生活污水處理工程MBR工藝生化系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)分析

王河源

摘 要：膜生物反應(yīng)器（MBR）是膜技術(shù)和污水生物處理技術(shù)有機結(jié)合產(chǎn)生的廢水處理新工藝，具有占地面積少、出水水質(zhì)好等其他生物處理工藝無法比擬的優(yōu)點，在生活污水處理工程中得到廣泛應(yīng)用。本文探討了生活污水處理工程MBR 工藝中生化系統(tǒng)的選擇關(guān)鍵技術(shù)、參數(shù)設(shè)計、系統(tǒng)布局設(shè)計以及設(shè)備設(shè)計，希望對生活污水處理工程MBR工藝生化系統(tǒng)的設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：MBR；工藝系統(tǒng)；關(guān)鍵技術(shù)；生活污水處理工程

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.091

0 引言

我國是一個水資源極度匱乏的國家，全國大部分城市都處于缺水狀態(tài)。將城市生活污水經(jīng)過處理后回收利用，可以用于衛(wèi)生間沖廁、景觀綠化、道路清洗等領(lǐng)域，是一種解決城市缺水行之有效的方法。MBR由于采用了膜分離技術(shù)與生物處理技術(shù)相結(jié)合的方式，其利用反應(yīng)器內(nèi)大量的微生物有效去降解污水中的各種有機物，使水質(zhì)得到凈化，并通過膜分離裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝中的二沉池，提高固液分離的效率，從而得到優(yōu)質(zhì)的出水，具有傳統(tǒng)工藝不可比擬的優(yōu)點。因此，這種工藝廣泛應(yīng)用在生活污水處理工程中。MBR工藝雖然具有許多優(yōu)點，但是有機物的最終去除仍然是通過微生物細胞的新陳代謝作用，只是膜高效的固液分離作用強化了這種生物處理工作，因此，在凈化過程中還需要合理的生化設(shè)計才能達到凈化的目的。為此，本文結(jié)合實際工程案例，總結(jié)分析MBR工藝生化系統(tǒng)的設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)。

1 MBR工藝系統(tǒng)選擇關(guān)鍵技術(shù)

1.1 MBR 工藝系統(tǒng)構(gòu)成

MBR工藝系統(tǒng)主要包括膜分離技術(shù)和生物處理技術(shù)兩個部分，其基本結(jié)構(gòu)包括四個環(huán)節(jié)：進水系統(tǒng)、生物反應(yīng)池、膜組件、自控系統(tǒng)。

1.2 MBR 工藝系統(tǒng)的分類

按照MBR生物反應(yīng)器的膜組件、原理、設(shè)備位置不同，生物膜反應(yīng)器的類別也不同：

按照MBR生化系統(tǒng)和膜分離的位置距離，可以分成分置式、一體式和復(fù)合式。分置式是通過料液循環(huán)錯流運行。一體式生物膜反應(yīng)器將膜組件放置在生化系統(tǒng)內(nèi)，兩者構(gòu)成一個整體，通過自吸泵或其他類型的泵抽吸，得到過濾液。復(fù)合式在形式上屬于一體式MBR，所不同的是在生物反應(yīng)器內(nèi)加裝填料，從而形成復(fù)合式MBR，強化了MBR的一些功能。

按照膜組件的類型可以分為中空纖維MBR、管式MBR、板框式MBR、卷式MBR和毛細管式MBR。

按照生物膜反應(yīng)器的過濾推動方式，生物膜反應(yīng)器可以分成正壓式和負壓式。正壓式一般采用管式膜，生物膜反應(yīng)器的混合液由水泵增壓以后才能進入到膜組件內(nèi)，在較高壓力下MBR膜才能將污水中的有機物攔截下來。負壓式一般采用浸沒式生物膜，通過水泵的負壓吸收作用過濾有機物。

1.3 生化系統(tǒng)的形式

近年來，隨著膜制備技術(shù)的進步，MBR在水處理中的應(yīng)用范圍也越來越廣，MBR生化系統(tǒng)的形式也越來越多。比如SBR、AO、A20等等。

