MBR污水處理工藝及其設(shè)計探究

周洵平

（重慶遠達水務(wù)有限公司 重慶 400060）

1 概述

據(jù)悉，目前全國年排量約為350億立方米，截止2013年3月底，全國設(shè)市城市、縣累計建成城鎮(zhèn)污水處理廠3451座，形成了日污水處理能力1.19億立方米。目前，各地使用較多的污水處理工藝有A/B法、A/O法、階段曝氣沉淀池以及氧化塘等處理工藝。其中，膜生物反應(yīng)器（Membranebioreactor,MBR）工藝因出水水質(zhì)好、占地面積少、設(shè)備模塊化易管理等特點而備受學者關(guān)注，污水處理廠家紛紛采用。我國是自2002年起將膜生物反應(yīng)器列為“863”重大科技項目后膜生物反應(yīng)器開始大量被應(yīng)用到污水處理及回用中。

2 MBR工藝概述

2.1 工藝原理

MBR是一種將膜分離技術(shù)和傳統(tǒng)活性污泥法結(jié)合起來的新型高效污水處理工藝，它是將MBR平片膜組件放置于曝氣池中，通過好氧曝氣池和生物處理后再由泵通過濾膜過濾后抽出。其中，膜組件是MBR中最主要的組成部分，相當于傳統(tǒng)生物處理系統(tǒng)中的二沉池，通過不斷的氧化污水中能夠被降解的有機物，而對于不能被降解有機物或無機物及污泥、懸浮物等由膜組件截留，實現(xiàn)對污水的凈化處理。

常見的膜組件有中空纖維式、管式、螺旋式和平板式幾種，其特性如表1 。

表1 各種膜組件特性[1]

2.2 工藝特點

2.2.1 出水水質(zhì)穩(wěn)定

MBR中由于有了膜組件的存在，活性污泥基本被截留在反應(yīng)器中，出水中的懸浮固體濃度基本為零，而被膜組件截留后的生物反應(yīng)器的污泥濃度甚至可以達40-50 g/L，極大地提高了對有機物的去除效率。經(jīng)MBR處理后的生活污水，CODcr、氨氮的平均去除率在98%以上，出水氨氮濃度低于1 mg/L[2]。因此，經(jīng)MBR處理后的污水大都可以直接排入河流或者用作綠化、景觀等。

2.2.2 污泥量少

相較于傳統(tǒng)的活性污泥法來說，MBR工藝解決了由于過長的污泥齡導致出水中懸浮固體增加的難題，因反應(yīng)器內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)相對缺乏，微生物處在內(nèi)源呼吸區(qū)而導致污泥產(chǎn)出率較低，產(chǎn)出量也很少，這一優(yōu)點使許多小型污水處理廠和分散式的污水處理設(shè)施紛紛采用該種工藝。

2.2.3 工藝靈活，易管理

MBR工藝既可以作為污水處理廠改造升級所選工藝，也可以作為新建廠或擴大規(guī)模選擇，由于該種工藝設(shè)備緊湊占地面積少，備受那些用地受限的廠家選擇。此外，由于MBR工藝設(shè)備使用較少，便于實現(xiàn)一體化和自動化控制，操作和管理起來分廠方便，實現(xiàn)了HRT和SRT分離，運行更加穩(wěn)定靈活。

3 MBR工藝設(shè)計

MBR工藝最關(guān)鍵的技術(shù)在于其微生物反應(yīng)池與膜的分離裝置。

3.1 生物反應(yīng)池設(shè)計

進水水質(zhì) CODcr為 100-450 mg/L，SS為 50-2000 mg/L，BOD5為 50-90 mg/L,NH3-N為 20-110mg/L，TN為 30-50mg/L，HRT為2.0-5.0 h，TP為3-5 mg/L時，系統(tǒng)運行保持穩(wěn)定且對污染物處理效果良好。

生物反應(yīng)器中微生物濃度X（污泥濃度）的理論計算公式為[2]：

其中，Ci——進水COD濃度；Ce——出水COD濃度；Csup——污泥上清液COD濃度。

3.2 膜組件設(shè)計[3]

膜組件在MBR工藝中起到至關(guān)重要的作用，膜組件面積的大小直接決定了膜組件使用量的多少。其有效面積計算公式：

其中，Q——流量，m3/h；F——超濾膜的通量

給出膜組件制造廠家的基本參數(shù)，便可以計算出所需要的膜組數(shù)：

其中，A——膜組件的有效面積；A 0——單個膜組件的有效面積。

其中，N——膜組件數(shù)；n——采用生物反應(yīng)器n座；d——天在污水處理過程中涉及到反洗等操作，因此，需要綜合考慮水的利用率及其元件的停歇時間。

3.3 曝氣裝置設(shè)計

曝氣裝置既可以固定在池底，也可以與膜組件放置一起，曝氣管宜采用DN 20穿孔管，每組膜片間隙對應(yīng)一路穿孔管，穿孔大小Φ3.2 mm，穿孔間距100 mm，相鄰兩路管穿孔位置交錯穿插，孔口做單排垂直向上。曝氣量的大小按照氣水比24:1即可，風機排風壓頭選型比最高液位高0.01 Mpa；風機出口設(shè)置泄氣閥，泄氣管口徑全開能卸掉70%的空氣量即可。MBR池DO控制最佳為2.5～5，正常液位約為3 ppm，在液位高低不同時，DO也會有變化，但不宜長時間超過5.0 ppm。

4 MBR工藝新發(fā)展

MBR作為一種新型高效的污水處理工藝，人們一直在拓展其處理工藝研究。目前，對于MBR與各種不同工藝相結(jié)合的研究較為普遍且深入，這也在一定程度上推動了MBR處理工藝創(chuàng)新的發(fā)展趨勢，例如：MBR與SBR（批式反應(yīng)器）相結(jié)合，省卻了SBR工藝中的沉淀過程，對大腸桿菌和固體懸浮物去除效果良好；MBR與AUBF（升流式厭氧濾床）相結(jié)合，顯示出其對COD和氮具有很好的去除率，在處理高濃度有機物污水方面效果明顯；MBR與OD（氧化溝工藝）相結(jié)合，在處理污水中的COD和BOD方面效果顯著；MBR與HCR（高效生物反應(yīng)器）相結(jié)合，對于二者工藝優(yōu)勢實現(xiàn)了互補。

5 結(jié)語

我國水資源短缺，而且回收利用率不高，在此現(xiàn)實下背景通過對污水處理的工藝研究，尤其是關(guān)于中水回用方面的研究具有很好現(xiàn)實意義和實用價值。膜生物反應(yīng)器作為一種能夠?qū)崿F(xiàn)污水高效處理又能實現(xiàn)中水回用的新型高效污水處理技術(shù)，加強這一工藝的研究，對于不斷創(chuàng)新MBR工藝，并使之服務(wù)于現(xiàn)實生產(chǎn)也是實現(xiàn)科學發(fā)展的重要選擇之一。

[1]吳昊，歐陽峰.中水回用MBR工藝的研究[J].污染防治技術(shù)，2008,21（4）.

[2]Mu 11 er EB,Stouthamer AH,Verseveld HWvan,etal.Aerobicdomesticwastewatertreatmentinapilotplantwithcompletesludgeretentionbycrossfiowfiltration[J].Water Researeh,1995,29(4):1179-1189.

[3]熊麗芳，胡兆吉，王白楊等.膜生物反應(yīng)器及其發(fā)展展望[J]江西化工，2005（1）.

[4]周亞琴.MBR污水處理工藝研究[J]延安大學學報（自然科學版），2009,28（4）.