淺析A/MBR膜工藝低水量運(yùn)行方案

鄭從交，賴慶才，陳 博，詹鴻俠

(東莞市石鼓污水處理有限公司，廣東 東莞 523770)

MBR又稱為膜生物反應(yīng)器(Membrane Bio-Reactor)，是活性污泥法與膜分離技術(shù)相結(jié)合的一種新型污水處理技術(shù)。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括良好的固液分離、節(jié)省土地面積有效利用空間、增進(jìn)生物處理單元的效能，提升氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽及有機(jī)物的去除效率，易達(dá)到操作穩(wěn)定、可靠、自動(dòng)控制及整合[1]。隨著研究的不斷深入，應(yīng)用技術(shù)的不斷總結(jié)，現(xiàn)在的MBR工藝中的生物處理技術(shù)已由最初的傳統(tǒng)活性污泥法擴(kuò)展到接觸氧化、A2O、氧化溝等工藝[2]。A/MBR工藝就是缺氧池與MBR技術(shù)相結(jié)合的一種組合工藝，該工藝?yán)萌毖醭氐姆聪趸磻?yīng)去除總氮及MBR膜技術(shù)的過(guò)濾功能提高SS的去除率。

由于市政污水管道破損、堵塞、錯(cuò)接、管網(wǎng)改造施工、以及干旱天氣和污水廠自身設(shè)備原因，污水處理廠存在低水量、低負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)，造成污水處理成本偏高，污染物去除率低。以廣東某城鎮(zhèn)污水處理廠一期提標(biāo)改造項(xiàng)目(以下簡(jiǎn)稱為“一期提標(biāo)項(xiàng)目”)為例，分析A/MBR膜工藝在低水量的情況下，通過(guò)采用階段性運(yùn)行、輪換性運(yùn)行及清水養(yǎng)護(hù)運(yùn)行調(diào)控方案，出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)且能耗降低。

1 概 述

廣東某城鎮(zhèn)污水處理廠一期設(shè)計(jì)處理能力為10×104m3/d，采用的是改良AAO+二沉池工藝，一期提標(biāo)項(xiàng)目處理的是一期尾水，設(shè)計(jì)處理能力也是10×104m3/d，采用的是A/MBR工藝，主要去除一期尾水的TN、氨氮、TP及SS，一期項(xiàng)目與一期提標(biāo)項(xiàng)目獨(dú)立運(yùn)營(yíng)，工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 工藝流程圖

一期提標(biāo)項(xiàng)目主要構(gòu)筑物有二級(jí)提升泵房，A/MBR池、紫外消毒池和出水明渠，其中A/MBR池分為兩段，前段為缺氧池，一座兩組，尺寸為22.7×20.5×7.0 m：后段為MBR池，一座兩組，每組3個(gè)廊道，每個(gè)廊道尺寸為：16.9×6.0× 4.1 m。其平面布置見(jiàn)圖2，剖面圖見(jiàn)圖3。

圖2 平面布置圖

圖3 剖面圖

由于配套市政管網(wǎng)改造施工，一期提標(biāo)項(xiàng)目來(lái)水量低，僅為設(shè)計(jì)值10%～20%之間，加上來(lái)水碳氮磷比失衡，無(wú)法滿足C∶N∶P=100∶5∶1[3]，需額外投加碳源、除磷劑等藥劑，因此處理成本高，且TN去除率偏低。通過(guò)采用階段性運(yùn)行、輪換性運(yùn)行及清水養(yǎng)護(hù)運(yùn)行調(diào)控方案后，一期提標(biāo)改造項(xiàng)目目前出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，能耗降低。

2 A/MBR膜工藝在低水量條件下運(yùn)營(yíng)調(diào)控方案

2.1 階段性運(yùn)行

階段性運(yùn)行就是設(shè)置MBR池最低停止運(yùn)行液位和最高啟動(dòng)運(yùn)行液位，MBR池從最低液位上升至最高液位的過(guò)程中，關(guān)閉MBR池反洗鼓風(fēng)機(jī)和回流泵，從而達(dá)到降低能耗，保證缺氧池缺氧環(huán)境。研究表明，在實(shí)際活性污泥系統(tǒng)中只需將缺氧池DO控制在0.5 mg/L以下就能夠促進(jìn)反硝化反應(yīng)的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)較好的反硝化效果[4]。

