青岛某污水处理厂MBR膜生物反应器工程浅析

牟晓伟

（青岛市团岛污水处理厂，山东 青岛 266002）

0 引言

随着经济的迅速发展以及城市化进程的加速，市政管网的逐步完善，区域污水量近年来逐年上升，青岛某污水处理厂的实际进水量已满负荷甚至超负荷运行。为此，青岛该污水处理厂拟扩建4万m3/d，扩建后处理规模达到20万m3/d，峰值系数1.3，出水标准为准四类水体标准。设计进出水水质见表1。

表1 设计进出水水质

该厂采用“原厂减量+扩建MBR”工艺进行提标扩建。原MSBR系统由16万m3/d减量至12万m3/d，并于深度处理增加磁混凝沉淀池和臭氧氧化系统；新增8万m3/dMBR膜处理工艺系统。该厂工艺流程见图1。

本文结合实际工程，介绍了MBR工艺的特点、详细设计参数、膜污染控制等方面的内容。

1 MBR工艺介绍

该工艺是近几年才开始广泛应用的新型污水处理工艺，它将膜过滤和生物反应器有机的结合在一起，发挥了单独的生物反应器或单独的膜过滤不能发挥的功能，对难降解有机污染物和悬浮物有一定的处理效果。传统工艺的泥水分离采用沉淀池来实现的，而MBR工艺则采用膜分离工艺代替传统的活性污泥法中的二沉池，起着把生物处理工艺所依赖的微生物从生物培养液（混合液）中分离出来的作用，从而微生物得以在生化反应池内保留下来，同时保证出水中含较少的微生物和其他悬浮物。MBR的最大特点就是可以将生物反应器中的水力停留时间和污泥龄完全分离，在较小停留时间的情况下保证很高的污泥龄，这为有机污染物、氮污染物的降解创造了有利条件。

MBR工艺特点是把专用的膜组件（见图2）浸泡在混合液之中，在水泵的抽吸作用或者水位差的推动下把水（透过微孔膜）排到生化反应池之外，微生物、细胞和其他颗粒物被拦截在生化反应池之内。淹没式MBR的最大特点是操作压力特别低，跨膜阻力一般不超过50 kPa。MBR工艺采用低压差、低渗透通量设计，膜表面的浓差极化作用弱，对膜表面的施加一定的扰动就能够有效地延缓这个过程，通常的做法是在膜表面鼓气，从而使膜表面接受气液两相的剧烈扰动。

目前已经投入大规模应用的MBR膜有PVDF材质的中空纤维膜和平板膜两种，其中中空纤维膜，具有良好的透水性能、优异的膜机械强度、优良的膜化学稳定性，价格相对较低，适合用于大规模污水处理厂。

图1 工艺流程图

图2 膜组件示意图

在MBR工艺中，由于用膜组件代替了传统活性污泥工艺中的二沉池，可以进行高效的固液分离，克服了传统工艺中出水水质不够稳定、污泥容易膨胀等不足，同时具有下列优点：

（1）MBR工艺解决了传统活性污泥法造成的沉淀部分对最大生物浓度的限制，反应器内的微生物浓度高是传统方法的2～3倍，达8～10 g/L。与传统工艺相比，在达到同样出水水质的情况下，MBR工艺容积负荷高，可节省生化池占地，占地面积可减少到传统活性污泥法的1/3到1/5；

（2）膜生物反应器采用PVDF膜，其表面孔径只有0.03～0.4 μm，能够高效地进行固液分离，抗冲击负荷能力强，出水水质优质稳定，悬浮物和浊度接近于零，对细菌和病毒也有很好的截留效果，出水可直接达到或高于《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级A标准，直接进行再生利用，省去活性污泥法中的常规深度处理工艺；

（3）由于膜的高效截留作用，可使微生物完全截留在生物反应器内，实现反应器水力停留时间（HRT）和污泥龄（SRT）的完全分离，使运行控制更加灵活稳定；

（4）有利于增殖缓慢的微生物如硝化细菌的截留和生长，系统硝化效率得以提高。也可增长一些难降解有机物在系统中的水力停留时间，有效地将分解难降解有机物的微生物滞留在反应器内，有利于难降解有机物降解效率的提高；

