平板膜生物反應(yīng)器工藝在中水回用技術(shù)中的應(yīng)用

呂海濤

摘 要：為響應(yīng)國家推進(jìn)建筑節(jié)能減排的號召，平板膜生物反應(yīng)器（MBR）工藝被應(yīng)用到了天保商務(wù)園的污水處理中，出水全部回收利用，整個污水處理站實現(xiàn)了全自動控制，并大大減少了污泥的產(chǎn)生量。

關(guān)鍵詞：膜生物反應(yīng)器；中水回用；污泥排放；污水處理

中圖分類號：X703.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）19-0020-02

城市化、工業(yè)化和農(nóng)業(yè)集約化的快速發(fā)展，給全球水資源、水環(huán)境帶來了巨大的壓力。水資源短缺的國家都將單純水污染控制轉(zhuǎn)變?yōu)槿轿坏乃h(huán)境可持續(xù)發(fā)展。我國也采取了多種措施來緩解城市居民用水的危機，其中最主要的就是中水回用。

隨著中國城市的不斷發(fā)展，房地產(chǎn)中住宅小區(qū)中的用水量在不斷增加，所占城市總生活用水的比例也越來越大。目前，大部分住宅小區(qū)和商務(wù)園都有景觀園林、水景等觀賞或娛樂設(shè)施，而各種綠地養(yǎng)護(hù)、沖廁和洗車等每天需要消耗大量的水，所以將小區(qū)和商務(wù)園的生產(chǎn)、生活廢水處理后回收利用，既能解決水污染問題，又能實現(xiàn)水資源的回收利用。同時，這也是解決城市缺水問題的有效途徑之一，可以最大限度地實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)水資源的充分循環(huán)，達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)。

膜生物反應(yīng)器以其占地面積小、出水水質(zhì)好、沒有二沉池和運行、維護(hù)簡單等優(yōu)勢，在住宅小區(qū)、商務(wù)園的污水回用處理中得到了廣泛的應(yīng)用，并得到了大家的一致認(rèn)可。而平板膜MBR工藝又因其污泥濃度能夠達(dá)到15 000～20 000 mg/L、占地面積更小、可在線清洗、污泥產(chǎn)生量更少等特點，相比于中空MBR工藝，更受用戶青睞。

1 商務(wù)園污水站概況

1.1 污水站規(guī)模

污水處理站位于天津空港物流加工區(qū)中心大道與西二路交角處天保國際商務(wù)園A，B地塊內(nèi)，污水主要是商務(wù)園內(nèi)日常生產(chǎn)、生活排放的廢水，A區(qū)污水處理站的規(guī)模為640 m3/d，B區(qū)污水處理站的規(guī)模為800 m3/d。

1.2 設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)

設(shè)計進(jìn)水為辦公樓排放的未經(jīng)化糞池處理的生活污廢水及

經(jīng)過隔油處理的餐飲廢水的混合污水。

設(shè)計出水為達(dá)到《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920—2002）綠化及沖廁標(biāo)準(zhǔn)和符合天津當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門規(guī)定的污水。污水處理站的設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)如表1所示。

圖1 MBR工藝流程圖

污水處理站的工藝流程如圖1所示。污水先進(jìn)入調(diào)節(jié)池進(jìn)行水質(zhì)、水量的調(diào)節(jié)，然后通過潛水提升泵提升至生物處理單元。在進(jìn)調(diào)節(jié)池前，通過粗細(xì)格柵，去除污水中的懸浮物和尖利物，以保護(hù)生化處理的膜組件。

從

生物處理單元主要包括選擇池、厭氧池、缺氧池和曝氣膜池。污水首先進(jìn)入選擇池，缺氧回流混合液和進(jìn)水在該池內(nèi)混合，以保證后續(xù)厭氧池的厭氧環(huán)境。同時，該池具有一定的強化脫氮除磷效果。污水進(jìn)入?yún)捬醭睾筮M(jìn)行厭氧釋磷，然后進(jìn)入缺氧池進(jìn)行反硝化脫氮，最后進(jìn)入曝氣膜池進(jìn)行硝化反應(yīng)。經(jīng)過MBR的生化處理和膜組件的過濾作用，污水中的有機物、懸浮物、氮、磷等污染物質(zhì)能得到有效的去除。