一期提標(biāo)項(xiàng)目設(shè)置MBR池最低停止液位為膜架頂部以上20 cm(正好淹沒(méi)管道連接器)，即液位高度為3.6 m；設(shè)置最高啟動(dòng)液位為膜池頂部格柵板向下20 cm(確保不滿溢為準(zhǔn))，即液位高度為4.7 m；當(dāng)MBR池達(dá)到最低停止液位時(shí)自動(dòng)停止產(chǎn)水，待10 min后關(guān)閉反洗鼓風(fēng)機(jī)和回流泵，當(dāng)MBR池液位即將到達(dá)啟動(dòng)液位(即4.6 m)時(shí)開(kāi)啟反洗鼓風(fēng)機(jī)曝氣和膜池回流泵，液位到達(dá)啟動(dòng)液位(即4.7 m)時(shí)，開(kāi)啟產(chǎn)水泵產(chǎn)水運(yùn)行。設(shè)置MBR系統(tǒng)產(chǎn)水9分鐘，停歇1分鐘，6個(gè)周期強(qiáng)制水反洗一次，400周期強(qiáng)制酸洗一次，430周期強(qiáng)制堿洗一次，999周期恢復(fù)性酸洗一次，1200周期恢復(fù)性堿洗一次。

該調(diào)控方案的優(yōu)點(diǎn)：縮短反洗鼓風(fēng)機(jī)及回流泵開(kāi)啟時(shí)間，降低能耗，更加容易控制缺氧池DO在0.5 mg/L以下，營(yíng)造缺氧反硝化環(huán)境，延長(zhǎng)反硝化反應(yīng)時(shí)間，有效降低TN，出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放。缺點(diǎn)是：操作不當(dāng)易造成溢水現(xiàn)象；反洗鼓風(fēng)機(jī)及回流泵處于頻繁停啟狀態(tài)，影響設(shè)備使用壽命；膜池污泥在池底淤積導(dǎo)致MBR膜曝氣管堵塞。不建議采用階段性運(yùn)行方案，如果采用，在條件允許的情況下定期放空膜池，降低污泥淤積堵塞曝氣管的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 輪換性運(yùn)行

輪換性運(yùn)行就是關(guān)閉MBR池部分廊道的進(jìn)出水閘門(mén)和曝氣風(fēng)管閥門(mén)，暫停投入使用，剩余廊道正常運(yùn)行，間隔一定時(shí)間后將原暫停使用的兩個(gè)廊道進(jìn)出水閥門(mén)和曝氣風(fēng)管閥門(mén)開(kāi)啟，重新投入使用，關(guān)閉另外兩個(gè)廊道的進(jìn)出水閘門(mén)和曝氣風(fēng)管閥門(mén)，以此循環(huán)，從而降低能耗和營(yíng)造缺氧池缺氧環(huán)境，提高TN去除率。

一期提標(biāo)項(xiàng)目共6個(gè)廊道，采取輪換性運(yùn)行方案，先關(guān)閉一半廊道(1#、2#、3#)曝氣管道手閥和進(jìn)出水閘門(mén)，另一半廊道(4#、5#、6#)設(shè)置產(chǎn)水泵低頻(設(shè)計(jì)通量一半以下)產(chǎn)水，且將產(chǎn)水周期由原來(lái)的開(kāi)9 min停歇1 min更改為開(kāi)6～8 min停歇2～4 min，每8 h置換一次廊道運(yùn)行。設(shè)置產(chǎn)水廊道在24 h內(nèi)做強(qiáng)制水反洗一次，再根據(jù)跨膜壓差情況做強(qiáng)制酸堿洗。定期(1～2天內(nèi))開(kāi)啟所有廊道，憋高M(jìn)BR池液位(4.3 m)，實(shí)施強(qiáng)制水反洗和酸堿洗工作。MBR膜系統(tǒng)跨膜壓差表現(xiàn)為初期短暫升高、穩(wěn)定期緩慢上升和后期急劇升高的三階段變化特征[5]，因此，定期根據(jù)跨膜壓差變化對(duì)MBR膜進(jìn)行反洗和酸堿洗，可有效減緩MBR膜污染。

