基于MBR工藝的高速公路服務區(qū)污水處理穩(wěn)定運行原理分析

賈志龍

（山西省交通新技術(shù)發(fā)展有限公司，山西 太原 030012）

0 引言

我國經(jīng)濟發(fā)展，交通網(wǎng)絡(luò)不斷壯大，同時也不可避免地在服務區(qū)產(chǎn)生了一定的生活污水，而我國人口數(shù)量龐大，并且隨著人們對生活質(zhì)量要求的提高，出行比例也進一步上升，因此服務區(qū)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(tài)都不可避免地帶來了極大傷害與影響，特別是未經(jīng)處理的污水，其任意排放所帶來的后果是不堪設(shè)想的[1]。

調(diào)查顯示，我國多地已經(jīng)運用了MBR一體污水處理設(shè)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(xiàn)出眾，同時也有著不可比擬的穩(wěn)定性。本文結(jié)合MBR工藝在高速公路服務區(qū)的實際使用，從原理上對MBR一體污水處理設(shè)備分析，并重點探究該設(shè)備的穩(wěn)定性，對于服務區(qū)污水處理工作具有現(xiàn)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(zhì)量[2]。傳統(tǒng)處理工藝下，是采用泥水分離技術(shù)進行的，需要沉淀池，但是MBR則是以膜分離技術(shù)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(xù)在反應池中。MBR的最大優(yōu)勢在于其能夠在較短的時間內(nèi)，實現(xiàn)較高的污泥齡，這一優(yōu)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(yōu)勢，例如占地面積小，以及出水水質(zhì)高的優(yōu)勢。這一技術(shù)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(yōu)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(chǎn)生的剩余污泥在量上較傳統(tǒng)技術(shù)而言也有明顯縮減，有效地解決了傳統(tǒng)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(shè)備原理圖。

圖1 一體化污水處理設(shè)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(jù)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(gòu)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(tài)，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(nèi)部循環(huán)，能夠到達膜組件中，并進行過濾，處在壓力系統(tǒng)中的液體借助膜系統(tǒng)進行二次處理，這一過程中，固體與大塊物質(zhì)均無法通過分子膜，被隔擋的物質(zhì)則會回到生物反應設(shè)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(yōu)勢，如運行穩(wěn)定，運行安全性高，同時，多次使用后設(shè)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(shè)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(chǎn)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(shè)備后，污水中80%的污染物會被設(shè)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(shè)備占地面積小，在當前的污水處理領(lǐng)域受到廣泛關(guān)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(wěn)定性的分析

MBR工藝具備更強的運行穩(wěn)定主要由于其具備以下3個方面的優(yōu)勢。

3.1 完全依靠機械來實現(xiàn)水力轉(zhuǎn)移

MBR膜組件是在靜壓差推動力作用下將水中污染物質(zhì)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(zhì)脫落、無濃縮水排放等特點。就是說，MBR設(shè)備是在外部施加動力的前提下現(xiàn)實現(xiàn)污水中污染物的分離。由于物理隔離作用，MBR系統(tǒng)無法像傳統(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)的進水、產(chǎn)水、回流、外排均在動力控制下實現(xiàn)，可以有效地控制時間參數(shù)及水量、混合程度等，可人為干預的參數(shù)也更豐富，更利于掌控整個水處理流程，實現(xiàn)更精密地產(chǎn)水。

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

圖2 一種自動化MBR設(shè)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(jīng)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(nèi)獲得更高效的處理效率，相比于傳統(tǒng)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(tǒng)內(nèi)維持較高的微生物濃度而不至于影響后續(xù)的產(chǎn)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(zhì)，基本克服了污泥變質(zhì)、上浮、腐化等情況帶來的水處理事故，整套設(shè)備的穩(wěn)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(zhì)，同時也使整個裝置對進水負荷（水質(zhì)及水量）的各種變化具有很強的抗沖擊負荷能力，能夠穩(wěn)定獲得優(yōu)質(zhì)的出水水質(zhì)。

3.3 更簡易的維護

任何污水處理設(shè)備都離不開后期的運行維護，只有在不斷地保養(yǎng)、補充消耗的過程中才能保證設(shè)備的正常運行和產(chǎn)水。MBR工藝以膜組件為核心進行運行，參數(shù)設(shè)置清晰明了，結(jié)構(gòu)簡單，抗沖擊能力強。僅需以膜組件為核心的發(fā)散式的維護保養(yǎng)，在保證膜組件通量、跨膜壓力、膜池污泥濃度的前提下，調(diào)整好機械運行的周期就能做好大部分的MBR設(shè)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(tǒng)可以在高容積負荷、低污泥負荷下運行，剩余污泥產(chǎn)量低甚至可以接近零排放。而相較于傳統(tǒng)水處理工藝，傳統(tǒng)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(shè)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(shè)備運行事故，提高了設(shè)備穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

MBR水處理工藝的引入，極大地提高了服務區(qū)污水處理的實用性，使水處理設(shè)備在服務區(qū)真正發(fā)揮其作用。MBR設(shè)備出眾的穩(wěn)定性降低了服務區(qū)人員對水處理設(shè)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(qū)的小型分散式污水處理設(shè)備變得不再雞肋。在未來更智能、更先進的高速公路服務區(qū)提檔改造中將作為服務區(qū)必不可少的一部分，實現(xiàn)衛(wèi)生間沖廁、景觀綠化、供暖循環(huán)、場地清洗等一系列水資源的節(jié)約再利用，具有良好的前景。