基于MBR工艺的高速公路服务区污水处理稳定运行原理分析

贾志龙

（山西省交通新技术发展有限公司，山西 太原 030012）

0 引言

我国经济发展，交通网络不断壮大，同时也不可避免地在服务区产生了一定的生活污水，而我国人口数量庞大，并且随着人们对生活质量要求的提高，出行比例也进一步上升，因此服务区生活污水水量也在不断上涨。在污水水体中，含有一定量的磷、氮、碳等元素。污水排放时会与其他水体混合，进而增加污水量，甚至导致整个河道水污染，无论是对水体自身，还是对周围生态都不可避免地带来了极大伤害与影响，特别是未经处理的污水，其任意排放所带来的后果是不堪设想的[1]。

调查显示，我国多地已经运用了MBR一体污水处理设备，并且将其运用在多种污染物治理场景中。MBR工艺不仅在对污染物的降解效果上表现出众，同时也有着不可比拟的稳定性。本文结合MBR工艺在高速公路服务区的实际使用，从原理上对MBR一体污水处理设备分析，并重点探究该设备的稳定性，对于服务区污水处理工作具有现实性的指导意义。

1 MBR工艺简述

MBR全称（Membrane Bio-Reactor，膜生物反应器）其工作原理是将膜过滤与生物反应器两者进行整合，通过1+1的形式，使其具有个体不具备的作用与能力，进而大大提高有机污染物、悬浮物的处理质量[2]。传统处理工艺下，是采用泥水分离技术进行的，需要沉淀池，但是MBR则是以膜分离技术取代了二沉池，将生物从混合液中分离出来，同时，微生物继续在反应池中。MBR的最大优势在于其能够在较短的时间内，实现较高的污泥龄，这一优势能够为污染物的降解提供更多机会与可能。

膜反应器还具有其他显著优势，例如占地面积小，以及出水水质高的优势。这一技术利用膜自身高效分离的特点，在极大程度上提升了泥水之间的分离效率，同时，随着活性污泥浓度的提高，在优势菌的作用下，又能大大地提高反应效率。除此以外，这一工艺所产生的剩余污泥在量上较传统技术而言也有明显缩减，有效地解决了传统方法带来的各种问题。图1为一种MBR工艺的一体化污水处理设备原理图。

图1 一体化污水处理设备原理图

2 MBR的工艺类型

MBR中生物反应器组合方式是多样的，因此，可以根据组合方式进行分类，如分置式、一体式。

分置式类型，这是一种较为普遍的构成形式，具体而言，是对膜组件与生物反应器两者实施隔离，达到分置状态，进而保证仪器功能独立工作。在生物反应器中的混合污水，通过内部循环，能够到达膜组件中，并进行过滤，处在压力系统中的液体借助膜系统进行二次处理，这一过程中，固体与大块物质均无法通过分子膜，被隔挡的物质则会回到生物反应设备中去。通过对应用实践的分析，可以知道这种分置式具有较大优势，如运行稳定，运行安全性高，同时，多次使用后设备的清洁工作也较为简单。但是，分子膜可通过量较大，这也导致分置式存在缺点，一般情况下，为减少生物膜表面沉积量，设备在运行过程中，需要大量水体支持，并且水体要高速流动，这对污水处理效果而言会产生负面影响。

一体式和分置式则是两个相对的，即完全相反。一体式下，膜组件是在生物反应器中的，在污水进到设备后，污水中80%的污染物会被设备中的混合液除去，同时，借助活性污泥自身的吸附性，在强压的作用下，膜会进行过滤水的工作。一体式步骤少，耗能少，且设备占地面积小，在当前的污水处理领域受到广泛关注。但是一体式也存在不足，即膜通量较低，如果长期应用则会导致膜表层累积大量的污染物，且清洗难度较大[3]。

3 MBR高运行稳定性的分析

MBR工艺具备更强的运行稳定主要由于其具备以下3个方面的优势。

3.1 完全依靠机械来实现水力转移

MBR膜组件是在静压差推动力作用下将水中污染物质与水进行物理分离，其具有孔隙率高、过滤速度快、吸附容量小、无介质脱落、无浓缩水排放等特点。就是说，MBR设备是在外部施加动力的前提下现实现污水中污染物的分离。由于物理隔离作用，MBR系统无法像传统污水处理那样采用重力流的方式运行，虽然在能耗上更高，但是却带来了更强大的控制能力，实现了水力停留时间HRT和污泥停留时间STR的完全分离[4]。整个系统的进水、产水、回流、外排均在动力控制下实现，可以有效地控制时间参数及水量、混合程度等，可人为干预的参数也更丰富，更利于掌控整个水处理流程，实现更精密地产水。

图2所示一种MBR设备的运行模式，在使用膜设备实现物理隔离的同时，具备高度的自动化程控系统。

图2 一种自动化MBR设备的运行模式

3.2 MBR膜的截留作用

膜生物反应器中的MLSS污泥浓度经常能够达到6 000～10 000 mg/L之间，如此高的污泥浓度能够使反应器内获得更高效的处理效率，相比于传统的活性污泥工艺，MBR的污泥浓度达到1.5倍以上，甚至更高。能够使系统内维持较高的微生物浓度而不至于影响后续的产水，完全是由于膜的截流作用，常见膜的截留孔径范围为0.001～0.03微米，可以截留几乎全部的微生物，保证末端出水的水质，基本克服了污泥变质、上浮、腐化等情况带来的水处理事故，整套设备的稳定性得到了保证。

同时，较高的污泥浓度不但提高了反应装置对污染物的整体去除效率，保证了良好的出水水质，同时也使整个装置对进水负荷（水质及水量）的各种变化具有很强的抗冲击负荷能力，能够稳定获得优质的出水水质。

3.3 更简易的维护

任何污水处理设备都离不开后期的运行维护，只有在不断地保养、补充消耗的过程中才能保证设备的正常运行和产水。MBR工艺以膜组件为核心进行运行，参数设置清晰明了，结构简单，抗冲击能力强。仅需以膜组件为核心的发散式的维护保养，在保证膜组件通量、跨膜压力、膜池污泥浓度的前提下，调整好机械运行的周期就能做好大部分的MBR设备的运维工作。

同时，较高的污泥浓度降低的污泥负荷，使整个系统可以在高容积负荷、低污泥负荷下运行，剩余污泥产量低甚至可以接近零排放。而相较于传统水处理工艺，传统工艺在剩余污泥的处理上一直是一大难题，尤其是小型分散式污水处理这种污泥总量较小的设备，单独配置污水处置装置性价比过低。MBR工艺大幅削减了污泥外排的负担，也就基本克服了由于未能及时排泥导致的设备运行事故，提高了设备稳定性。

4 结语

MBR水处理工艺的引入，极大地提高了服务区污水处理的实用性，使水处理设备在服务区真正发挥其作用。MBR设备出众的稳定性降低了服务区人员对水处理设备管理的难度也更方便对第三方的托管，不论采取哪种方式，这种应用于服务区的小型分散式污水处理设备变得不再鸡肋。在未来更智能、更先进的高速公路服务区提档改造中将作为服务区必不可少的一部分，实现卫生间冲厕、景观绿化、供暖循环、场地清洗等一系列水资源的节约再利用，具有良好的前景。