污水处理厂MBR膜处理工艺

摘要：MBR，是膜生物反应器的简称，是一种将膜分离装置与生物处理装置有机结合的新型水处理技术。膜分离装置可用于截留生化反应池中的活性污泥和高分子有机物，替代传统的重力沉淀固液分离装置，提高固液分离效率。通过实际应用，发现MBR工艺具有足迹小、出水水质好等明显优于传统工艺的优点。随着我国城市化建设的深入，对污水处理的要求也越来越高。MBR工艺作为一种高效的污水处理工艺，具有非常广阔的应用前景。

关键词：MBR膜处理工艺；大型污水处理厂；应用；

早在20世纪90年代，膜生物反应器就已在国外污水处理厂得到广泛应用。MBR工艺有着诸多的优势，比如运行成本低、出水水质好等，所以在不断地开发和使用中，该技术在大型污水处理厂中渐渐得到发展和应用。

1 膜生物反应器（MBR）出水水质特点

1.MBR出水常规水质特征。采用MBR处理洗浴废水，出水无色无味且浊度低于0.5NTU，COD浓度低于15mg/L，BOD5低于5mg/L，凯氏氮浓度稳定在5.7mg/L左右，氨氮浓度在3.3mg/L左右，总磯浓度约为1.3mg/L，出水中阳离子表面活性剂浓度低于10mg/L。经过MBR处理后，废水中的粪大肠杆菌浓度从1.4×106/L降至680/L。可见，MBR对污水废水中的各种污染物均有较高的处理效率，MBR可生产出非常化质的再生水。长期监测了三个MBR工艺和两个传统的二级活性污泥工艺出水及消毒后水体中微生物的种类和浓度，来对比研究MBR工艺和传统二级活性污泥工艺对城市污水中微生物的去除效能。结果发现，MBR工艺对微生物去除效率非常高，MBR出水再进行UV消毒，可以进一步对微生物起到一定的灭活作用，但灭菌效率提升不明显。相反，二级活性污泥工艺对城市污水中微生物的去除效率不高，二级出水进一步进行UV或氯消毒，可以明显提高微生物的灭活率，降低水体中病原微生物的数量。

2.MBR出水溶解性有机物化DOM特征。研究认为，采用MBR工艺处理城市污水，出水中溶解性有机物（DOM）是由多种不同的有机物组成的复杂混合物，包括天然有机物、进水中难生物降解的有机物（例如人活动排放的化学合成难降解有机物）、污染物降解的中间产物及和溶解性微生物代谢产物（SMP），其中SMP是MBR出水中DOM最主要的组成部分。活性污泥微生物产生SMP的数量和种类与微生物活性密切相关，微生物活性受多种因素影响，如温度、pH、DO、有机负荷、毒性物质、反应器内污泥停留时间（SRT）等，其中SRT对SMP的产生量和性质影响最大。

2 污水处理工艺的选择

目前我国科学技术发展的非常快速，很多先进的科学技术被应用到污水处理中去，丰富了污水处理的形式，主要的污水处理工艺有生物污水处理法、化学污水处理法、物理污水处理法以及物化污水处理法等，我们要根据不同的类型，选择合适的处理程序。因此，在市政污水处理中，我们需仔细研究和分析污水的水质以及回收再利用的要求，再综合考虑经济与技术，以此选择合适的污水处理工艺。值得一提的是，我们在检验污水水质时，不可随意，要选择城市中具有代表性的污水排放口，进行取样检测，得出水质的检测数据，水质的准确度，会直接影响后期处理工艺的实施情况。在实际的发展过程中，各个城市之间的发展情况是不同的，企业的类型分布也具有较大的差异性，这也就导致了城市间水质的差异性较大。由此，我们不能用简单的类比来推测水质的情况，需实际的进行检查，这样才能最大化的保障污水处理的效果。我国市政污水处理工艺，主要包括生物膜法以及活性污泥法，在这其中活性污泥法由于处理效率比较高，而受到了广泛的应用。但是在使用活性污泥法时，会遇到一些特殊的情况，如遇到雨季，污水厂的水量要比晴天的时候多出许多，雨水会将一部分的活性污泥冲到二沉池中，造成活性污泥的浪费。针对此种现象，我们可以利用SBR和Orbal工艺进行处理，让污水中有机物降解的更彻底。不同的污水来源，有不同的处理工艺，我国主要应用的处理方法有：（1）当对污染程度较轻的污水进行处理时，我们只需要利用简单的处理技术，减少水中的有机物和悬浮物即可。可用原水经格栅和调节池处理，然后在水中加入适量的混凝剂，消毒后就可以作为回用水使用。（2）当对污染程度较高的污水进行处理时，需选择二级生物处理与物化处理结合的方式，经过两次沉淀处理方式，然后让污泥与混凝剂进行反应，消毒后，作为回用水使用。

