保證設備的正常運行和產水。MBR工藝以膜組件為核心進行運行，參數設置清晰明了，結構簡單，抗沖擊能力強。僅需以膜組件為核心的發散式的維護保養，在保證膜組件通量、跨膜壓力、膜池污泥濃度的前提下，調整好機械運行的周期就能做好大部分的MBR設備的運維工作。

同時，較高的污泥濃度降低的污泥負荷，使整個系統可以在高容積負荷、低污泥負荷下運行，剩余污泥產量低甚至可以接近零排放。而相較于傳統水處理工藝，傳統工藝在剩余污泥的處理上一直是一大難題，尤其是小型分散式污水處理這種污泥總量較小的設備，單獨配置污水處置裝置性價比過低。MBR工藝大幅削減了污泥外排的負擔，也就基本克服了由于未能及時排泥導致的設備運行事故，提高了設備穩定性。

4 結語

MBR水處理工藝的引入，極大地提高了服務區污水處理的實用性，使水處理設備在服務區真正發揮其作用。MBR設備出眾的穩定性降低了服務區人員對水處理設備管理的難度也更方便對第三方的托管，不論采取哪種方式，這種應用于服務區的小型分散式污水處理設備變得不再雞肋。在未來更智能、更先進的高速公路服務區提檔改造中將作為服務區必不可少的一部分，實現衛生間沖廁、景觀綠化、供暖循環、場地清洗等一系列水資源的節約再利用，具有良好的前景。