曝氣膜池中安裝有微孔曝氣管和久保田平板膜組件，膜組件最底部有粗氣孔曝氣管。MBR池中的MLSS濃度通常維持在12 000～20 000 mg/L的范圍內(nèi)。通過抽吸泵，清潔水（合格水）經(jīng)過膜組件被抽入清水池。

在本生物系統(tǒng)中，共設(shè)置有2個回流系統(tǒng)，一個是缺氧池回流到選擇池，回流量為2Q，實現(xiàn)厭氧釋磷；另一個是曝氣膜池回流到缺氧池，回流量為3Q，實現(xiàn)缺氧脫氮，從而有效實現(xiàn)MBR生物系統(tǒng)的脫氮除磷。

MBR工藝中的微孔曝氣和膜曝氣采用的均是羅茨鼓風(fēng)機，并采用變頻調(diào)速的方式控制氣量。

3 工藝特點

3.1 流程短、設(shè)備簡單

膜生物反應(yīng)器通過膜的高效截留作用，實現(xiàn)了反應(yīng)池內(nèi)水力停留時間（HRT）與污泥停留時間（SRT）的完全分離，所以無需在好氧污泥系統(tǒng)產(chǎn)生絮體，以便之后二沉池的泥水分離。由此可見，生物反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度比傳統(tǒng)工藝高許多，一般控制在12 000～20 000 mg/L的范圍內(nèi)。而生化反應(yīng)速率又與反應(yīng)物濃度有關(guān)——反應(yīng)物濃度越高，反應(yīng)速率越大。因此，膜生物反應(yīng)器的容積負(fù)荷可高達(dá)5 kgCOD/（m3·d），而傳統(tǒng)工藝通常只有0.4～0.9 kgBOD/（m3·d），使生物反應(yīng)池的容積大大減小。相關(guān)資料顯示，相同規(guī)模的污水量，膜生物反應(yīng)器的好氧池體積為傳統(tǒng)處理工藝的1/3左右。

3.2 污染物去除率高、出水水質(zhì)好

MBR在處理高濃度、難降解的有機工業(yè)廢水時具有顯著的優(yōu)勢。在MBR 中，由于膜組件對反應(yīng)池中的微生物，尤其是對世代周期較長的硝化反硝化菌種，及存在于小污泥顆粒中的微生物具有相當(dāng)好的截留作用，這提高了污染物的去除率，減少了出水的懸浮物（SS），使出水水質(zhì)一般能夠達(dá)到回用水平。

3.3 污泥排放量小

膜生物反應(yīng)器的污泥排放量很小，甚至可以做到不排泥。污泥自降解和污泥水解降低了傳統(tǒng)水處理系統(tǒng)的效率，但對膜生物反應(yīng)系統(tǒng)卻非常有益。常規(guī)的活性污泥法通常采用的是生物周期處于穩(wěn)定期末尾至衰亡期初始時的活性污泥，而由于膜生物反應(yīng)器中的高污泥濃度較大，微生物的總量也非常多，因此，它在消耗水中有機污染物的同時，還會使許多微生物處于“饑餓”的狀態(tài)。相當(dāng)一部分處于衰亡期的微生物依靠自身的內(nèi)源呼吸進(jìn)行代謝分解，這在保持出水污染物濃度降低的同時，消耗了污泥生長過程中的剩余量。膜分離使得污水中的大分子難降解物質(zhì)在體積有限的膜生物反應(yīng)器內(nèi)有足夠的停留時間，大大提高了難降解物質(zhì)的降解效率，減少了剩余污泥的排放量，甚至可以做到不排泥。