SBR-MBR工藝是一種改良的活性污泥處理工藝，也稱為序批式MBR工藝，簡稱MSBR，將SBR與MBR技術(shù)結(jié)合在一起。MSBR保留了傳統(tǒng)SBR長泥齡的特點，且生物活性高，吸附降解有機物能力強，該工藝可以提高氮磷的去除效率，降低氧的消耗，減輕膜污染，較傳統(tǒng)SBR節(jié)省能耗，提高處理效果。

A/O-MBR工藝與傳統(tǒng)的A/O-MBR工藝類似，不同之處在于在好氧池中加入膜組件，通過截留污泥，在好氧池中形成高濃度污泥，保證硝化菌的生長，達到硝化的目的。

A20-MBR工藝結(jié)合了A20與生物膜分離技術(shù)，具有同步脫氮除磷的作用。這種工藝中的MLSS、污泥停留時間、獨立控制水力停留時間、污泥負荷率與傳統(tǒng)的A20工藝不同，它前后兩端設(shè)置了厭氧、缺氧反應(yīng)裝置，提高了脫氮除磷的效率。

生化系統(tǒng)形式種類繁多，因此，在選擇的時候，需考慮到進水水質(zhì)、出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，然后選擇合適的生化系統(tǒng)形式。

2 MBR工藝生化系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計

MBR工藝將膜分離技術(shù)與生物處理技術(shù)結(jié)合在一起，所以傳統(tǒng)生物處理工藝參數(shù)在設(shè)計MBR工藝系統(tǒng)的時候，還要考慮到MBR工藝的特點。

2.1 有機負荷和污泥濃度

生化系統(tǒng)中污泥的有機負荷和污泥濃度的大小會影響處理效果。就生活污水處理中，一般采用常負荷，即污泥負荷一般<0.15kbBOD5/（kgMLSS.d）。但由于MBR可完全實現(xiàn)泥水分離，因此可以保證較高的污泥濃度。MBR工藝通過膜的高效截留作用，使得污泥得以富集，MBR正常運行所需要的污泥濃度范圍一般在3000～15000mg/L，正常運行時污泥濃度可控制在6000～10000mg/L，過高或過低會加快膜的污染。

2.2 泥齡

MBR膜對微生物和高分子污染物能夠高效截留，從而使MBR中污泥齡的選擇比普通活性污泥工藝更為方便，一般污泥齡可在5-80d。

2.3 水力停留時間HRT

MBR中膜的截留作用大大提高了生化系統(tǒng)中的污泥濃度，增強了微生物的去污能力，從而可以降低系統(tǒng)的水力停留時間。但是過低的HRT將會導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)溶解性有機物的積累，進而引起膜通量的下降。因此，設(shè)計時，HRT可設(shè)計得長一些，能夠有效控制膜的污染情況。

2.4 曝氣量

MBR工藝曝氣分為生化池曝氣和膜池曝氣，生化池曝氣根據(jù)常規(guī)的生化池設(shè)計計算所需曝氣量，曝氣量的技術(shù)有多種方法，在生活污水處理工程中，主要采用氣水比計算，或者按曝氣頭數(shù)量計算曝氣量。膜池曝氣量根據(jù)膜片數(shù)所需曝氣量而定，膜池曝氣量的多少，可以根據(jù)處理水量選擇合適的膜片數(shù)，然后根據(jù)供應(yīng)商提供的單個膜片所需要的曝氣量，計算總的曝氣量。

3 MBR工藝生化系統(tǒng)布局設(shè)計

MBR工藝生化系統(tǒng)的布局應(yīng)結(jié)合進出水水質(zhì)要求，充分考慮各段流態(tài)及回流、進水方式以及好氧區(qū)的形式等。endprint