3 膜的运行和维护

1.膜的运行流程。该污水厂MBR生化系统是由厌氧池、缺氧池、好氧池、膜分离池组成。膜分离组件是MBR的核心。在膜分离池中，由中空纤维膜组成的膜组件浸放于膜分离区中，由于中空纤维膜0.1μm的孔径可完全阻止细菌的通过，所以将菌胶团和游离细菌全部保留在膜分离区中，各种悬浮颗粒、细菌、藻类、浊度和COD及有机物均能得到有效去除，保证出水悬浮物接近零的出水水质。为保证MBR膜组件具有良好的膜通量，能持续稳定地出水，该厂使用了全自动的在线水反洗、化学反洗及离线化学清洗系统，通过自动程序对数据进行采集、汇总，并通过连锁控制，对系统各工艺操作进行自动调节控制。

2.正常运行管理。系统各出水膜组通过自吸泵抽吸出水，并通过PLC系统自动控制间断出水。运行期间定期进行在线水反洗、在线化学反洗防止和缓解膜污染保持膜组件的良好出水能力。离线化学清洗彻底清洗污染严重的膜组件，恢复膜通量和产水能力。

3.膜维护的一般要求。膜组件出口设置在线浊度检测和水质监测仪表，一旦发现浊度和出水水质变差情形，运行中及时分析膜组的状态，可以对膜组进行及时必要的维护。

4 MBR膜处理工艺在污水处理厂中的应用

1.案例概况。混凝＋沉淀（澄清）＋过滤＋消毒、微絮凝活性砂过滤＋消毒。这两种工艺都是基于以砂滤池过滤为核心的工艺组合，在国内污水处理厂深度处理中也被普遍选用，但由于砂滤池过滤主要去除的对象是水中的胶体物质，因此对出水中的化学性物质没有拦截和去除作用，根据本工程出水COD <30mg/L的出水要求，采用砂滤池很难达到稳定的出水达标回用。

新技术工艺：膜过滤＋消毒。膜是一种具有特殊选择性分离功能的无机或高分子材料，它能把流体分隔成不相通的两个部分，使其中的一种或几种物质能透过，而将其它物质分离出来，其对SS 和胶体类物质具有绝对分离作用，对于大分子有机物也有一定的分离作用。目前，膜技术是环境保护和环境治理的重要产业技术。德国、英国已用膜技术治理了莱茵河和泰晤士河，我国也建设了一批应用膜技术的环保示范工程，并取得了良好的效果。

膜技术在90 年代后期发展迅速，特别是进入21 世纪后，随着膜材料生产的规模化、膜组件及其处理产品的设备化和集成化，膜设备生产技术的普及化和价格大众化，膜技术的发展已经从实验室潜在技术迅速发展成为工程实用技术。已经在许多大型工程中应用，并且可以与传统技术相竞争。针对本工程出水水质要求高的特点，膜处理工艺的处理效果要远远优于其它再生水处理工艺，其出水水质高而且稳定。为保证提供高质量的再生水，本工程再生水处理系统选择膜处理工艺。A城市污水处理厂处理规模为10×104m3/d，其中脱氮除磷工艺是以A2/O为基础的。通过对A污水处理厂实践运营情况分析发现，目前其已处于超负荷运行状态，污水脱氮除磷亦不理想，且其用地紧张，难以实施扩容改造；通过改造原二沉池，在A2/O后增设MBR处理设施，提升脱氮除磷效果，改善出水水质，缓解处理厂的运行压力。

2.工艺特点分析。MBR工艺是将生物脱氮除磷原理与膜生物反应器技术相结合的污水处理新技术。前置厌氧－缺氧－好氧流程及进水，根据进水条件和出水要求人工创造和控制三段的时空比例运转，充分利用膜的强大的固液分离能力，从而保证生物反应器高活性污泥浓度和高效率硝化的特性，使生物池的生物反应能力大大提高。本工程污水处理厂工艺流程见图

