探究城市污水處理工程中MBR 工藝系統(tǒng)設(shè)計

王廷煜

（上海江柘環(huán)境工程技術(shù)有限公司，上海200000）

1 工程概述

該項目為某縣第二次污水處理廠工程，位于某縣橫大路中水廠北側(cè)，污水處理規(guī)模為1.5 萬噸/天，根據(jù)集水池容積進(jìn)行污水廠集水池設(shè)計，標(biāo)準(zhǔn)為3 萬噸/天，建成后預(yù)計每天集水池每部會有1.5 萬噸污水。污水設(shè)計MBR 工藝系統(tǒng)時，進(jìn)水水質(zhì)及對應(yīng)指標(biāo)如下所示?？紤]到本項目縣城其他區(qū)域的排水規(guī)劃，將尾水池、計量槽、紫外線消毒池一次建成。

表1 設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)一覽表

表2 出水水質(zhì)指標(biāo)一覽表

2 污水處理流程設(shè)計

2.1 基本流程

該項目的污水處理流程為：污水進(jìn)入緩沖池后，隨后進(jìn)入均化池、中和池、推流式曝氣池、沉淀池，形成污泥和污水。其中，沉淀的污泥進(jìn)入回流池，再次進(jìn)入推流式曝氣池、沉淀池；不能繼續(xù)轉(zhuǎn)換的污泥進(jìn)入污泥緩存池、污泥濃縮池、污泥脫水間。而污水則進(jìn)入混凝絮凝池、氣浮池，經(jīng)由氣浮池變成污泥和污水，污泥進(jìn)入污泥緩存池、污泥濃縮池、污泥脫水間。污水進(jìn)入出水調(diào)節(jié)池，經(jīng)檢測水質(zhì)達(dá)到出水要求，即可排出污水[1]。

2.2 污水處理流程設(shè)計圖組織結(jié)構(gòu)

污水處理流程主要包括：粗格柵、集水池、細(xì)格柵、旋流沉砂池及膜格柵工藝。其中格柵的作用為去除水中的漂浮物、懸浮物；集水池可調(diào)節(jié)泵的抽水量與來水量之間的平衡性；缺氧池可進(jìn)行反硝化、除總磷；厭氧池則可去除廢水中的有機物質(zhì)；好氧池將進(jìn)一步分解有機物質(zhì)；脫水間可實現(xiàn)泥水分離。本項目采用的標(biāo)高為國家高程系，以絕對標(biāo)高1730.9 作為相對標(biāo)高±0.00，集水池建設(shè)規(guī)模為3.0m3/d。集水池后1.5 萬m3/d 污水排出新建污水處理廠，另有1.5m3/d 污水排入原污水處理廠，尾水一部分排入中水廠清水池，一部分排入截污干管。污水處理之后有效的改善了城市的生活環(huán)境，起到了平衡生態(tài)環(huán)境、保護(hù)流域水質(zhì)的作用（圖1）。

3 MBR 工藝系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

MBR 工藝又被稱之為膜生物反應(yīng)器，主要由膜分離系統(tǒng)和生物系統(tǒng)兩部分組成，結(jié)合膜分離技術(shù)和懸浮培養(yǎng)生物處理法對污水進(jìn)行處理。

