生活污水處理工程MBR工藝生化系統設計關鍵技術分析

王河源

摘 要：膜生物反應器（MBR）是膜技術和污水生物處理技術有機結合產生的廢水處理新工藝，具有占地面積少、出水水質好等其他生物處理工藝無法比擬的優點，在生活污水處理工程中得到廣泛應用。本文探討了生活污水處理工程MBR 工藝中生化系統的選擇關鍵技術、參數設計、系統布局設計以及設備設計，希望對生活污水處理工程MBR工藝生化系統的設計提供參考。

關鍵詞：MBR；工藝系統；關鍵技術；生活污水處理工程

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.091

0 引言

我國是一個水資源極度匱乏的國家，全國大部分城市都處于缺水狀態。將城市生活污水經過處理后回收利用，可以用于衛生間沖廁、景觀綠化、道路清洗等領域，是一種解決城市缺水行之有效的方法。MBR由于采用了膜分離技術與生物處理技術相結合的方式，其利用反應器內大量的微生物有效去降解污水中的各種有機物，使水質得到凈化，并通過膜分離裝置代替傳統工藝中的二沉池，提高固液分離的效率，從而得到優質的出水，具有傳統工藝不可比擬的優點。因此，這種工藝廣泛應用在生活污水處理工程中。MBR工藝雖然具有許多優點，但是有機物的最終去除仍然是通過微生物細胞的新陳代謝作用，只是膜高效的固液分離作用強化了這種生物處理工作，因此，在凈化過程中還需要合理的生化設計才能達到凈化的目的。為此，本文結合實際工程案例，總結分析MBR工藝生化系統的設計關鍵技術。

1 MBR工藝系統選擇關鍵技術

1.1 MBR 工藝系統構成

MBR工藝系統主要包括膜分離技術和生物處理技術兩個部分，其基本結構包括四個環節：進水系統、生物反應池、膜組件、自控系統。

1.2 MBR 工藝系統的分類

按照MBR生物反應器的膜組件、原理、設備位置不同，生物膜反應器的類別也不同：

按照MBR生化系統和膜分離的位置距離，可以分成分置式、一體式和復合式。分置式是通過料液循環錯流運行。一體式生物膜反應器將膜組件放置在生化系統內，兩者構成一個整體，通過自吸泵或其他類型的泵抽吸，得到過濾液。復合式在形式上屬于一體式MBR，所不同的是在生物反應器內加裝填料，從而形成復合式MBR，強化了MBR的一些功能。

按照膜組件的類型可以分為中空纖維MBR、管式MBR、板框式MBR、卷式MBR和毛細管式MBR。

按照生物膜反應器的過濾推動方式，生物膜反應器可以分成正壓式和負壓式。正壓式一般采用管式膜，生物膜反應器的混合液由水泵增壓以后才能進入到膜組件內，在較高壓力下MBR膜才能將污水中的有機物攔截下來。負壓式一般采用浸沒式生物膜，通過水泵的負壓吸收作用過濾有機物。

1.3 生化系統的形式

近年來，隨著膜制備技術的進步，MBR在水處理中的應用范圍也越來越廣，MBR生化系統的形式也越來越多。比如SBR、AO、A20等等。

SBR-MBR工藝是一種改良的活性污泥處理工藝，也稱為序批式MBR工藝，簡稱MSBR，將SBR與MBR技術結合在一起。MSBR保留了傳統SBR長泥齡的特點，且生物活性高，吸附降解有機物能力強，該工藝可以提高氮磷的去除效率，降低氧的消耗，減輕膜污染，較傳統SBR節省能耗，提高處理效果。

A/O-MBR工藝與傳統的A/O-MBR工藝類似，不同之處在于在好氧池中加入膜組件，通過截留污泥，在好氧池中形成高濃度污泥，保證硝化菌的生長，達到硝化的目的。

A20-MBR工藝結合了A20與生物膜分離技術，具有同步脫氮除磷的作用。這種工藝中的MLSS、污泥停留時間、獨立控制水力停留時間、污泥負荷率與傳統的A20工藝不同，它前后兩端設置了厭氧、缺氧反應裝置，提高了脫氮除磷的效率。

生化系統形式種類繁多，因此，在選擇的時候，需考慮到進水水質、出水水質標準，然后選擇合適的生化系統形式。

2 MBR工藝生化系統參數設計

MBR工藝將膜分離技術與生物處理技術結合在一起，所以傳統生物處理工藝參數在設計MBR工藝系統的時候，還要考慮到MBR工藝的特點。

2.1 有機負荷和污泥濃度

生化系統中污泥的有機負荷和污泥濃度的大小會影響處理效果。就生活污水處理中，一般采用常負荷，即污泥負荷一般<0.15kbBOD5/（kgMLSS.d）。但由于MBR可完全實現泥水分離，因此可以保證較高的污泥濃度。MBR工藝通過膜的高效截留作用，使得污泥得以富集，MBR正常運行所需要的污泥濃度范圍一般在3000～15000mg/L，正常運行時污泥濃度可控制在6000～10000mg/L，過高或過低會加快膜的污染。

