淺談污水處理站中MBR污水處理工藝的設計

陳玉珊

摘 要：MBR（膜生物反應器技術）由于占地面積小、出水質量好等特點受到世界范圍內污水凈化技術人員的廣泛重視，而且發展迅速。隨著我國污水排放標準的逐步提升和膜生產成本的降低，膜生物反應器技術也受到了國內環保工作者的重視，并被應用在了城市的污水處理當中。本文主要以某湖泊的MBR（膜生物反應器技術）工藝工程為例，對工程中的生物分段形式、膜組件選擇及工藝參數進行研究，并列舉了相關實例，旨在提升MBR工藝水平，增強對該湖泊的污水處理能力。

關鍵詞：污水處理；MBR工藝；設計

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A

為響應《2014年茂名市政府工作報告》關于污水處理廠的一系列號召，根據《茂名市東組團城市給排水專項規劃》，選址建設新污水處理廠，負責處理電城鎮和博賀灣新城生活污水，優先解決近期污水處理及排污問題。新建污水處理廠，采用高效生化水處理技術，即MBR工藝技術。本文以MBR新建污水處理工程為研究對象，從工程中的生物段工藝形式、膜組件選擇等進行了研究和優化，得到以下主要結論。

1.生物處理工藝設計

如今，許多小型污水處理廠的污水的排放標準都有提升，在有限用地的情況下，傳統的脫氮除磷工藝也開始逐漸被一體化、集成處理設備代替，其中以MBR膜為主題的處理工藝，占有了市場大部分份額。80年代以來，該技術越來越受到重視，成為研究的熱點之一。目前膜生物反應器已應用于美國、德國、法國和埃及等10多個國家，規模從6m3/d～13000m3/d不等。

1.1 MBBR技術工藝

MBBR的中文名為移動床生物膜反應器，實現了生物膜法與活性污泥法的有機結合，在生物膜法原理的基礎上，又結合了活性污泥法的優點，并克服了單一的缺點，顯著提升反應池的功能效果，也強化了反應池的抗沖擊能力。在反應池中，填料的表面一般都附著一層微生物，這些微生物形成一層具有獨特功能的生物膜。特殊的填料隨著池水上下浮動，填料表面微生物與池中污染物、與空氣中氧氣充分接觸。在吸附與擴散作用的影響下，污染物進入到生物膜中氧化降解。微生物得到繁殖所需的養分后數量會明顯增多，膜的厚度達到6g/L～10g/L，是普通反應池的2倍以上，降解效率遠超普通反應池。移動床生物膜微生物都為附著式生長，污泥齡達到30天左右，有利于一些硝化菌的生長繁殖，而填料表面中硝化菌的數量增多，增強了反應池的除氨氮能力。此外，附著式生長方式還有利于一些特殊菌落的自然選擇，這些自然菌落對于煉油廢水中一些難降解的污染物有甚好的效果，而這些特殊菌群可有效地降解煉油廢水中的特征污染物，特別是一些難降解的污染物，從而獲得更低的出水COD濃度，提升出水水質。

MBBR池的設計流量：250m3/h，有效容積1000m3，單組膜面積1656m2。經初步計算該工藝單位污水量運行成本為0.68元/（m3·天）。

1.2 一體化內循環流化床工藝

內循環三相好氧生物流化床反應器是在保持傳統的三相流化床所具有的反應器內混合性良好、傳質速率快、污泥濃度大、有機負荷高等優點的同時，解決了傳統三相流化床所存在的問題，具有可控制生物膜厚度的過度增長、載體流失量小、載體流化性能好、氧的轉移效率高等主要特點。三相生物流化床為污水處理廠的核心處理構筑物，通過微生物的新陳代謝作用，來實現對有機碳、N、P等有機污染物的降解。增加化學輔助除磷措施。

一體化內循環流化床的水力停留時間：2hr；有效水深：11m；通過砂濾進行去除生物處理中殘留污染物，來實現對有機碳、N、P等有機污染物的去除。單臺設計流量：40m3/h；數量：6臺；經計算該工藝單位污水量運行成本為0.64 元/（m3·天）。

1.3 一體化兼氧MBR技術工藝

膜生物反應器為傳統活性污泥法與膜分離技術的結合。活性污泥中微生物對原水中有機物進行生物降解以達到去除有機物的目的。膜分離單元代替了傳統工藝中的二沉池，可大大減小占地面積，穩定出水水質。

一體化兼氧MBR設計為臥式罐體結構，MBR膜孔徑0.3μm中空纖維膜。水力停留時間4h，兼氧區溶解氧0.5mg/L，汽水比：0.1～0.2。經初步計算該工藝單位污水量運行成本為0.42元/（m3·天）。

2.一體化兼氧MBR系統設計

膜生物反應器為傳統活性污泥法與膜分離技術的結合。活性污泥中微生物對原水中有機物進行生物降解以達到去除有機物的目的。膜分離單元代替了傳統工藝中的二沉池，可大大減小了占地面積。設備主體MBR膜，應具有適應低濃度污水的性能，其化學需氧量（COD）適應范圍宜為100mg/L～500mg/L，總氮（TN）宜≤35mg/L；總磷（TP）宜≤10mg/L。且設備主題MBR膜系統內微生物，在貧營養條件下（BOD<15mg/L）應能夠有不少于兩周的存活期。一體化膜生物反應器為集約型一體化處理設備，包含進水區、處理區、出水區及設備放置區。