3.2 工藝系統(tǒng)分類與形式選擇

3.2.1 MBR 工藝系統(tǒng)分類。a.分置式和一體式。MBR 工藝系統(tǒng)按照膜生物反應(yīng)器主要分為一體式和MBR 兩種。分置式MBR 工藝能夠在生化系統(tǒng)之外放置膜組件，將這些膜組件全部集中到一個膜池的內(nèi)部，這種膜組件的分組較為明確，能夠獨立的進(jìn)行在線反洗，檢修較為方便。當(dāng)膜組件檢修或者在線反洗的時候不影響污水廠的正常運行。一體式MBR 應(yīng)用時，在生化系統(tǒng)的內(nèi)部放置膜組件，相較于分置式MBR 工藝而言，一體式MBR 工藝的優(yōu)點為占地面的較小，減少曝氣的能耗。缺點為膜組件配套管路敷設(shè)難度較高，無法實現(xiàn)在線原位清洗，膜組件維護(hù)難度大。b.正壓式和負(fù)壓式。按照過濾推動方式對進(jìn)行分類，MBR 工藝系統(tǒng)可以分為負(fù)壓式（浸沒式）和正壓式兩種類型，應(yīng)用正壓式MBR 工藝系統(tǒng)期間，采用管式膜對污水進(jìn)行過濾處理，運用料液循環(huán)對污水進(jìn)行凈化處理，在壓力的作用下，生物反應(yīng)器內(nèi)部的混合液會進(jìn)入到膜組件的內(nèi)部這個過程進(jìn)行持續(xù)增壓處理，大分子物質(zhì)、淤泥等都會被膜過濾出來，這種MBR 工藝系統(tǒng)的優(yōu)先為運行穩(wěn)定性較高，出水水質(zhì)高，操作流程較為簡單，膜組件的清洗操作較為便捷。但是，這種類型的污水處理工藝消耗的動力較高，同時這種超濾設(shè)備的處理能力低，在大量水力負(fù)荷的城市污水廠中，應(yīng)用這種超濾設(shè)備會大量增加設(shè)備的投資成本，不利于污水廠的建設(shè)。應(yīng)用負(fù)壓式對污水進(jìn)行處理，采用的一般為浸沒操作方式，運行過程中消耗的能源較低，可以考慮不采用模架[2]。3.2.2 MBR 工藝系統(tǒng)形式選擇。針對各類工藝系統(tǒng)內(nèi)部流程展開分析，通過對比其工藝內(nèi)容，選擇出最合適本項目的工藝系統(tǒng)方案：a.A2O-MBR 工藝內(nèi)部流程：厭氧→缺氧→好氧→膜池或缺氧→厭氧→好氧→膜池，進(jìn)水方式為厭 氧 單 點 進(jìn) 水或厭氧、缺 氧兩點進(jìn)水；b.A2O/A-MBR工藝內(nèi)部流程為厭氧→缺氧Ⅰ→好 氧→缺氧Ⅱ→膜池，進(jìn)水方式為厭氧、缺氧Ⅰ兩點進(jìn)水；c.A/A2O-MBR 工藝內(nèi)部流程為厭氧→缺氧Ⅰ→缺 氧Ⅱ→好氧→膜池，進(jìn)水方式為厭氧、缺氧Ⅰ兩點進(jìn)水；d.3AMBR 工藝內(nèi)部流程為缺氧Ⅰ→厭氧→缺 氧Ⅱ→好氧→膜池，進(jìn)水方式為缺氧Ⅰ、厭氧兩點進(jìn)水；e.A/A2O-MBR 工藝內(nèi)部流程為缺氧Ⅰ→厭氧→缺 氧Ⅱ→好氧→膜池，進(jìn)水方式為缺氧Ⅰ、厭氧兩點進(jìn)水。綜上，對上述MBR 工藝系統(tǒng)形式的工藝流程和進(jìn)水方式進(jìn)行對比，根據(jù)MBR 工藝出水水質(zhì)，該項目進(jìn)水水質(zhì)、水量波動和進(jìn)水水質(zhì)、氣候條件，選擇了處理效果突出、穩(wěn)定性強且便于管理的A2O 及其變形強化工藝作為該項目的污水處理工藝。