3.4 自動化控制、維護(hù)簡單

在傳統(tǒng)活性污泥法中，由于運行中經(jīng)常出現(xiàn)波動現(xiàn)象，為了確保良好的出水水質(zhì)，必須對其運行管理投入大量的人力、物力和財力。而膜生物反應(yīng)器采用的是膜分離技術(shù)，能夠保證穩(wěn)定的出水水質(zhì)，同時省去了泥水分離設(shè)施，因此，可以很容易地實現(xiàn)膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)從進(jìn)水到出水的全程自動化控制。

3.5 可以使水質(zhì)快速達(dá)到處理要求

在反應(yīng)池啟動期，不同于傳統(tǒng)曝氣池需要通過沉淀排除上清液來提高污泥的濃度，膜分離作用可以完全截留污泥顆粒，并能夠在曝氣及營養(yǎng)物質(zhì)的共同作用下迅速地提高系統(tǒng)內(nèi)的污泥濃度，使整個膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)快速啟動，進(jìn)而使水質(zhì)在短時間內(nèi)達(dá)到處理要求。

4 平板膜MBR的過濾機理

在平板膜MBR的運行過程中，平板膜的表面會形成以污泥層和凝膠層為主的污染層，這層污染層既有降低膜通量的消極作用，又有增強膜的截留能力的作用。污泥濃度和曝氣強度是決定污染層的截留能力、通量、可更替性的關(guān)鍵因素。我們把這層附著在平板膜表面的污染層稱之為“生物膜”，如圖2所示。平板膜MBR的過濾不是簡單的分子篩原理，而是生物膜過濾機理。這層生物膜對固液分離的貢獻(xiàn)極大，大部分固體顆粒實際上是被這層生物膜所截留。由于這層生物膜的保護(hù)極大地減緩了物理膜的污染速度，所以平板膜可以運行數(shù)個月而不用清洗。

5 結(jié)論

采用平板膜MBR工藝對天保國際商務(wù)園污水處理站的污水進(jìn)行處理，出水直接達(dá)到了《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》的標(biāo)準(zhǔn)，出水可以用來綠化、沖廁、洗車和景觀用水，最大限度地實現(xiàn)了天保國際商務(wù)園內(nèi)水資源的循環(huán)利用，達(dá)到了節(jié)能減排的目標(biāo)。

由于平板膜MBR工藝的污泥濃度能夠達(dá)到12 000～20 000 mg/L，比常規(guī)活性污泥工藝和中空膜MBR工藝的污泥濃度都要高很多，因此，相比于常規(guī)活性污泥工藝和中空膜MBR工藝，其具有更好的耐沖擊負(fù)荷能力。平板膜MBR工藝容積負(fù)荷的提高大大縮小了生物反應(yīng)池的容積，并大大減少了占地面積。由于長泥齡下污泥的消解作用，平板膜MBR工藝的污泥排放量也大大較少，降低了污泥的處理成本。

整個污水處理站運行、維護(hù)簡單，可以實現(xiàn)膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)從進(jìn)水到出水的全程自動化控制。生物池安裝在線溶解氧測定儀和污泥濃度測定儀后，可以實時監(jiān)測污水處理站的運行狀態(tài)，方便污水處理站的科學(xué)運營管理。

參考文獻(xiàn)

[1]楮俊英，陳吉寧.中水回用的經(jīng)濟(jì)與中水利用潛力分析[J].中國給水排水，2002，18（05）：83-86.

[2]吳桂萍，崔龍哲.一體式平板膜生物反應(yīng)器中膜污染及清洗效果研究[J].中南民族大學(xué)學(xué)報，2006，25（02）：15-18.

[3]夏明芳，張利民，吳志超.平片膜生物反應(yīng)器中膜污染特性的試驗研究[J].江蘇環(huán)境科技，2002，15（03）：1-4.