3.膜分離單元設計

3.1 膜組件選擇

（1）膜材料

膜材料分為無機膜材料與有機膜材料兩種。常見有機膜材料為PE、PS與PES等，而無機膜材料多為一些金屬材料、金屬氧化物以及陶瓷材料。從性能上講，有機膜材料工藝趨于成熟，膜孔徑和形式多樣，造價低廉，但使用過程易受污染，使用壽命不長；無機膜材料具有良好的化學穩定性，能耗較低，但制造成本較高，實際制備工藝也較難。因此，本工程采用的膜材料為改性后的有機膜。

（2）膜形式

根據膜組件的不同，應用在浸入式MBR中的膜為以下兩種：中空纖維膜與平板膜。中空纖維膜在國內的大型的市政工程中應用較多，具有裝填密度高、體積小、工藝簡單、價格低廉等優點，但是對于預處理的要求卻很高，阻力損失較大，常見的中空纖維膜有簾式、束狀、柱狀3種；平板膜的實際應用較少，有污泥濃度高、抗污堵能力強等優點，但是也存在著裝填密度低、投入資金量較大等缺點，主要分為板式和盤式兩種構造形式。本工程應用的是浸入式MBR膜的中空纖維膜。

（3）膜孔徑

根據膜孔徑的不同，通常將MBR膜分為超濾膜和微濾膜兩種形式。兩者之間并沒有嚴格地區分定義，在MBR技術當中，通常將0.1μm作為分界點，膜孔徑在0.01μm～0.1μm之間的為超濾膜，膜孔徑在0.1μm～0.4μm之間的稱為微濾膜。兩者的孔徑雖然有所不同，但是過濾作用的是截留部分構成的動態膜，截留去除的貢獻較大，從實際的工程應用情況來看，兩者之間的工藝效果并沒有太大的差別。

3.2 膜分離單元工藝參數

（1）膜通量

膜通量是指單位時間內透過單位膜面積的水量，是衡量膜分離性能的重要參數。在本單位的MBR中，膜通量一般為0.5m3/（m2·d），最高能達到0.75 m3/（m2·d）。在實際工作中，膜通量會隨著使用時間的增長而減小，但經過特殊的清洗處理后還能恢復到初始狀態。從數學的角度上講，膜通量是一個變量。膜通量主要包括以下3種：設計平均、設計峰值與最大實際值。設計膜通量是規模處理下設計膜面積上的通量；設計峰值膜通量是水量峰值條件下設計膜面積上的通量；最大實際膜通量為MBR（膜生物反應器技術）下的總產水量。

（2）膜孔徑

關于MBR（膜生物反應器技術）中膜的孔徑，并非是單純的數值概念，主要指的是膜的過濾精度，是一種正態的統計概念。直到今天，國際上還沒有統一的對于膜孔徑的定義與方法，因此，實際工作中的出水水質更加重要。膜對于污染物的處理過程主要通過以下3種方式進行：第一，膜孔本身的截流作用；第二，膜孔和膜表面的吸附作用；第三，膜表面沉積層的吸附作用。新鮮膜如果被投入使用起到過濾作用的會是被截流下的污染物構成的動態膜，截流貢獻也較大。

（3）膜池停留時間

膜池是放置膜主件的池體，和二沉池有所不同，因為主要是靠膜過濾抽出污水，因此，膜池的停留時間并不是預先設置的限制參數。膜池的容積主要由以下3種因素決定：第一，膜組件形狀；第二，膜池中放置的膜組件的數量；第三，膜組件的安裝要求。在同一膜池當中，不應該放置過多的膜組件，放置出現空氣擦洗和抽水不均勻的情況。因此，如果污水處理廠的規模較大，應該設置成多組膜池并聯的方式。

（4）膜防堵設計

膜的污堵是常見的MBR（膜生物反應器技術）工藝的現象，如何對之進行延緩是關鍵性技術之一。在污水池的處理設計過程中，可以從以下5個方面進行考慮：

①膜組件結構設計。在該種膜處理方式當中，膜元件的選擇應該考慮到化學和物理因素，特別要考慮到清洗手段對于水質的具體要求。此外，膜組件的構造要能夠使得膜組件流道順暢，且不在局部淤積。其他的不同的技術手段也同樣有對應的要求。

②膜系統優化。膜池過流斷面為膜系統設計的關鍵內容之一，過渡斷面要使得膜池盡量通過不同膜組件，保證膜池內沒有明顯的濃度梯度。此外，空氣擦洗采用的曝氣方式需要一定的水力條件，保持良好的水力沖刷作用。

③前段機械性預處理。采用適宜的處理方式除掉水中的大顆粒懸浮物，特別是石油類和纖維類物質。

④膜運行過程設計。許多膜系統運行方式是間歇出水，膜組件停止出水期間只是簡單停頓，也有的會反沖洗。循環周期越短，膜污堵越慢。

⑤膜清洗設計。該系統設計化學處理類型分為3種：清水反沖、在線化學清洗、離線化學清洗。

結語

綜上所述，本文對MBR（膜生物反應器技術）工藝進行了研究，從中可以得出以下結論：

第一，膜生物反應器技術與生物處理、二次沉淀等深度處理工藝不同，性能保障取決于生物處理膜分離單元。

第二，就本工程而言，采用一體化兼氧MBR工藝作為本工程核心處理工藝，具有運行成本低、主題設備高效運行、維護方便等優勢。

第三，就膜段工藝參數設計而言，應該以MBR（膜生物反應器技術）工藝為標準除磷，并對MBR系統進行了優化，增設了污泥消化池。

參考文獻

[1]熊凱波. A～2/O+MBR工藝在城市污水處理工程中應用[D].北京工業大學，2012.

[2]蔣嵐嵐，胡邦，張萬里，等. MBR工藝在太湖流域污水處理工程中的應用[J].給水排水，2011（1）：14-18.