MBR膜处理工艺在大型污水处理厂中的应用

MBR膜处理工艺在大型污水处理厂中的应用

王少承

西安市政道桥建设有限公司710016

摘要：MBR，即膜生物反应器，是一种将膜分离单元和生物处理单元有机结合的新型水处理技术，利用膜分离设施截留生化反应池中的活性污泥和大分子有机物，代替常规重力沉淀固液分离设施可提高固液分离效率。通过实践应用发现，MBR工艺较传统工艺优势较为明显，例如占地面积小、出水水质好等。随着我国城镇化建设的不断深入，污水处理的要求也不断提高，MBR工艺作为一种高效的污水处理工艺，具有十分广阔的应用前景。

关键词：MBR膜处理；污水处理厂；应用

1膜处理技术的分类

膜处理技术主要包括反渗透膜技术、渗透蒸发膜技术、超滤膜技术、微滤膜技术、液体膜技术以及电极膜技术等，它们在各个领域的应用都较为普遍。

1.1反渗透膜技术

反渗透是一个过滤的过程，但渗透时需一定的压力作为推动力进行挤压。由于反渗透技术自身压力有限，所以在分离溶液时选择的液体压力不能高于反渗透压力，目的是将液体的溶剂有效挤压到膜另一侧。反渗透膜技术主要的特点是无污染、操作简单、选择性强、方便维修、结构实用、耗能量低等，是一项健康环保的技术。

1.2渗透蒸发膜技术

渗透蒸发是液体经过渗透和蒸发后分离的过程，该技术可以有效区分液体扩散系数和溶解度。渗透蒸发膜技术的特点是设备上的资金投入和运行费用比较低，其发展空间有待拓展。

1.3超滤膜技术

超滤膜技术能高效分离固体或者液体的纯度，并有效区分所分解物质的级别。超滤膜技术最主要特点是同时对分子较大和固体物质进行浓缩与分离，其性能更为高端。与其他几种技术相比，超滤膜技术更实用，无论是耗能量还是设备运行费用等都较低，可以节省资金，因此在相关领域中运用范围更加普遍。

1.4微滤膜技术

微滤膜是一种多孔且表面均匀的薄膜，其技术推动力是静压差，也就是通过网状过滤介质进行分离。因微滤膜技术具有精度高、膜孔径大小均匀、速度快、介质完好等优点，所以广泛应用于食品、制药以及生物技术等领域，目的是高效除菌、去除颗粒、净化与浓缩等。

膜处理排污技术虽然大大提高了污水处理过程的工作效率，但在具体运用方面还有一些隐患存在，如膜的耐久性问题。膜处理技术主要依靠膜的透过性来完成工作，所以经过日积月累的工作，其中的膜便会出现疲累性功能下降或者外力摩擦性损伤，从而影响膜处理技术重要作用的发挥，更影响排污工作的效率。在以后的工作中，相关专业人员还需要在膜处理技术的缺陷方面加以研究，以促进膜处理技术得到更广泛的推广和应用。

2膜生物反应器的优点分析

在膜生物反应器中，由于用膜组件代替传统活性污泥工艺中的二沉池，可以进行高效的固液分离，克服了传统活性污泥工艺中出水水质不够稳定、污泥容易膨胀等不足，从而具有下列优点：

2.1能高效地进行固液分离，出水水质良好且稳定，满足国家一级A排放标准；

2.2出水水质可以通过简单工序实现再生水回用，有效实现节能减排；

2.3能有效处理含工业废水或难降解有机物，且出水水质不受影响；

2.4生物反应器内能维持高浓度的微生物量，处理装置容积负荷高，占地面积省；

2.5有利于增殖缓慢的微生物如硝化细菌的截留和生长，系统硝化效率较高；

2.6较适用处理量为1~5万t/d小型污水处理厂。

3MBR技术原理

随着人们环保意识的增强和对环境质量要求的提高,传统生物处理工艺已难以满足日益严格的污水排放及回用标准,而经济的快速发展又对供水水质提出了更高要求。基于对污水处理工艺的改进,膜生物反应器（MBR）将传统生物处理单元和现代膜分离技术相结合,开创了污水处理技术的新纪元。