〔編輯：王霞〕

Flat Membrane Bioreactor Technology in Water Reuse Techniques

Lv Haitao

Abstract： In response to the national call to promote building energy saving， flat membrane bioreactor（MBR）technology has been applied to a sewage treatment Tianbao Business Park， the water all the recycling， the entire sewage treatment plant to achieve the automatic control， and greatly reducing the amount of sludge generation.

Key words： membrane bioreactor； water reuse； sludge discharge； sewage treatment

3.5 可以使水質(zhì)快速達(dá)到處理要求

在反應(yīng)池啟動期，不同于傳統(tǒng)曝氣池需要通過沉淀排除上清液來提高污泥的濃度，膜分離作用可以完全截留污泥顆粒，并能夠在曝氣及營養(yǎng)物質(zhì)的共同作用下迅速地提高系統(tǒng)內(nèi)的污泥濃度，使整個膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)快速啟動，進(jìn)而使水質(zhì)在短時間內(nèi)達(dá)到處理要求。

4 平板膜MBR的過濾機理

在平板膜MBR的運行過程中，平板膜的表面會形成以污泥層和凝膠層為主的污染層，這層污染層既有降低膜通量的消極作用，又有增強膜的截留能力的作用。污泥濃度和曝氣強度是決定污染層的截留能力、通量、可更替性的關(guān)鍵因素。我們把這層附著在平板膜表面的污染層稱之為“生物膜”，如圖2所示。平板膜MBR的過濾不是簡單的分子篩原理，而是生物膜過濾機理。這層生物膜對固液分離的貢獻(xiàn)極大，大部分固體顆粒實際上是被這層生物膜所截留。由于這層生物膜的保護(hù)極大地減緩了物理膜的污染速度，所以平板膜可以運行數(shù)個月而不用清洗。

5 結(jié)論

采用平板膜MBR工藝對天保國際商務(wù)園污水處理站的污水進(jìn)行處理，出水直接達(dá)到了《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》的標(biāo)準(zhǔn)，出水可以用來綠化、沖廁、洗車和景觀用水，最大限度地實現(xiàn)了天保國際商務(wù)園內(nèi)水資源的循環(huán)利用，達(dá)到了節(jié)能減排的目標(biāo)。

由于平板膜MBR工藝的污泥濃度能夠達(dá)到12 000～20 000 mg/L，比常規(guī)活性污泥工藝和中空膜MBR工藝的污泥濃度都要高很多，因此，相比于常規(guī)活性污泥工藝和中空膜MBR工藝，其具有更好的耐沖擊負(fù)荷能力。平板膜MBR工藝容積負(fù)荷的提高大大縮小了生物反應(yīng)池的容積，并大大減少了占地面積。由于長泥齡下污泥的消解作用，平板膜MBR工藝的污泥排放量也大大較少，降低了污泥的處理成本。

整個污水處理站運行、維護(hù)簡單，可以實現(xiàn)膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)從進(jìn)水到出水的全程自動化控制。生物池安裝在線溶解氧測定儀和污泥濃度測定儀后，可以實時監(jiān)測污水處理站的運行狀態(tài)，方便污水處理站的科學(xué)運營管理。

參考文獻(xiàn)

[1]楮俊英，陳吉寧.中水回用的經(jīng)濟(jì)與中水利用潛力分析[J].中國給水排水，2002，18（05）：83-86.

[2]吳桂萍，崔龍哲.一體式平板膜生物反應(yīng)器中膜污染及清洗效果研究[J].中南民族大學(xué)學(xué)報，2006，25（02）：15-18.

[3]夏明芳，張利民，吳志超.平片膜生物反應(yīng)器中膜污染特性的試驗研究[J].江蘇環(huán)境科技，2002，15（03）：1-4.

〔編輯：王霞〕

Flat Membrane Bioreactor Technology in Water Reuse Techniques

Lv Haitao

Abstract： In response to the national call to promote building energy saving， flat membrane bioreactor（MBR）technology has been applied to a sewage treatment Tianbao Business Park， the water all the recycling， the entire sewage treatment plant to achieve the automatic control， and greatly reducing the amount of sludge generation.

