平板膜生物反应器工艺在中水回用技术中的应用

吕海涛

摘 要：为响应国家推进建筑节能减排的号召，平板膜生物反应器（MBR）工艺被应用到了天保商务园的污水处理中，出水全部回收利用，整个污水处理站实现了全自动控制，并大大减少了污泥的产生量。

关键词：膜生物反应器；中水回用；污泥排放；污水处理

中图分类号：X703.3 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）19-0020-02

城市化、工业化和农业集约化的快速发展，给全球水资源、水环境带来了巨大的压力。水资源短缺的国家都将单纯水污染控制转变为全方位的水环境可持续发展。我国也采取了多种措施来缓解城市居民用水的危机，其中最主要的就是中水回用。

随着中国城市的不断发展，房地产中住宅小区中的用水量在不断增加，所占城市总生活用水的比例也越来越大。目前，大部分住宅小区和商务园都有景观园林、水景等观赏或娱乐设施，而各种绿地养护、冲厕和洗车等每天需要消耗大量的水，所以将小区和商务园的生产、生活废水处理后回收利用，既能解决水污染问题，又能实现水资源的回收利用。同时，这也是解决城市缺水问题的有效途径之一，可以最大限度地实现区域内水资源的充分循环，达到节能减排的目标。

膜生物反应器以其占地面积小、出水水质好、没有二沉池和运行、维护简单等优势，在住宅小区、商务园的污水回用处理中得到了广泛的应用，并得到了大家的一致认可。而平板膜MBR工艺又因其污泥浓度能够达到15 000～20 000 mg/L、占地面积更小、可在线清洗、污泥产生量更少等特点，相比于中空MBR工艺，更受用户青睐。

1 商务园污水站概况

1.1 污水站规模

污水处理站位于天津空港物流加工区中心大道与西二路交角处天保国际商务园A，B地块内，污水主要是商务园内日常生产、生活排放的废水，A区污水处理站的规模为640 m3/d，B区污水处理站的规模为800 m3/d。

1.2 设计进、出水水质

设计进水为办公楼排放的未经化粪池处理的生活污废水及

经过隔油处理的餐饮废水的混合污水。

设计出水为达到《城市污水再生利用 城市杂用水水质》（GB/T 18920—2002）绿化及冲厕标准和符合天津当地环保部门规定的污水。污水处理站的设计进、出水水质如表1所示。

图1 MBR工艺流程图

污水处理站的工艺流程如图1所示。污水先进入调节池进行水质、水量的调节，然后通过潜水提升泵提升至生物处理单元。在进调节池前，通过粗细格栅，去除污水中的悬浮物和尖利物，以保护生化处理的膜组件。

从

生物处理单元主要包括选择池、厌氧池、缺氧池和曝气膜池。污水首先进入选择池，缺氧回流混合液和进水在该池内混合，以保证后续厌氧池的厌氧环境。同时，该池具有一定的强化脱氮除磷效果。污水进入厌氧池后进行厌氧释磷，然后进入缺氧池进行反硝化脱氮，最后进入曝气膜池进行硝化反应。经过MBR的生化处理和膜组件的过滤作用，污水中的有机物、悬浮物、氮、磷等污染物质能得到有效的去除。

曝气膜池中安装有微孔曝气管和久保田平板膜组件，膜组件最底部有粗气孔曝气管。MBR池中的MLSS浓度通常维持在12 000～20 000 mg/L的范围内。通过抽吸泵，清洁水（合格水）经过膜组件被抽入清水池。

在本生物系统中，共设置有2个回流系统，一个是缺氧池回流到选择池，回流量为2Q，实现厌氧释磷；另一个是曝气膜池回流到缺氧池，回流量为3Q，实现缺氧脱氮，从而有效实现MBR生物系统的脱氮除磷。