2.2 泥齡

MBR膜對微生物和高分子污染物能夠高效截留，從而使MBR中污泥齡的選擇比普通活性污泥工藝更為方便，一般污泥齡可在5-80d。

2.3 水力停留時間HRT

MBR中膜的截留作用大大提高了生化系統中的污泥濃度，增強了微生物的去污能力，從而可以降低系統的水力停留時間。但是過低的HRT將會導致系統內溶解性有機物的積累，進而引起膜通量的下降。因此，設計時，HRT可設計得長一些，能夠有效控制膜的污染情況。

2.4 曝氣量

MBR工藝曝氣分為生化池曝氣和膜池曝氣，生化池曝氣根據常規的生化池設計計算所需曝氣量，曝氣量的技術有多種方法，在生活污水處理工程中，主要采用氣水比計算，或者按曝氣頭數量計算曝氣量。膜池曝氣量根據膜片數所需曝氣量而定，膜池曝氣量的多少，可以根據處理水量選擇合適的膜片數，然后根據供應商提供的單個膜片所需要的曝氣量，計算總的曝氣量。

3 MBR工藝生化系統布局設計

MBR工藝生化系統的布局應結合進出水水質要求，充分考慮各段流態及回流、進水方式以及好氧區的形式等。endprint

進水方式可以根據生化工藝而定，不同的生化形式采用的進水方式也不同。例如，采用厭氧-缺氧-好氧工藝，對于MBR工藝而言，生物反應池可以采用兩點進水方式，將原水按照一定比例分配到厭氧區和缺氧區，從而選擇優先滿足生物脫氮還是生物除磷對進水碳源的需要，而且各區的分配比例還可以根據不同水質條件下生物脫氮和生

物除磷所需碳源的變化進行靈活調節。

根據生化系統形式、混合液回流的方式和位置不同，MBR的回流有各種不同的方式，有膜池回流至好氧池、好氧池回流至缺氧池、缺氧池回流至厭氧池等，從而選擇優先滿足生物脫氮還是生物除磷等不同功能的需求。同時根據所需的去除率，確定所需要的回流比。

好氧區的形式也需要根據生化工藝的形式而定，但是如果采用A2O工藝，其好氧區宜設計成完全混合式，這樣有利于混合液處于良好的紊動，保持懸浮狀態，減小因剪切造成的污泥顆粒破解，并提高曝氣設備的充氧速率。

4 MBR工藝生化系統設備設計

MBR工藝生化系統的設備有攪拌器、回流泵、曝氣器、鼓風機、污泥排放系統等。這些設備的設置要根據MBR工藝生化系統的實際情況選擇合適的方式。厭氧池或缺氧池需要設置攪拌機，通過攪拌保持厭氧池或或缺氧池的污泥均勻地分布在反應器里，防止污泥下沉。其攪拌可采用潛水攪拌機，數量及功率按照池子的面積及體積而定。回流泵一般根據回流的位置、功能而選擇回流泵。小流量回流泵可采用潛污泵，大流量回流可采用專用的大流量、低揚程的回流泵，這樣減少系統的運行功率；小流量污泥回流可用污泥螺桿泵。曝氣器選擇通氣量大、氧氣轉移率高的設備，一般可用用盤式微孔曝氣器，該曝氣器曝氣氣泡小、接觸面積大，氣泡擴散均勻，不易產生孔眼堵塞，耐腐蝕性強；曝氣鼓風機一般優先選擇氣量調節范圍較大的單級離心鼓風機，采用風量大的多級離心鼓風機，一般需配置變頻器；對于處理水量較小（流量在200m3/d以下）的小型生活污水處理工程，可采用回轉式鼓風機，此風機轉速低、噪聲小、效率高。剩余污泥排放泵一般可采用螺桿污泥泵或隔膜泵。總之，MBR生化系統設計布局需要根據生化形式的要求，考慮污水進水水質、各個流態的回流、進水方式、好氧池形式等因素，選擇合適的設備，確保生化系統的運行安全。

5 小結

在21世紀，MBR被譽為全球范圍最有發展前途的水處理新術之一，在日本已有近100處高樓采用MBR工藝處理生活污水，并將處理出水用于回用系統，我國也有很多關于MBR處理生活污水并用于回用的研究及應用。MBR工藝雖然采用生物處理技術和膜分離技術相結合的方式，但是有機物的最終去除仍然是通過微生物細胞的新陳代謝作用，因此，我們在進行工藝設計時，需要認真考慮生化系統的關鍵技術，保證出水滿足標準要求。

參考文獻：

[1]蔣嵐嵐，胡邦，張萬里等.城鎮污水處理工程MBR工藝生化系統設計關鍵技術[J].中國給水排水，2013，29（02）：25-29.endprint