城鎮(zhèn)污水處理廠MBR工藝設(shè)計(jì)探討

楊巍　李彥龍

摘要：膜-生物反應(yīng)器是一種由生物處理單元與膜分離單元相結(jié)合的水處理技術(shù)，因此可省掉二沉池，并可保持非常優(yōu)異的出水效果可有效去除水中的有機(jī)物與氨氮等污染物質(zhì)。文章通過(guò)兩個(gè)工程案例總結(jié)了城鎮(zhèn)污水處理MBR工藝生化處理系統(tǒng)的工藝特點(diǎn)、設(shè)計(jì)參數(shù)等。

關(guān)鍵詞：城鎮(zhèn)污水處理廠；MBR工藝；生物處理單元；膜分離單元；膜-生物反應(yīng)器 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：X703 文章編號(hào)：1009-2374（2016）14-0079-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.14.040

膜-生物反應(yīng)器（Membrane Bio-Reactor，簡(jiǎn)寫為MBR）是一種由生物處理單元與膜分離單元相結(jié)合的水處理技術(shù)。在國(guó)外膜-生物反應(yīng)器，在20世紀(jì)90年代中后期已進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用階段。由于MBR工藝具有出水水質(zhì)好、占地面積小和節(jié)省運(yùn)行成本等優(yōu)點(diǎn)，隨著膜分離技術(shù)和產(chǎn)品的不斷開(kāi)發(fā)，其在污水處理方面得到迅速發(fā)展和應(yīng)用。2008年以來(lái)，我國(guó)處理規(guī)模在萬(wàn)噸級(jí)以上的大型膜工程迅速增加，2013年投入運(yùn)行的膜系統(tǒng)處理能力已超過(guò)230萬(wàn)m3/d，預(yù)計(jì)2015年，膜系統(tǒng)處理能力將超過(guò)500萬(wàn)m3/d。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料，今后5年MBR工藝在我國(guó)將以50%～100%的年增長(zhǎng)率高速發(fā)展。由于MBR工藝在我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理中的應(yīng)用較晚，因此缺乏設(shè)計(jì)建造的工程經(jīng)驗(yàn)。結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，在研究國(guó)內(nèi)外成功案例和技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上，通過(guò)研究下面兩個(gè)比較具有特色的城鎮(zhèn)污水處理工程MBR工藝生化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，為今后國(guó)內(nèi)城鎮(zhèn)污水處理廠的升級(jí)改造運(yùn)行和MBR工藝規(guī)模化設(shè)計(jì)提供參考。

1 污水處理廠概況

1.1 成都市第三污水處理廠擴(kuò)能提標(biāo)改造工程

1.1.1 項(xiàng)目概況。成都市第三污水處理廠目前現(xiàn)有設(shè)計(jì)規(guī)模為10×104m3/d，現(xiàn)處理水量為10×104m3/d，采用以A2O為主體的除磷脫氮工藝。由于該污水處理廠已滿負(fù)荷運(yùn)行，因此采用MBR工藝進(jìn)行擴(kuò)能提標(biāo)改造使總處理水量達(dá)到20×104m3/d。污水處理廠出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級(jí)A標(biāo)，其中主要指標(biāo)COD、BOD、氨氮、總磷等達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。

1.1.2 工藝流程如圖1所示：

1.2 成都天府新區(qū)第一污水處理廠工程

該工程的特點(diǎn)是采用全地下式MBR工藝進(jìn)行污水處理，設(shè)計(jì)規(guī)模近期按10萬(wàn)m3/d，設(shè)備近期一階段設(shè)備安裝規(guī)模為5萬(wàn)m3/d，遠(yuǎn)期規(guī)模達(dá)到26萬(wàn)m3/d。污水處理廠進(jìn)、出水水質(zhì)同成都市第三污水處理廠，因此采用的工藝與成都市第三污水處理廠擴(kuò)能提標(biāo)改造工程相同。

地下式與地上式污水處理廠的優(yōu)劣勢(shì)比較：

1.2.1 社會(huì)效益。

地上式污水廠：外觀與周圍的自然景觀難融合，場(chǎng)地較難作為其他用途。隨著城市化進(jìn)程，一些城市內(nèi)早期建設(shè)的污水處理設(shè)施已成為整個(gè)城市進(jìn)一步發(fā)展的限制因素，需遷建或轉(zhuǎn)入地下。

地下式污水廠：改變?nèi)藗儗?duì)污水處理廠臟、臭的傳統(tǒng)不良印象，有利于環(huán)保知識(shí)的普及。解決“城中廠”問(wèn)題，甚至可成為城市的環(huán)保地標(biāo)和新城市景觀。