MBR工艺中的微孔曝气和膜曝气采用的均是罗茨鼓风机，并采用变频调速的方式控制气量。

3 工艺特点

3.1 流程短、设备简单

膜生物反应器通过膜的高效截留作用，实现了反应池内水力停留时间（HRT）与污泥停留时间（SRT）的完全分离，所以无需在好氧污泥系统产生絮体，以便之后二沉池的泥水分离。由此可见，生物反应器内的污泥浓度比传统工艺高许多，一般控制在12 000～20 000 mg/L的范围内。而生化反应速率又与反应物浓度有关——反应物浓度越高，反应速率越大。因此，膜生物反应器的容积负荷可高达5 kgCOD/（m3·d），而传统工艺通常只有0.4～0.9 kgBOD/（m3·d），使生物反应池的容积大大减小。相关资料显示，相同规模的污水量，膜生物反应器的好氧池体积为传统处理工艺的1/3左右。

3.2 污染物去除率高、出水水质好

MBR在处理高浓度、难降解的有机工业废水时具有显著的优势。在MBR 中，由于膜组件对反应池中的微生物，尤其是对世代周期较长的硝化反硝化菌种，及存在于小污泥颗粒中的微生物具有相当好的截留作用，这提高了污染物的去除率，减少了出水的悬浮物（SS），使出水水质一般能够达到回用水平。

3.3 污泥排放量小

膜生物反应器的污泥排放量很小，甚至可以做到不排泥。污泥自降解和污泥水解降低了传统水处理系统的效率，但对膜生物反应系统却非常有益。常规的活性污泥法通常采用的是生物周期处于稳定期末尾至衰亡期初始时的活性污泥，而由于膜生物反应器中的高污泥浓度较大，微生物的总量也非常多，因此，它在消耗水中有机污染物的同时，还会使许多微生物处于“饥饿”的状态。相当一部分处于衰亡期的微生物依靠自身的内源呼吸进行代谢分解，这在保持出水污染物浓度降低的同时，消耗了污泥生长过程中的剩余量。膜分离使得污水中的大分子难降解物质在体积有限的膜生物反应器内有足够的停留时间，大大提高了难降解物质的降解效率，减少了剩余污泥的排放量，甚至可以做到不排泥。

3.4 自动化控制、维护简单

在传统活性污泥法中，由于运行中经常出现波动现象，为了确保良好的出水水质，必须对其运行管理投入大量的人力、物力和财力。而膜生物反应器采用的是膜分离技术，能够保证稳定的出水水质，同时省去了泥水分离设施，因此，可以很容易地实现膜生物反应器系统从进水到出水的全程自动化控制。

3.5 可以使水质快速达到处理要求

在反应池启动期，不同于传统曝气池需要通过沉淀排除上清液来提高污泥的浓度，膜分离作用可以完全截留污泥颗粒，并能够在曝气及营养物质的共同作用下迅速地提高系统内的污泥浓度，使整个膜生物反应器系统快速启动，进而使水质在短时间内达到处理要求。

4 平板膜MBR的过滤机理

在平板膜MBR的运行过程中，平板膜的表面会形成以污泥层和凝胶层为主的污染层，这层污染层既有降低膜通量的消极作用，又有增强膜的截留能力的作用。污泥浓度和曝气强度是决定污染层的截留能力、通量、可更替性的关键因素。我们把这层附着在平板膜表面的污染层称之为“生物膜”，如图2所示。平板膜MBR的过滤不是简单的分子筛原理，而是生物膜过滤机理。这层生物膜对固液分离的贡献极大，大部分固体颗粒实际上是被这层生物膜所截留。由于这层生物膜的保护极大地减缓了物理膜的污染速度，所以平板膜可以运行数个月而不用清洗。

5 结论

采用平板膜MBR工艺对天保国际商务园污水处理站的污水进行处理，出水直接达到了《城市污水再生利用 城市杂用水水质》的标准，出水可以用来绿化、冲厕、洗车和景观用水，最大限度地实现了天保国际商务园内水资源的循环利用，达到了节能减排的目标。