污水处理厂工艺流程图

本工程MBR膜工艺的特点主要体现在以下几个方面：第一，进水方式。A污水处理厂在MBR处理系统前端配置两个生化反应池，MBR生物池设有2组，每组可独立运行，生物池主要由进水渠道、厌氧池、缺氧池、好氧池、脱气段、出水渠道组成。缺氧池、好氧池、厌氧池将缺氧区设为两段（缺氧区I及缺氧区II），并在处理过程中使用两点进水方法，即在进生物池前增设进水分配渠道，同时在渠道之后增设污水分配，而所需要处理的污水以一定比例的方式分别经由两套调节堰门而分别流入到厌氧区或缺氧区I；为使功能分区更加明确，本工程厌氧池、缺氧池和好氧池间均设隔墙，以减少返混现象。

第二，回流方式。回流采用三段回流的形式。三段回流形式具体为：第一段为从膜池回流混合液至好氧区前端；第二段为好氧区硝化液分别按比例回流至缺氧区I及缺氧区II；第三段为缺氧区I的反硝化液回流至厌氧区前端。生物池通过回流泵，将缺氧池的混合液（约100%）输送到厌氧池的前端，厌氧池设计水力停留时间1.4hr（按进水名义平均流量），在此活性污泥利用进水中易降解BOD作为碳源去除部分有机物并释放出大量磷。厌氧池出水进入缺氧池，缺氧池内水流为环流，每池设置潜水推进器，保证污泥处于悬浮状态和一定的水流速度，缺氧池水力停留时间为5.4hr（按进水名义平均流量）。缺氧池内通过好氧池混合液的回流，减少出水中的氮类营养物，进行反硝化反应。内回流泵将好氧池的混合液（300%）输送到缺氧池的前端。

为减少异味散发，厌氧池和缺氧池均采用池顶混凝土盖封闭，通过设置气体收集和输送管路，将臭气最终送至除臭系统进行处理。

缺氧池出水进入到好氧池，在好氧池内完成BOD的去除、硝化作用以及磷的吸收。好氧池内曝气装置采用盘式微孔曝气器，为活性污泥提供足够的溶解氧，用于硝化以及为聚磷菌的磷吸收过程创造最佳的环境条件。好氧池水力停留时间为7.9hr（按进水名义平均流量）。

每组好氧池的混合液通过出水堰汇入MBR生物池出水渠道（亦即膜池进水渠道），返回的混合液通过循环泵（该设备计入膜池）进入好氧池，以保证膜池的正常运行，防止膜的堵塞。循环泵最大回流比400%。

3.参数设计。

由于出水水质中对总磷有较高要求，为达到设计排放要求，本工程在进行生物除磷的同时，辅以化学除磷作为补充，通过向污水中投加PAC溶液，使污水中的溶解性磷酸盐转化成不溶性磷酸盐沉淀物，随剩余污泥从系统中排出。辅助化学除磷药剂为PAC，投加点位于好氧区前端。

生物池设计参数如下：

第一，混合液污泥浓度（MLSS）。膜池MLSS设置以10g/L的标准进行的，缺氧区MLSS为6.4g/L，厌氧区MLSS为4.8g/L，好氧区MLSS为8.0g/L。第二，污泥泥龄（SRT）。对于有脱氮需求的A污水处理厂，在进行泥龄参数设计过程中通常都是以泥龄长的MBR工艺主要考虑，之后则依据硝化泥龄和反硝化泥龄来进行SRT的计算，同时SRT计算时需考虑对膜污染的控制，由此计算A污水处理厂中泥龄设计参数为18.6d。第三，回流比。膜池向好氧区、好氧区向缺氧区、缺氧区向厌氧区的回流液比例分别控制在300~500%、200~300%、100~200%。第四，水力停留时间（HRT）。硝化和反硝化效果与HRT之间有着密切的关系，过短的HRT难以保证硝化和反硝化效果，结合A厂的实际，其膜池HRT设计值为10.5h。

总之，在实际工程中，MBR需要较高的成本，所以大型污水处理厂在处理污水过程中要综合考虑技术的经济性和污水处理的可行性，从而确定污水处理方案。

参考文献：

[1]胡军，浅谈污水处理厂MBR膜处理工艺.2018.

[2]杨春萍.探讨污水处理厂MBR膜处理工艺研究.2017.