1.2.2 經(jīng)濟(jì)效益。

地上式污水廠：土地利用率低，不僅占地大，而且需考慮綠化帶和隔離帶用地，一般不小于200m。影響周邊土地的利用，影響市場(chǎng)價(jià)值。

地下式污水廠：可在市中心建設(shè)，節(jié)省管道長(zhǎng)距離輸送的巨大投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。節(jié)約占地和用地成本，集成度高，除滿足污水處理需求外，地上及周邊空間利用價(jià)值高，可用于公用事業(yè)或商業(yè)開(kāi)發(fā)。

1.2.3 環(huán)境效益。

地上式污水廠：需要加蓋對(duì)臭氣收集并進(jìn)行處理，由于排放點(diǎn)零散，臭氣問(wèn)題較難解決。水泵、鼓風(fēng)機(jī)、管道和水流產(chǎn)生的噪聲較難處理。

地下式污水廠：臭氧及噪聲污染小，人與環(huán)境和諧發(fā)展，可作為循環(huán)生態(tài)環(huán)保教育基地，提高民眾的環(huán)保意識(shí)。

1.3 生化系統(tǒng)形式的選擇

生物法主要分為兩大類：活性污泥法和生物膜法。由于活性污泥法具有抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、處理效果好、運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)，在污水處理工藝中應(yīng)用是最為廣泛的。經(jīng)過(guò)實(shí)際廣泛應(yīng)用和通過(guò)技術(shù)上的不斷改進(jìn)，活性污泥法已成為當(dāng)今污水處理技術(shù)的主體。

在MBR脫氮除磷工藝中A2O及其變形強(qiáng)化工藝的處理效果和運(yùn)行管理是最為穩(wěn)定和方便的，因此在目前應(yīng)用的工程經(jīng)驗(yàn)來(lái)看多選用A2O及其變形強(qiáng)化工藝。

2 MBR工藝設(shè)計(jì)

2.1 MBR系統(tǒng)流程

MBR系統(tǒng)流程如圖2所示：

2.2 工藝特點(diǎn)

2.2.1 進(jìn)水方式。由于A2/O的厭氧、缺氧、好氧工藝對(duì)除磷脫氮處理效果最為突出，為了滿足脫氮或者生物除磷對(duì)進(jìn)水碳源的需要，MBR生物反應(yīng)池一般采用兩點(diǎn)進(jìn)水。即在生物池前設(shè)置進(jìn)水分配渠道，污水進(jìn)入分配渠道后，通過(guò)兩套調(diào)節(jié)堰門可以將原水按照一定比例分配到厭氧區(qū)和缺氧區(qū)前端，增加系統(tǒng)的靈活性。

2.2.2 回流方式。MBR工藝是采用硝化液與污泥回流合并的膜分離技術(shù)，因此回流比高于傳統(tǒng)工藝。在本設(shè)計(jì)中采用三段回流，即第一段從膜池回流混合液至好氧區(qū)前端，第二段將好氧區(qū)末端的硝化液回流至缺氧區(qū)前端，第三段將缺氧區(qū)末端的反硝化液回流至厭氧區(qū)前端。

由于膜池回流的混合液富含大量氧氣，如果采用膜池硝化液直接回流至缺氧區(qū)，會(huì)破壞缺氧區(qū)缺氧環(huán)境，導(dǎo)致反硝化反應(yīng)不充分，因此在這兩個(gè)工程中均采用三段回流，回流比為：（1）12度：膜池回流至好氧池：400%；好氧池回流至缺氧池：400%；缺氧池至厭氧池：300%；（2）20度：膜池回流至好氧池：300%；好氧池回流至缺氧池：300%；缺氧池至厭氧池：200%。

2.2.3 提升方式。MBR工藝的混合液回流提升方式有兩種：（1）前提升系統(tǒng)，即好氧池出水由泵提升至膜池，膜池的混合液重力回流至生物池；（2）后提升系統(tǒng)，即由于膜池有效水深較生化池淺，好氧池出水自流至膜池，膜池的混合液通過(guò)回流泵提升至生物池。由于后提升系統(tǒng)較前提升系統(tǒng)提升混合液的流量小、能耗少，因此在這兩個(gè)實(shí)際工程中經(jīng)過(guò)綜合比較確定采用后提升系統(tǒng)。