由于平板膜MBR工艺的污泥浓度能够达到12 000～20 000 mg/L，比常规活性污泥工艺和中空膜MBR工艺的污泥浓度都要高很多，因此，相比于常规活性污泥工艺和中空膜MBR工艺，其具有更好的耐冲击负荷能力。平板膜MBR工艺容积负荷的提高大大缩小了生物反应池的容积，并大大减少了占地面积。由于长泥龄下污泥的消解作用，平板膜MBR工艺的污泥排放量也大大较少，降低了污泥的处理成本。

整个污水处理站运行、维护简单，可以实现膜生物反应器系统从进水到出水的全程自动化控制。生物池安装在线溶解氧测定仪和污泥浓度测定仪后，可以实时监测污水处理站的运行状态，方便污水处理站的科学运营管理。

参考文献

[1]楮俊英，陈吉宁.中水回用的经济与中水利用潜力分析[J].中国给水排水，2002，18（05）：83-86.

[2]吴桂萍，崔龙哲.一体式平板膜生物反应器中膜污染及清洗效果研究[J].中南民族大学学报，2006，25（02）：15-18.

[3]夏明芳，张利民，吴志超.平片膜生物反应器中膜污染特性的试验研究[J].江苏环境科技，2002，15（03）：1-4.

〔编辑：王霞〕

Flat Membrane Bioreactor Technology in Water Reuse Techniques

Lv Haitao

Abstract： In response to the national call to promote building energy saving， flat membrane bioreactor（MBR）technology has been applied to a sewage treatment Tianbao Business Park， the water all the recycling， the entire sewage treatment plant to achieve the automatic control， and greatly reducing the amount of sludge generation.

Key words： membrane bioreactor； water reuse； sludge discharge； sewage treatment

3.5 可以使水质快速达到处理要求

在反应池启动期，不同于传统曝气池需要通过沉淀排除上清液来提高污泥的浓度，膜分离作用可以完全截留污泥颗粒，并能够在曝气及营养物质的共同作用下迅速地提高系统内的污泥浓度，使整个膜生物反应器系统快速启动，进而使水质在短时间内达到处理要求。

4 平板膜MBR的过滤机理

在平板膜MBR的运行过程中，平板膜的表面会形成以污泥层和凝胶层为主的污染层，这层污染层既有降低膜通量的消极作用，又有增强膜的截留能力的作用。污泥浓度和曝气强度是决定污染层的截留能力、通量、可更替性的关键因素。我们把这层附着在平板膜表面的污染层称之为“生物膜”，如图2所示。平板膜MBR的过滤不是简单的分子筛原理，而是生物膜过滤机理。这层生物膜对固液分离的贡献极大，大部分固体颗粒实际上是被这层生物膜所截留。由于这层生物膜的保护极大地减缓了物理膜的污染速度，所以平板膜可以运行数个月而不用清洗。

5 结论

采用平板膜MBR工艺对天保国际商务园污水处理站的污水进行处理，出水直接达到了《城市污水再生利用 城市杂用水水质》的标准，出水可以用来绿化、冲厕、洗车和景观用水，最大限度地实现了天保国际商务园内水资源的循环利用，达到了节能减排的目标。

由于平板膜MBR工艺的污泥浓度能够达到12 000～20 000 mg/L，比常规活性污泥工艺和中空膜MBR工艺的污泥浓度都要高很多，因此，相比于常规活性污泥工艺和中空膜MBR工艺，其具有更好的耐冲击负荷能力。平板膜MBR工艺容积负荷的提高大大缩小了生物反应池的容积，并大大减少了占地面积。由于长泥龄下污泥的消解作用，平板膜MBR工艺的污泥排放量也大大较少，降低了污泥的处理成本。

整个污水处理站运行、维护简单，可以实现膜生物反应器系统从进水到出水的全程自动化控制。生物池安装在线溶解氧测定仪和污泥浓度测定仪后，可以实时监测污水处理站的运行状态，方便污水处理站的科学运营管理。

参考文献

[1]楮俊英，陈吉宁.中水回用的经济与中水利用潜力分析[J].中国给水排水，2002，18（05）：83-86.