（5）MBR工艺一般都在高容积负荷、低污泥负荷下运行，剩余污泥产量低，降低了污泥处理费用；

（6）可以实现完全的自动控制，操作管理方便，降低工人的劳动强度，也减少运行需要的人员；

（7）膜截留作用可使活性污泥与产水有效分离，因此MBR工艺启动快，也不受污泥膨胀的影响，减少运行难度。

2 MBR工艺详细设计

本工程拟新建MBR生物反应池一座，设计规模为8.0 m3/d。

2.1 A/A/O生物反应池

新建1座A/A/O生物反应池，设计规模8.0万m3/d。

A/A/O生物反应池1座2池，有效水深9 m，总有效容积为61 667 m3，总停留时间18.5 h。

生物反应池主要由厌氧区、缺氧区、好氧区组成，其主要功能是去除污水中的有机污染物及氮、磷等污染物。

（1）厌氧区

使饥饿高效的活性污泥会快速吸附原水中的溶解性有机物，并对难降解的有机物起到良好的水解作用。同时，污泥中的磷在厌氧条件下得到有效的释放，活性提高，为好氧条件污泥对磷的大量吸收作准备。

（2）缺氧区

厌氧区出水进入缺氧区，同时进入的还有好氧区的回流混合液。反硝化菌在缺氧的环境下，利用污水中的有机污染物作为碳源，将回流混合液中大量的硝态氮还原成氮气，完成脱氮过程。与此同时，BOD5浓度下降。

（3）好氧区

缺氧区出水进入好氧区，同时进入的还有膜池的回流污泥。好氧区中大量繁殖的活性污泥微生物，降解和吸附水中有机污染物质，以达到净化水质的目的，好氧区内设曝气器。

（4）主要设计参数

设计规模：8万m3/d；

总停留时间：18.5 h；

有效水深：9 m；

厌氧区停留时间：1.5 h；

缺氧区停留时间：10.5 h；

好氧区停留时间：6.5 h；

污泥浓度：6～8 g/L；

污泥产率：0.60 kgDS/kgBOD；

剩余污泥量：10 080 kg/d；

气水比：6.8∶1；

污泥回流比：400%～500%；

好氧至缺氧混合液回流：200%～300%；

缺氧至厌氧混合液回流：100%～200%。

2.2 MBR膜池

新建1座MBR膜池，设计规模8万m3/d。

MBR膜池是工艺的核心部分，主要为浸没式膜组件。膜组件通过机械筛分、截流等作用对废水和污泥混合液进行固液分离。大分子物质等被浓缩后返回生物反应器，从而避免了微生物的流失。生物处理系统和膜分离组件的有机组合，不仅提高了系统的出水水质和运行的稳定程度，还延长了难降解大分子物质在生物反应器中的水力停留时间，加强了系统对难降解物质的去除效果。

生物池经过最终的好氧出水后，进入MBR膜池，通过膜丰富的生物相、高污泥浓度以及膜的综合作用，使污水得到进一步的净化，通过MBR膜池工艺的处理过程，BOD、COD、氨氮、总氮、总磷进一步降解，并最终达到出水标准。

主要设计参数：

设计规模：8万m3/d；

停留时间：1.5 h；

设计平均膜通量w:

膜通量：15 L/m2·h；

污泥浓度：10 g/L；

气 水 比：10∶1；

老巴在急救室门口只坐了一会儿，医生便走了出来。医生平淡地说：“人已经完了。心肌梗死。”半小时后，阿里的母亲便被送到了太平间。阿里的弟弟阿东赶到医院时，老巴蹲在太平间门口，他已经悲伤得嗓子发不出声音。罗四强和李丽红都在劝他先回家去。