Key words： membrane bioreactor； water reuse； sludge discharge； sewage treatment

3.5 可以使水質(zhì)快速達(dá)到處理要求

在反應(yīng)池啟動期，不同于傳統(tǒng)曝氣池需要通過沉淀排除上清液來提高污泥的濃度，膜分離作用可以完全截留污泥顆粒，并能夠在曝氣及營養(yǎng)物質(zhì)的共同作用下迅速地提高系統(tǒng)內(nèi)的污泥濃度，使整個膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)快速啟動，進(jìn)而使水質(zhì)在短時間內(nèi)達(dá)到處理要求。

4 平板膜MBR的過濾機理

在平板膜MBR的運行過程中，平板膜的表面會形成以污泥層和凝膠層為主的污染層，這層污染層既有降低膜通量的消極作用，又有增強膜的截留能力的作用。污泥濃度和曝氣強度是決定污染層的截留能力、通量、可更替性的關(guān)鍵因素。我們把這層附著在平板膜表面的污染層稱之為“生物膜”，如圖2所示。平板膜MBR的過濾不是簡單的分子篩原理，而是生物膜過濾機理。這層生物膜對固液分離的貢獻(xiàn)極大，大部分固體顆粒實際上是被這層生物膜所截留。由于這層生物膜的保護(hù)極大地減緩了物理膜的污染速度，所以平板膜可以運行數(shù)個月而不用清洗。

5 結(jié)論

采用平板膜MBR工藝對天保國際商務(wù)園污水處理站的污水進(jìn)行處理，出水直接達(dá)到了《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》的標(biāo)準(zhǔn)，出水可以用來綠化、沖廁、洗車和景觀用水，最大限度地實現(xiàn)了天保國際商務(wù)園內(nèi)水資源的循環(huán)利用，達(dá)到了節(jié)能減排的目標(biāo)。

由于平板膜MBR工藝的污泥濃度能夠達(dá)到12 000～20 000 mg/L，比常規(guī)活性污泥工藝和中空膜MBR工藝的污泥濃度都要高很多，因此，相比于常規(guī)活性污泥工藝和中空膜MBR工藝，其具有更好的耐沖擊負(fù)荷能力。平板膜MBR工藝容積負(fù)荷的提高大大縮小了生物反應(yīng)池的容積，并大大減少了占地面積。由于長泥齡下污泥的消解作用，平板膜MBR工藝的污泥排放量也大大較少，降低了污泥的處理成本。

整個污水處理站運行、維護(hù)簡單，可以實現(xiàn)膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)從進(jìn)水到出水的全程自動化控制。生物池安裝在線溶解氧測定儀和污泥濃度測定儀后，可以實時監(jiān)測污水處理站的運行狀態(tài)，方便污水處理站的科學(xué)運營管理。

參考文獻(xiàn)

[1]楮俊英，陳吉寧.中水回用的經(jīng)濟(jì)與中水利用潛力分析[J].中國給水排水，2002，18（05）：83-86.

[2]吳桂萍，崔龍哲.一體式平板膜生物反應(yīng)器中膜污染及清洗效果研究[J].中南民族大學(xué)學(xué)報，2006，25（02）：15-18.

[3]夏明芳，張利民，吳志超.平片膜生物反應(yīng)器中膜污染特性的試驗研究[J].江蘇環(huán)境科技，2002，15（03）：1-4.

〔編輯：王霞〕

Flat Membrane Bioreactor Technology in Water Reuse Techniques

Lv Haitao

Abstract： In response to the national call to promote building energy saving， flat membrane bioreactor（MBR）technology has been applied to a sewage treatment Tianbao Business Park， the water all the recycling， the entire sewage treatment plant to achieve the automatic control， and greatly reducing the amount of sludge generation.

Key words： membrane bioreactor； water reuse； sludge discharge； sewage treatment