進水方式可以根據(jù)生化工藝而定，不同的生化形式采用的進水方式也不同。例如，采用厭氧-缺氧-好氧工藝，對于MBR工藝而言，生物反應(yīng)池可以采用兩點進水方式，將原水按照一定比例分配到厭氧區(qū)和缺氧區(qū)，從而選擇優(yōu)先滿足生物脫氮還是生物除磷對進水碳源的需要，而且各區(qū)的分配比例還可以根據(jù)不同水質(zhì)條件下生物脫氮和生

物除磷所需碳源的變化進行靈活調(diào)節(jié)。

根據(jù)生化系統(tǒng)形式、混合液回流的方式和位置不同，MBR的回流有各種不同的方式，有膜池回流至好氧池、好氧池回流至缺氧池、缺氧池回流至厭氧池等，從而選擇優(yōu)先滿足生物脫氮還是生物除磷等不同功能的需求。同時根據(jù)所需的去除率，確定所需要的回流比。

好氧區(qū)的形式也需要根據(jù)生化工藝的形式而定，但是如果采用A2O工藝，其好氧區(qū)宜設(shè)計成完全混合式，這樣有利于混合液處于良好的紊動，保持懸浮狀態(tài)，減小因剪切造成的污泥顆粒破解，并提高曝氣設(shè)備的充氧速率。

4 MBR工藝生化系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計

MBR工藝生化系統(tǒng)的設(shè)備有攪拌器、回流泵、曝氣器、鼓風(fēng)機、污泥排放系統(tǒng)等。這些設(shè)備的設(shè)置要根據(jù)MBR工藝生化系統(tǒng)的實際情況選擇合適的方式。厭氧池或缺氧池需要設(shè)置攪拌機，通過攪拌保持厭氧池或或缺氧池的污泥均勻地分布在反應(yīng)器里，防止污泥下沉。其攪拌可采用潛水?dāng)嚢铏C，數(shù)量及功率按照池子的面積及體積而定?；亓鞅靡话愀鶕?jù)回流的位置、功能而選擇回流泵。小流量回流泵可采用潛污泵，大流量回流可采用專用的大流量、低揚程的回流泵，這樣減少系統(tǒng)的運行功率；小流量污泥回流可用污泥螺桿泵。曝氣器選擇通氣量大、氧氣轉(zhuǎn)移率高的設(shè)備，一般可用用盤式微孔曝氣器，該曝氣器曝氣氣泡小、接觸面積大，氣泡擴散均勻，不易產(chǎn)生孔眼堵塞，耐腐蝕性強；曝氣鼓風(fēng)機一般優(yōu)先選擇氣量調(diào)節(jié)范圍較大的單級離心鼓風(fēng)機，采用風(fēng)量大的多級離心鼓風(fēng)機，一般需配置變頻器；對于處理水量較?。髁吭?00m3/d以下）的小型生活污水處理工程，可采用回轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機，此風(fēng)機轉(zhuǎn)速低、噪聲小、效率高。剩余污泥排放泵一般可采用螺桿污泥泵或隔膜泵?？傊?，MBR生化系統(tǒng)設(shè)計布局需要根據(jù)生化形式的要求，考慮污水進水水質(zhì)、各個流態(tài)的回流、進水方式、好氧池形式等因素，選擇合適的設(shè)備，確保生化系統(tǒng)的運行安全。

5 小結(jié)

在21世紀，MBR被譽為全球范圍最有發(fā)展前途的水處理新術(shù)之一，在日本已有近100處高樓采用MBR工藝處理生活污水，并將處理出水用于回用系統(tǒng)，我國也有很多關(guān)于MBR處理生活污水并用于回用的研究及應(yīng)用。MBR工藝雖然采用生物處理技術(shù)和膜分離技術(shù)相結(jié)合的方式，但是有機物的最終去除仍然是通過微生物細胞的新陳代謝作用，因此，我們在進行工藝設(shè)計時，需要認真考慮生化系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，保證出水滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

參考文獻：

[1]蔣嵐嵐，胡邦，張萬里等.城鎮(zhèn)污水處理工程MBR工藝生化系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)[J].中國給水排水，2013，29（02）：25-29.endprint