圖1 粗格柵、集水池、細(xì)格柵、旋流沉砂池及膜格柵工藝剖面圖

圖2 厭氧池、缺氧池、好氧池、膜池、清水池、綜合設(shè)備間綜合單體工藝剖面圖

4 MBR 工藝生化系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計

4.1 污泥

在該項目污泥處理過程中，主要對污水進(jìn)行泥水分離處理，采用的處理方式為膜。傳統(tǒng)的活性淤泥對污水進(jìn)行處理，污泥本身有著MLSS 值較高的特點，但是，實際應(yīng)用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)污水的有機物濃度低于MLSS 的要求，如果采取減少污水排泥的方式保障MLSS 值，會發(fā)現(xiàn)MLVSS /MLSS 值偏低整體處于偏低的狀態(tài)，生化池的內(nèi)部會出現(xiàn)浮泥的問題，內(nèi)部的生物活性會大幅度的降低，嚴(yán)重影響污水的處理效果。進(jìn)行MBR工藝生化系統(tǒng)設(shè)計操作，先進(jìn)行MLSS 值的設(shè)定，如果設(shè)計參數(shù)值與實際MLSS 值相差較多，就會對其他設(shè)計參數(shù)的準(zhǔn)確性造成影響，降低MBR 工藝生化系統(tǒng)的運行效率。該項目中，污泥齡為20d、TSS/BOD 比率1.374 kgTSS/kgBOD5、污泥產(chǎn)率系數(shù)1.020 kgMLSS/kgBOD5、干泥量35901.4 kgDS/d。因為生活污水處理時，有機物濃度較高，為此，要采用設(shè)定較高的污泥濃度值，以提升去除污水內(nèi)部有機物的效果，最后該項目的設(shè)定值為4500 m3/d。但是，相較于工業(yè)廢水而言，縣區(qū)城鎮(zhèn)綜合污水的進(jìn)水濃度較低，設(shè)定污泥濃度要低于工業(yè)廢水的污泥濃度[3]。

4.2 水力停留時間

MBR 工藝生活系統(tǒng)的MLSS 較高，設(shè)定水力停留時間，采用SRT 方式對生物池的容積進(jìn)行計算，生物池的容積較小，所需要的水力停留時間較短，硝化和反硝化處理要求較高時，水力停留時間短無法取得預(yù)期的效果?；诖耍黾覯BR 工藝生化系統(tǒng)中的水力停留時間，降低SRT，對膜污染進(jìn)行有效的控制。

4.3 需氧量與供氣量

MBR 工藝生化系統(tǒng)的MLSS 值高于傳統(tǒng)的污水處理工藝，處于污水過程中污泥粘滯度和液膜厚度都會出現(xiàn)一定的變化，該項目膜池與好氧池回流泥含有大量12mg/l 溶解氧、可為好氧池提供12mg/l 溶解氧，設(shè)定供氧量和需氧量參數(shù)過程中，必須要調(diào)整生化池內(nèi)部的CO2等數(shù)值。從理論上講，MBR 工藝生化系統(tǒng)的供氧量要遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)污水處理工藝。但是，通過實踐可以知道MBR 工藝生化系統(tǒng)的供氣量要遠(yuǎn)小于計算的數(shù)值，在對生化池內(nèi)部的供氣量進(jìn)行分析，在一體式MBR 工藝中，通過跨膜壓差的控制，加強膜表面污堵有效的控制，充分提高膜擦洗氣量的氧轉(zhuǎn)移效率，這種處理方式會增加生化池內(nèi)部溶解氧的濃度。在分置式MBR 工藝中，由于MBR 工藝的大回流比，將溶解氧溶度含量很高的混合液回流至生化池，降低生化池曝氣風(fēng)量，同時也保障MBR 工藝生化系統(tǒng)的整體性能。MBR 工藝生化系統(tǒng)進(jìn)水有機物濃度低于設(shè)定值，實際MLSS 值和需氧量都會低于設(shè)定參數(shù)，供氧量也會低于設(shè)定值，將供氧量設(shè)定在一定區(qū)間內(nèi)，以便對風(fēng)量進(jìn)行控制，需要對鼓風(fēng)機進(jìn)行合理的配置[4]。

5 MBR 工藝系統(tǒng)布局與設(shè)備設(shè)計

基于進(jìn)出水的水質(zhì)、各段流態(tài)、回流、進(jìn)水、好氧等考慮，選擇以下系統(tǒng)布局方式，選擇的設(shè)備涉及攪拌器、回流泵、曝氣鼓風(fēng)機等。工藝剖面如圖2 所示。

