膜生物反應器在水處理中的應用

汪蓮麗

摘 要：膜生物反應器是一種將生物反應器、膜分離器組合應用的裝置，具有高效率回用污水的功能。因此，文章從膜生物反應器在水處理中的應用機理入手，闡述了膜生物反應器在安徽省金寨縣梅山鎮梅山水電站水處理中的應用實現方案。

關鍵詞：膜生物反應器;水處理;調節池

前言：在我國轉變經濟發展方式取得實質性進展的重要時期，進一步統籌規劃，實現城鎮污水處理設施建設由“規模增長”向“提質增效”轉變成為各地面臨的主要任務之一。而水電站污水處理設施建設是城鎮污水處理設施建設的重要組成部分。因此，探索利用膜生物反應器代替傳統二沉池進行水處理的方案對于順利實現設施“提質增效”具有非常重要的意義。

1 應用機理

膜生物反應器即membrane bioreactor（簡稱文物MBR），主要是高效膜分離技術、污水生物處理技術結合后形成的新型工藝。這一新型工藝主要是通過放置在曝氣池內具備獨特結構的MBR平片膜組件，截流生化反應池內活性污泥、大分子有機物，在泵的驅動下對水（已好氧曝氣、生物處理）進行過濾處理[1]。新型工藝在實踐中具體開展流程為：污水入流→格柵→調節池→兼氧池→膜生物反應池（膜組件）→自吸泵+鼓風機→次氯酸鈉消毒→回收水。在某種程度上，膜生物反應器取代了傳統水處理系統中二沉池，提高了系統固液分離能力。

2 應用實現

2.1 項目概述

安徽省金寨縣梅山鎮梅山水電站位于大別山腹地，與河南、安徽交界，水庫總庫容22.63x108m3，控制流域面積1970km2，兼具航運、防洪、灌溉、發電等功能。由于該水電站地處偏遠地區，排水系統超出城市市政管網覆蓋范圍，必須進行獨立污水處理設施設置。再加上水電站地形高低錯落，將施工產生的污廢水利用傳統二沉池地埋式處理一體化設施，在經濟、地形條件上均存在較大困難。因此，擬選擇膜生物反應器技術代替二沉池。

2.2 參數設計

根據污水源、要求達到出水水質，需要設計不同的參數。

在設計進水水質時，需設定五日生化需氧量為100mg/L，化學需氧量（重鉻酸鉀測定）為200mg/L，固體懸浮物為100mg/L，氨氮為20mg/L，總磷為3mg/L，總氮為30mg/L。

在設計出水水質時，需設定生化需氧量為10-20mg/L，化學需氧量為60mg/L，固體懸浮物為20mg/L，氨氮為8mg/L，總磷為1mg/L，總氮為20mg/L。

2.3 應用實現

根據前述膜生物反應器運行流程，可以進行細格柵、調節池、過濾器、厭氧池、膜生物反應池等不同組件的建設。

細格柵建設時，選擇格柵為1.00mm的自動機械格柵（或人工提籃式格柵）。格柵池為內涂防腐涂料的鋼筋混凝土結構，凈空尺寸為3.00mx1.00mx1.80m。配套設備為3臺提升泵（2用1備）以及3套液位控制器。

調節池按日處理量的45.00%計算，優選射流式水下曝氣器，攪拌氣量為每分鐘1m3空氣/100m3，避免厭氧、污泥沉積。同時安裝快開式水草過濾器。同時內置酸堿度控制系統，均衡水質水量。調節池基礎架構為內涂防腐涂料的半地下式鋼筋混凝土結構。

厭氧池主要采用上部懸浮球填料的上流式污泥床結構，在厭氧池內存在兩種密切相關的微生物——發酵產酸菌、聚磷菌，分別負責低級低分子脂肪酸利用除磷、分解大分子有機基質。停留時間為2.00h，單格內凈空尺寸為25.00mx4.50mx5.00m，配套設備為一套布水管。

在膜生物反應池建設時，按24h運轉、停留2-3h，結合膜組布置、槽內旋回流要求，進行容積設計，容積為1260.00m3，單格內空尺寸為26.00mx15.00mx5.00m，保證水流組織恰當且無曝氣死角。同時將膜池中間分隔成3個部分，為膜的更換、清洗提供充足空間，并配備出水泵、回流泵、計量裝置、液位控制器、鼓風機等裝置，每年排泥一次到兩次，設定包括空氣管在內的水泵吸水管流速為每秒0.80m，出水管流速為每秒1.00m，曝氣管主管每秒10.00～12.00m，曝氣管支管每秒4.00～4.50m。

清水池與污泥池是終端部件，前者設定水力停留時間為2.00h～2.50h，外形尺寸為10.00mx7.00mx4.50m，配備一套二氧化氯發生器;后者設定外形尺寸為15.00mx7.00mx4.50m，配備兩臺污泥泵，其中一臺備用。

3 實踐問題解決

在進水量達到一定程度時，水電站水中有機物質、無機物質會大量吸附在膜表面、內部，致使膜濾孔堵塞，進而出現膜過水壓力增加、膜通量下降問題[2]。針對這一問題，可以選擇水反向沖洗或氣反向沖洗、化學藥劑清洗的方式，形成終端過濾-反沖洗-錯流過濾復合系統，進行經濟而有效的膜處理。或者在膜組件正下方適當位置進行曝氣裝置安裝，利用曝氣裝置產生氣流與膜組件之間的剪切力，降低模阻塞問題發生風險。

由于多次空曝氣、反沖洗以及化學清洗，對膜的機械強度具有較大的沖擊。因此，在建設前應優先選擇機械強度較大的膜，保證膜在長時間、高強度運行過程中無破裂。必要清洗，也可以將PAC（聚合氯化鋁）與超濾膜、SBR（序列間歇式活性污泥法）工藝聯用，形成吸附-固液分離工藝流程，降低污泥堵塞膜、小分子有機物污染膜的風險，保證膜的應用價值[3]。具體工藝實施過程中，主要是增設可改善膜污染污泥特性參數的PAC顆粒，利用PAC吸附作用，抑制溶解性EPS（聚苯乙烯泡沫）濾餅層的大量形成，增強生物固體回流，將膜機械強度維持在一個恰當的范圍內。

總結：

綜上所述，膜生物反應器在水電站水處理中的應用，可以完全分割水力停留時間、污泥齡，促使整個運行控制穩定性、靈活性更加突出。同時將出水生物需氧量、磷、氮、懸浮固體濃度降低到較低的水平，擺脫寄生蟲卵、細菌、病毒的威脅。因此，在水電站水處理過程中，相關人員可以根據需要進行膜生物反應器的應用。

參考文獻：

[1]曾立夫，劉翌.膜生物反應器（MBR）工藝應用研究[J].資源節約與環保，2020（08）：64-65.

[2]楊嘉昕，呂謀，張風芝.動態膜生物反應器的研究進展[J].四川環境，2020（01）：195-200.

[3]張偉亮，陳益明，張健，劉洋.電化學膜-生物反應器在水處理中的應用及研究進展[J].節能與環保，2020（04）：86-87.