[2]吴桂萍，崔龙哲.一体式平板膜生物反应器中膜污染及清洗效果研究[J].中南民族大学学报，2006，25（02）：15-18.

[3]夏明芳，张利民，吴志超.平片膜生物反应器中膜污染特性的试验研究[J].江苏环境科技，2002，15（03）：1-4.

〔编辑：王霞〕

Flat Membrane Bioreactor Technology in Water Reuse Techniques

Lv Haitao

Abstract： In response to the national call to promote building energy saving， flat membrane bioreactor（MBR）technology has been applied to a sewage treatment Tianbao Business Park， the water all the recycling， the entire sewage treatment plant to achieve the automatic control， and greatly reducing the amount of sludge generation.

Key words： membrane bioreactor； water reuse； sludge discharge； sewage treatment

3.5 可以使水质快速达到处理要求

在反应池启动期，不同于传统曝气池需要通过沉淀排除上清液来提高污泥的浓度，膜分离作用可以完全截留污泥颗粒，并能够在曝气及营养物质的共同作用下迅速地提高系统内的污泥浓度，使整个膜生物反应器系统快速启动，进而使水质在短时间内达到处理要求。

4 平板膜MBR的过滤机理

在平板膜MBR的运行过程中，平板膜的表面会形成以污泥层和凝胶层为主的污染层，这层污染层既有降低膜通量的消极作用，又有增强膜的截留能力的作用。污泥浓度和曝气强度是决定污染层的截留能力、通量、可更替性的关键因素。我们把这层附着在平板膜表面的污染层称之为“生物膜”，如图2所示。平板膜MBR的过滤不是简单的分子筛原理，而是生物膜过滤机理。这层生物膜对固液分离的贡献极大，大部分固体颗粒实际上是被这层生物膜所截留。由于这层生物膜的保护极大地减缓了物理膜的污染速度，所以平板膜可以运行数个月而不用清洗。

5 结论

采用平板膜MBR工艺对天保国际商务园污水处理站的污水进行处理，出水直接达到了《城市污水再生利用 城市杂用水水质》的标准，出水可以用来绿化、冲厕、洗车和景观用水，最大限度地实现了天保国际商务园内水资源的循环利用，达到了节能减排的目标。

由于平板膜MBR工艺的污泥浓度能够达到12 000～20 000 mg/L，比常规活性污泥工艺和中空膜MBR工艺的污泥浓度都要高很多，因此，相比于常规活性污泥工艺和中空膜MBR工艺，其具有更好的耐冲击负荷能力。平板膜MBR工艺容积负荷的提高大大缩小了生物反应池的容积，并大大减少了占地面积。由于长泥龄下污泥的消解作用，平板膜MBR工艺的污泥排放量也大大较少，降低了污泥的处理成本。

整个污水处理站运行、维护简单，可以实现膜生物反应器系统从进水到出水的全程自动化控制。生物池安装在线溶解氧测定仪和污泥浓度测定仪后，可以实时监测污水处理站的运行状态，方便污水处理站的科学运营管理。

参考文献

[1]楮俊英，陈吉宁.中水回用的经济与中水利用潜力分析[J].中国给水排水，2002，18（05）：83-86.

[2]吴桂萍，崔龙哲.一体式平板膜生物反应器中膜污染及清洗效果研究[J].中南民族大学学报，2006，25（02）：15-18.

[3]夏明芳，张利民，吴志超.平片膜生物反应器中膜污染特性的试验研究[J].江苏环境科技，2002，15（03）：1-4.

〔编辑：王霞〕

Flat Membrane Bioreactor Technology in Water Reuse Techniques

Lv Haitao

Abstract： In response to the national call to promote building energy saving， flat membrane bioreactor（MBR）technology has been applied to a sewage treatment Tianbao Business Park， the water all the recycling， the entire sewage treatment plant to achieve the automatic control， and greatly reducing the amount of sludge generation.

Key words： membrane bioreactor； water reuse； sludge discharge； sewage treatment