該調(diào)控方案的優(yōu)點(diǎn)是減少鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量和MBR池回流泵開(kāi)啟臺(tái)數(shù)，節(jié)省能耗，營(yíng)造缺氧池缺氧環(huán)境，有效降低TN。缺點(diǎn)是操作不當(dāng)，如產(chǎn)水廊道曝氣風(fēng)管手動(dòng)閥門(mén)未開(kāi)就開(kāi)啟產(chǎn)水泵，易造成膜絲嚴(yán)重積泥污堵現(xiàn)象，若要徹底恢復(fù)，需人工拆片清洗。所以切記關(guān)閉曝氣風(fēng)管手閥的廊道恢復(fù)運(yùn)行前，一定要確認(rèn)曝氣風(fēng)管手閥處于開(kāi)啟狀態(tài)，避免無(wú)曝氣產(chǎn)水造成成膜絲嚴(yán)重污堵。一期提標(biāo)項(xiàng)目采用避免操作不當(dāng)方法就是將運(yùn)行廊道的跨膜壓差報(bào)警和停止設(shè)置在較低值，即跨膜壓差大于-15 kPa時(shí)就發(fā)出報(bào)警信號(hào)，當(dāng)跨膜壓差大于-20 kPa時(shí)停止產(chǎn)水。

2.3 清水養(yǎng)護(hù)運(yùn)行

清水養(yǎng)護(hù)運(yùn)行就是關(guān)閉部分廊道進(jìn)出水閘門(mén)，通過(guò)排空系統(tǒng)，把膜池混合液全部放空，并開(kāi)啟清水反沖洗，將MBR膜組件和廊道內(nèi)的污泥清洗干凈后，往池內(nèi)注入清水，定期投加次氯酸鈉溶液，保持膜池里面有0.05%[6]的次氯酸鈉浸泡MBR膜組件，避免MBR膜絲滋生細(xì)菌。

該調(diào)控方案可以減少M(fèi)BR池部分廊道投入使用，將多余的膜組件暫時(shí)清水養(yǎng)護(hù)起來(lái)，延長(zhǎng)膜組件的使用壽命，同時(shí)由于投入使用的廊道數(shù)量減少，曝氣風(fēng)量也同步減少，能耗降低。與以上兩種調(diào)控方案對(duì)比，此方案操作簡(jiǎn)單，無(wú)需頻繁切換閥門(mén)，但需要消耗次氯酸鈉藥劑養(yǎng)護(hù)。

3 運(yùn)行效果及經(jīng)營(yíng)指標(biāo)

經(jīng)采用以上三種低水量運(yùn)行調(diào)控方案后，一期提標(biāo)項(xiàng)目出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染物排放限值》(DB44/26-2001)第二時(shí)段一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的A類要求的較嚴(yán)值。一提標(biāo)項(xiàng)目低水量期間進(jìn)出水質(zhì)如表1所示。一期提標(biāo)低水量期間平均處理負(fù)荷為設(shè)計(jì)值的44.22%，噸水電耗減少39.66%，運(yùn)營(yíng)成本僅為0.3443元/m3。

表1 一期提標(biāo)項(xiàng)目進(jìn)出水實(shí)測(cè)水質(zhì)

4 結(jié) 論

若項(xiàng)目來(lái)水量?jī)H為設(shè)計(jì)水量的20%以下時(shí)，可采用階段性運(yùn)行方案、輪換性運(yùn)行方案或清水養(yǎng)護(hù)方案；若來(lái)水量在設(shè)計(jì)水量的20%～60%時(shí)，盡可能采用輪換性運(yùn)行方案；若來(lái)水量在60%以上，為避免閥門(mén)、風(fēng)機(jī)等頻繁啟動(dòng)，盡量采用正常的自動(dòng)控制運(yùn)行方案；若來(lái)水量?jī)H為設(shè)計(jì)值的10%，在能滿足反洗泵啟動(dòng)條件的運(yùn)行廊道數(shù)下，將剩余廊道采用清水養(yǎng)護(hù)方案養(yǎng)護(hù)；若項(xiàng)目來(lái)水量為零時(shí)，可選擇清水養(yǎng)護(hù)運(yùn)行方案，將所有膜架用方案三養(yǎng)護(hù)。