膜生物反应器（MBR）运行及节能分析

黎 俊（重庆市环境保护工程设计研究院有限公司深圳分公司 广东深圳 518055）

膜生物反应器（MBR）运行及节能分析

黎 俊
（重庆市环境保护工程设计研究院有限公司深圳分公司 广东深圳 518055）

污水处理中会出现污泥膨胀的情况，污泥膨胀导致出水水质变差。本文通过实验研究了污泥膨胀时膜生物反应器的膜污染影响因素及降低膜生物反应器节约能耗对策。

膜生物反应器；污泥膨胀；膜污染；节能分析

膜生物反应器（MBR）是基于活性污泥法上改进的一种处理污水的新技术。自20世纪60年代开始研究膜反应器技术，到80年代后期研究出了多种膜生物反应器。目前这种技术已被广泛应用于各类污水的处理中。它是利用膜的高效分离特性来分离泥水混合物，膜具有的高效截留作用可以将活性污泥截留在其中，即使在高负荷进水的情况下，膜生物反应器中也可以保持足够的污泥浓度，保证系统的正常运行[1]。

1 膜生物反应器的特点

MBR系统比起传统的活性污泥系统有以下几个特点：

1.1 分离悬浮固体能力高，能够最大限度的把活性污泥截留在反应器中。传统活性污泥法MLSS最大能达到大约5g/L，而膜生物反应器的MLSS最高能够达约20g/L，较高的MLSS可以使得MBR系统对有机物的去除效果比传统的活性污泥法更好[2]。

1.2 MBR处理废水成本低于传统活性污泥法。传统活性污泥法中的污泥产量高而浓度相对较低，导致处置剩余污泥的费用较高，一般可占处理废水总成本的一半。在F/M较低的条件下，MBR污泥产量远远低于传统法，处置剩余污泥废用远远低于传统法，降低了整体处理废水的成本。

1.3 污泥停留时间长，提高了脱氮除磷效果。MBR系统延长了活性污泥的停留时间，使得世代时间较长的硝化菌和亚硝化菌留在生物反应器中的时间延长，故MBR的脱氮除磷效果得到提高。

1.4 无需设置二沉池，节省占地面积。MBR系统的反应器比传统活性污泥法体积小，占地面积小，便于推广使用。

1.5 MBR系统的缺点是较难克服膜污染，它比传统活性污泥法的阻力大，透水率低，对处理水的效率影响较大，这点是限制MBR法广泛应用的一个主要原因。

2 活性污泥膨胀

活性污泥是由各种有生命活力的微生物组成的絮状污泥。这些微生物代谢生长过程中会在细胞壁外面产生粘液层，当废水与其接触时，粘液层会吸附废水中的有机物，在生物酶的催化作用下微生物将有机污染物代谢并转化为自身生长繁殖所需的营养物质来吸收并贮存在体内。当系统运行不正常时污泥中会大量出现丝状菌，导致菌胶团消失，发生丝状膨胀；另一种情况是菌胶团的过量生长，产生大量粘性物质，导致污泥虚体下沉和压缩过程受到阻碍。这种发生非丝状膨胀也是污泥沉降性能变差的表现[3]。

评价污泥沉降性能和污泥膨胀的常用指标有以下几种：

2.1 污泥沉降比

污泥沉降比又叫做30min沉降率，用SV表示。SV是指在量筒中将混合液静置30min后沉淀污泥所占原污泥的容积百分比，单位是%。SV能够不仅直接地反映污泥沉降性能而且测定方法较为简单，故SV成为常用来评价污泥的指标之一。

2.2 污泥容积指数(SVI)

SVI是指混合液静置30min之后，沉淀污泥中1克干污泥所占的容积，单位是mL，计算公式如下：

SVI值可以反映活性污泥的絮凝和沉淀性质。在这篇文章中，污泥容积指数（SVI）也被用来作为评价活性污泥沉降性能好坏的指标。污泥发生污泥膨胀时，污泥的沉降性能会下降，菌胶团细菌产生大量的胞外聚合物（EPS），当菌胶团细菌发生非丝状菌污泥膨胀时，就会大量产生EPS，而这些胞外聚合物水分含量高粘度显著，使污泥沉降性能恶化，如果不能解决这种情况，就会对膜产生污染。

3 试验装置

实验装置及工艺流程图如图1：

供给微生物分解污水中有机物所需的氧气试验中的膜组件是由天津膜天膜科技有限公司生产的聚偏氟乙烯（PVDF）中的一种帘式空纤维膜，其组件和参数见表1。

表1 实验中膜的组件参数

实验采用污水处理厂的污泥接种，浓度约为5000mg/L。在污泥驯化阶段，使用10L/h的恒流出水，气水比是40:1，抽吸时间比为12:3。每组实验结束后都要重新驯化污泥。实验用水是用人工配水模拟盥洗废水，其进水COD约为300mg/L；BOD和氨氮含量分别是BOD:N为100:5、100:3和100:1。

4 结论

通过实验得出影响膜过滤分离的主要因素及降低能耗对策：

4.1 曝气池中混合液的性质会影响混合液与膜表面的作用效果。而曝气池中混合液性质与膜生物反应器的运行条件有关。所以运行操作参数直接影响着膜生物反应器的状况。

4.2 膜过滤运行的工作参数，如膜面流速、膜通量、抽吸时间等对膜生物反应器的运行有重要影响，膜表面的循环流速通过膜曝气强度控制。换气量增加可以提高膜表面的循环流速。膜通量这个参数决定了膜表面凝胶层的形成速度和形成质量，对生物反应器中活性污泥的沉积性能也会产生影响。膜生物反应器运行中抽吸时间和停抽时间的设置也会影响生物反应器中物质交换与反应。本试验研究在膜生物反应器中污泥膨胀情况下，各运行操作条件对膜生物反应器中膜过滤分离情况的影响。具体影响参数应进一步在实际工作条件中实验研究得出。

4.3 通过流量控制的方式影响膜的面积、加强预处理、优化MBR污泥的回流系统，以达到降低能耗目标。

[1]王彬.膜生物反应器（MBR）在污泥膨胀情况下运行状况的分析.天津大学，2005(12).

[2]孟凡刚.膜生物反应器膜污染行为的识别与表征.大连理工大学,2007(01).

[3]林红军,陆晓峰,段伟,沈飞.膜生物反应器中膜过滤特征及膜污染机理的研究.环境科学.2006(12).

黎俊（1985—），男，本科，汉族，广东清远人，助理工程师。主要从事环境监理和环境咨询工作。