5.1 系統(tǒng)布局

5.1.1 回流方式。MBR 工藝系統(tǒng)布局設(shè)計操作時，回流方式設(shè)計為重點部分，該項目采用單獨設(shè)置膜池即分置式膜分離技術(shù)對污水進(jìn)行處理，將污泥回流與硝化回流結(jié)合在一起，相較于傳統(tǒng)工藝的回流方式而言，這種回流方式的效果更好，回流比更高。但是回流比例較大會對缺氧系統(tǒng)的MLSS 值和DO 濃度造成影響。因此，要對MBR 工藝的回流進(jìn)行有效的控制，根據(jù)消化液回流位置、生化系統(tǒng)形式等選擇回流方式。通過采用膜池回流混合液流入到好氧區(qū)，再由好氧區(qū)回流到缺氧區(qū)，以便對污水進(jìn)行高效的處理。5.1.2 進(jìn)水。城市污水處理對脫氮和脫磷的要求較高，采用的處理工藝一般為好氧、缺氧和厭氧工藝。選擇的進(jìn)水方式為兩點進(jìn)水方式，在生活池的前端設(shè)置分配調(diào)節(jié)堰和進(jìn)水分配渠道，污水進(jìn)入生化池之后，經(jīng)由分配渠道進(jìn)入調(diào)節(jié)堰門，將污水按照一定的比例分配到好氧區(qū)和厭氧區(qū)，以滿足脫氮、磷的要求，根據(jù)水質(zhì)條件放入脫氮和脫磷的碳源，并對碳源進(jìn)行靈活的調(diào)整，保障脫氮、磷的效果。5.1.3 生化池形式。傳統(tǒng)的污水處理方式的好氧區(qū)和缺氧區(qū)形式為長方形的廊道，采用的形式為推流的形式。MBR 工藝系統(tǒng)的好氧區(qū)形式為混合形式，這種形式不僅能夠提升混合液紊動，還能保障混合液始終處于懸浮的狀態(tài)，避免污泥顆粒由于剪力的原因出現(xiàn)破碎的問題，好氧區(qū)還可以提升曝氣設(shè)備的充氧速率，采用大比例混液可以快速的對液體進(jìn)行混合，充分利用膜池內(nèi)部的DO。為了減少膜池到好氧區(qū)、好氧區(qū)到缺氧區(qū)、缺氧區(qū)到厭氧區(qū)的回流所消耗的能量?；亓鞅貌捎么Ρ?，同時避免回流混合液的短流現(xiàn)象。采用完全混合式的形式。有利于回流的布置，同時可以避免回流液的短流現(xiàn)象。

5.2 設(shè)備應(yīng)用設(shè)計

5.2.1 攪拌器。該項目設(shè)計MBR 工藝系統(tǒng)時，缺氧區(qū)和厭氧區(qū)池型與正方形相近，選擇的攪拌器為雙曲面攪拌器，這種攪拌器本身有著能耗較低的特點，運行過程中采用的攪拌方式為立式環(huán)流攪拌方式，能夠?qū)Τ貎?nèi)部均勻攪拌，避免池內(nèi)出現(xiàn)死角，并且傘型攪拌器水下的位置并沒有損耗件，攪拌過程中主體并不會出現(xiàn)掛帶物質(zhì)的情況，攪拌操作過程中并不會出現(xiàn)堵塞狀況。5.2.2 回流泵。設(shè)計回流泵過程中，要根據(jù)回流的位置進(jìn)行設(shè)計，根據(jù)不同回流位置選擇不同的回流泵。該項目采用的回流泵為穿墻PP 泵，這種回流泵能夠在生化系統(tǒng)內(nèi)部回流，回流泵主要在膜池內(nèi)部回流。選擇回流泵時除了要考慮回流位置外，還要考慮提升方式，MBR 工藝系統(tǒng)為提升方式為前提升就要選擇潛水軸回流泵，MBR 工藝系統(tǒng)為后提升方式，選擇回流泵為臥式端吸離心泵，和穿墻PP 泵兩種。臥式端吸離心泵設(shè)置在膜車間的位置，輸送的介質(zhì)一般為污泥，這些污泥的濃度較高，不能采用清水泵輸送污泥，采用的一般為污水泵，安裝操作過程中采用的方式為干式安裝。穿墻PP 泵主要設(shè)置在回流泥渠的內(nèi)部。5.2.3 曝氣鼓風(fēng)機?？紤]到MBR 工藝系統(tǒng)內(nèi)部的變化因素，相較于傳統(tǒng)的污水處理工藝而言，MBR 工藝系統(tǒng)生化池氣量的變化幅度較大。因此，在選擇曝氣鼓風(fēng)機類型時，該項目需要氣量調(diào)節(jié)范圍較大的曝氣鼓風(fēng)機，不宜采用多級離心鼓風(fēng)機，故而采用了空氣懸浮式風(fēng)機，并搭配相應(yīng)的變頻器。另外，選擇曝氣鼓風(fēng)機時，要保障鼓風(fēng)機調(diào)節(jié)之后機組供氣量大于設(shè)定的供氣量。