设计最低水温：12℃；

设计最高水温：30℃。

（1）设计参数选择（见表2）

表2 设计参数

（2）膜吹扫风量

单个膜组器投影面积：2.2 m2；

膜组器个数：192套；

膜设计吹扫风量：90 Nm3/m2·h；

膜吹扫所需风量：202×192×90÷60=634 m2/min；

设备选型：多级离心风机，Q=212 m3/min，H=4.2 m，N=220 kW，4台（3用1备）。

（3）产水抽吸泵

1个膜池廊道对1台产水抽吸泵。

抽吸泵流量：

设备选型：Q=223 m3/h，H=10 m，N=11 kW，26台（冷备2台）

运行方式：运行7 min停1 min，每日运行21 h，设计流量变化系数为1.30。

（4）CIP反洗泵

每组膜片面积为1 520 m2

反洗水量每m2膜片3 L水量计算，每个膜组器配管容积0.12 m3

反洗水量：

按照反洗水泵15 min将药液注入

反洗水泵流量

设备选型：Q=169 m3/h，H=11 m，N=7.5 kW，2台（1用1备）

（5）反洗加药量

a.次氯酸钠加药量

次氯酸钠小洗：

药液浓度500 mg/L，药液用量3 L/m2，储罐原药液浓度为10%，需原药液量

药液15 min注入，10%次氯酸钠密度按1.1 kg/L计算。清洗加药泵量：

次氯酸钠大洗

药液浓度3 000 mg/L，药液用量3 L/m2，储罐原药液浓度为10%，需原药液量

药液 15 min注入，10%次氯酸钠密度按1.1 kg/L计算。清洗加药泵量：

按次氯酸钠大洗时用量选择泵，因此次氯酸钠加药泵流量：Q=4 595 L/h，2台（1用 1备），加变频器和电磁流量计，实现在线小洗833 L/h的流量调节要求。

b.柠檬酸加药量

药液浓度8 000 mg/L，药液用量3 L/m2，储罐原药液浓度为30%，需原药液量

药液15 min注入，30%次氯酸钠密度按1.13 kg/L计算。清洗加药泵量：

柠檬酸加药泵流量：Q=3 976 L/h，2台（1用1备），加变频器和电磁流量计。

3 膜污染的控制

这一工艺中，膜污染控制是非常重要的。根据运行经验，可以通过以下几个方面进行膜污染控制：

（1）水质控制：去除污水中的粗大悬浮物，特别是纤维状物质，以及石油类污染物。

工程设计中在污水进入生物池前需要采用格栅间隙为1 mm的超细格栅，实现加大颗粒物以及纤维状污染物的去除；预处理中设置沉砂池去除石油类的污染物。

（2）合理设计：结合专业的系统制造商及供货商实现MBR工艺膜池内膜组件的最优设计，力求简练，最大限度方便运行管理和日常维护。

（3）优化水力条件：综合考虑膜池过流断面和曝气方式，在膜池内形成良好的水力条件，保持膜面有良好的水力冲刷作用，控制活性污泥在膜面的黏附和沉积。

（4）优化膜组件运行方式：通常情况下膜组件的运行方式都是间歇出水，在膜组件停止出水期间可以进行反冲洗。另外运行中结合水质特点，合理确定进水、反冲洗的周期，可以减缓膜污堵的速率。同时运行中对膜组件的曝气是连续的。

（5）设计中配备完善的在线清洗和化学清洗系统：要保持膜的透水性，必须做到按要求及时进行在线清洗和化学清洗，不能等膜完全堵塞后再行清洗，那时将会发现大量的膜面积已经很难得到有效的清洗，原因是药液已经难以到达完全堵塞的那部分膜面积。

（6）配备必要的仪表，密切监控和记录膜的运行状况。

4 结语

MBR是近几年才开始广泛应用的新型污水处理工艺，MBR工艺容积负荷高，可节省生化池占地，在目前提标改造工程中具有比较明显的优势。本文结合实际工程，对MBR工艺进行了详细介绍，对目前污水处理厂提标扩建具有一定的指导意义。