2.2.4 好氧區(qū)形式。由于從膜池回流至好氧區(qū)的大比例混合液含有高濃度的DO，需要實(shí)現(xiàn)快速混合，同時(shí)為了減小因剪切造成的污泥顆粒破碎和提高曝氣設(shè)備的充氧速率，好氧區(qū)內(nèi)的混合液需保持懸浮狀態(tài)和良好的紊流狀態(tài)，因此MBR工藝，其好氧區(qū)宜設(shè)計(jì)成完全混合式。

2.3 設(shè)計(jì)參數(shù)

2.3.1 污泥濃度。采用膜分離技術(shù)的MBR工藝較傳統(tǒng)活性污泥法選取的MLSS值較高，因此在這兩個(gè)工程中對(duì)于城鎮(zhèn)綜合污水處理工程，我們按膜池污泥濃度值10g/L來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，厭氧區(qū)MLSS 4.8g/L，缺氧區(qū)MLSS 6.4g/L，好氧區(qū)MLSS 8.0g/L。

2.3.2 泥齡。由于城鎮(zhèn)綜合污水處理工程對(duì)脫氮有要求，因此MBR工藝的泥齡通常較傳統(tǒng)工藝長(zhǎng)。SRT宜根據(jù)硝化泥齡和反硝化泥齡來(lái)計(jì)算確定。由于泥齡在20d左右時(shí)，跨膜壓差增長(zhǎng)趨勢(shì)變緩，因此在這兩個(gè)工程中泥齡設(shè)計(jì)為18.6d。

2.3.3 污泥負(fù)荷。污泥負(fù)荷是根據(jù)MBR工藝生物處理單元的兩個(gè)主要設(shè)計(jì)參數(shù)MLSS和SRT計(jì)算出來(lái)的。在這兩個(gè)工程中，計(jì)算出的污泥負(fù)荷僅為傳統(tǒng)活性污泥法污泥負(fù)荷的一半左右，因此使得系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗進(jìn)水水質(zhì)沖擊的能力。

2.3.4 水力停留時(shí)間（HRT）。由于HRT是保證硝化和反硝化效果的重要參數(shù)，因此這兩個(gè)工程中，應(yīng)適當(dāng)加大系統(tǒng)的HRT，設(shè)計(jì)值為10.5h。

2.3.5 需氧量和供氣量。MBR膜池采用空氣擦洗來(lái)改變膜絲表面液體的流態(tài)，可以防止膜的表面污堵，因此膜池內(nèi)的溶解氧濃度很高，故從膜池大比例回流到生化池的混合液中含大量溶解氧，使生化池所需的曝氣風(fēng)量降低。同時(shí)MBR工藝采用的MLSS濃度較高，故混合液的液膜厚度、污泥粘滯度等與傳統(tǒng)工藝不同，參數(shù)α、β和C0值在計(jì)算供氣量時(shí)應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，因此MBR工藝的實(shí)際生化池供氣量小于計(jì)算量。

3 結(jié)語(yǔ)

第一，MBR系統(tǒng)的特點(diǎn)：（1）工藝流程短，構(gòu)筑物少，布置緊湊，方便運(yùn)行管理；（2）MBR生物池中的混合液濃度較常規(guī)曝氣生物池的濃度高，可以部分提高污水處理程度；（3）動(dòng)力費(fèi)用較常規(guī)工藝高；（4）占地面積小于常規(guī)處理工藝；（5）出水水質(zhì)指標(biāo)優(yōu)于常規(guī)處理工藝，尤其是SS、細(xì)菌總數(shù)等指標(biāo)明顯，BOD、COD、TP等指標(biāo)較常規(guī)處理工藝處理率略有提高。

第二，MBR系統(tǒng)的適用條件：（1）新建、擴(kuò)建的污水廠，出水水質(zhì)要求較高的；（2）新建、擴(kuò)建的污水廠，建設(shè)用地緊張，采用其他處理工藝需要增加用地；（3）處理規(guī)模為中、小型，設(shè)施比較老舊的污水處理廠升級(jí)改造。

第三，MBR系統(tǒng)存在的問(wèn)題：（1）投資費(fèi)用較高，膜的壽命較短，一般為5～8年，因此更換膜的折舊費(fèi)用較高；（2）由于MBR工藝的特殊性，對(duì)于水量的沖擊負(fù)荷承受力較低；（3）對(duì)于大型污水廠，全部采用MBR工藝，其運(yùn)行的安全性系數(shù)較低，潛在的環(huán)境影響問(wèn)題大。

由于MBR在實(shí)際工程中的應(yīng)用受到膜制造成本偏高以及能耗高這些問(wèn)題的限制，因此在實(shí)際工程中要通過(guò)詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較再做出合理的選擇。

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（責(zé)任編輯：王 波）