6 系統(tǒng)調(diào)試與能耗優(yōu)化分析

6.1 系統(tǒng)調(diào)試。6.1.1 系統(tǒng)調(diào)試方案。該項目采用的系統(tǒng)調(diào)試方案為試水方式、單機調(diào)試、單元調(diào)試、分段調(diào)試、全線連調(diào)、壓力試驗等方式。調(diào)試之前，承包人須要提供MBR 工藝系統(tǒng)的所有設(shè)備的出廠合格證明，并對設(shè)備進(jìn)行檢測，檢查橡膠膜等位置存在損傷，沒有損傷才可以開展調(diào)試工作，建立調(diào)試記錄和檢測檔案，整個調(diào)配方案的重點為生化單元調(diào)試，調(diào)試完成后應(yīng)及時將設(shè)備轉(zhuǎn)入試運行，運行結(jié)束后方可進(jìn)行系統(tǒng)交接，自驗檢測時間為3 天，合格后即可認(rèn)定為自檢合格。

6.1.2 水質(zhì)對比

表3 出水水質(zhì)一覽表

進(jìn)水相較于出水水質(zhì)CODCr、BOD5、SSNH3-N、TN、TP 分別降 低 了290mg/L、144mg/L、170mg/L、33.5mg/L、30mg/L、3.7mg/L，符合相關(guān)規(guī)定以及出水水質(zhì)設(shè)計指標(biāo)。

6.1.3 污水處理效果分析。城市的水環(huán)境得到了較大的改善，城市污染得到有效治理，城市生態(tài)平衡性大幅度提升，優(yōu)化了某市的投資環(huán)境，真正的實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

6.2 能耗優(yōu)化

MBR 工藝系統(tǒng)運行過程中也會消耗大量的能源，該項目污水處理廠運行過程中，能耗來源為曝氣風(fēng)機和回流泵，通過優(yōu)化曝氣風(fēng)機和回流泵的方式，有效的降低了這兩種設(shè)備的運行功率。除此之外，還通過優(yōu)化好氧池、缺氧池、厭氧池布局，采用穿墻泵將污水從缺氧池運輸?shù)絽捬醭?，缺氧池設(shè)置為完全混合模式，采用穿墻泵將污水送到回流泵中，完成缺氧池到好氧池的回流，污水通過回流渠回到缺氧池，將好氧池設(shè)置為完全混合模式，采用A2O 生物池和MBR 膜池合建的方式，減少好氧池與膜池之間的回流揚程，以降低MBR 工藝系統(tǒng)運行時消耗的能源。

7 結(jié)論

在處理城市污水的過程中，通過合理設(shè)計MBR 工藝系統(tǒng)，在有效地節(jié)約能源、壓縮污水處理的占地面積的同時，實現(xiàn)水中有機污染物質(zhì)高效去除。在設(shè)計過程中，重視MBR 工藝系統(tǒng)應(yīng)用合理性，根據(jù)城市布局情況對MBR 工藝系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，優(yōu)化設(shè)備設(shè)計，做好系統(tǒng)調(diào)試工作，在保障工程有效性的前提下，合理降低MBR 工藝系統(tǒng)運行過程中能源消耗，期望本文撰寫可以為類似工程提供一定程度的參考。