膜生物反应器（MBR）将生物处理工艺与膜分离工艺有机结合,由膜组件代替二沉池进行固液分离,这样不仅可以将二沉池无法截留的游离细菌和大分子有机物完全阻隔在生物反应池内,提高悬浮固体的去除效率,而且延长了硝化菌等生长缓慢的细菌在反应器中的停留时间。从而提高了硝化效率和难降解有机物的分解效率。该工艺克服了传统工艺出水水质不稳定、污泥容易膨胀等问题。MBR相对于传统方法的最大优点是可以有效地保持污泥活性,这是因为MBR对大于膜孔径的高分子微生物和絮状物颗粒等有很好的截流作用,有利于产生较高的污泥质量浓度从而加快生化反应速率。其优点主要体现在以下几个方面：较好的出水水质。可以去除包含有机物和悬浮物在内的大量杂质和病毒、细菌等,具有优良的消毒特性;污泥截留容易控制,有效达到泥水分离的要求;水力停留时间和固体停留时间分离,使运行更稳定;MBR利用紧凑的膜组件代替占地面积较大的二沉池,大大减小了构筑物的占地面积;传质效率高,氧转移效率可高达60%左右;模块化。容易升级改造,易于实现自动控制,操作管理方便等。用作污水处理的MBR工艺,是微滤（MF）或超滤（UF）膜分离技术与传统活性污泥工艺有机结合而成的新型污水处理工艺,以出水水质好、结构紧凑和产泥率低等特点在污水处理及回用中发挥着越来越重要的作用。MBR对污染物的去除率分别为COD＞90%、BOD5＞95%、SS100%,出水浊度小于0.2NTU,可完全满足RO或NF对进水水质的要求。

4MBR工艺处理水质特征分析

4.1MBR出水常规水质特征

通过研究发现，利用MBR工艺进行普通洗浴类废水的处理[1]，出水外观无色无味，主要污染物CODCr<40mg/L，BOD5<10mg/L，NH3-N<5mg/L，另外粪大肠杆菌群数量也会明显下降，通常会低至680个/L。通过上述数据可见MBR工艺的应用可有效降低多种污染物的浓度，提升出水水质。除此之外，通过对MBR和传统二级活性污泥工艺处理效果对比分析发现，MBR膜组件的高效截留作用可使反应器保持较高的生物量（特别是生产缓慢的硝化菌得以富集），有效提高脱氮等生物处理效果。

4.2MBR出水溶解性有机物特征

分析发现，通过MBR膜处理工艺进行城市生活污水处理，膜组件会滞留有种不同有机物造成污染，其中溶解性微生物代谢产物（SMP）是其中的主要物质，其成分包括肽类、多糖及蛋白质等，易造成膜孔堵塞，影响出水效果甚至造成膜组件功能损坏。而分析发现，SMP产出主要受到污泥泥龄（SRT）的影响，因此MBR工艺在污水处理的应用中，对此应给予一定的重视。

5MBR膜处理工艺在大型污水处理厂中的应用分析

为更进一步了解及掌握MBR膜处理工艺在大型污水处理厂中的应用，下文将以具体实例为研究对象，对该技术应用进行探讨。

5.1案例概况

A城市污水处理厂处理规模为10×104m3/d，其中脱氮除磷工艺是以A2/O为基础的。通过对A污水处理厂实践运营情况分析发现，目前其已处于超负荷运行状态，污水脱氮除磷亦不理想，且其用地紧张，难以实施扩容改造；通过改造原二沉池，在A2/O后增设MBR处理设施，提升脱氮除磷效果，改善出水水质，缓解处理厂的运行压力。

5.2工艺特点分析

该厂增设MBR工艺后的特点主要体现在以下几个方面：第一，进水方式。A污水处理厂基于污水脱氮除磷的需要，增设MBR处理系统同时将缺氧区设为两段（缺氧区I及缺氧区II），并在处理过程中使用两点进水方法，即在进生物池前增设进水分配渠道，同时在渠道之后增设污水分配，而所需要处理的污水以一定比例的方式分别经由两套调节堰门而分别流入到厌氧区或缺氧区I。第二，回流方式。A污水处理厂为了提升出水水质所使用的是三段回流的形式。三段回流形式具体为：第一段为从膜池回流混合液至好氧区前端；第二段为好氧区硝化液分别按比例回流至缺氧区I及缺氧区II；第三段为缺氧区I的反硝化液回流至厌氧区前端。

5.3膜组件选择

5.3.1膜材料

膜材料分为无机膜材料与有机膜材料两种。常见有机膜材料为PE、PS与PES等，而无机膜材料多为一些金属材料、金属氧化物以及陶瓷材料。从性能上讲，有机膜材料工艺趋于成熟，膜孔径和形式多样，造价低廉，但使用过程易受污染，使用寿命不长；无机膜材料具有良好的化学稳定性，能耗较低，但制造成本较高，实际制备工艺也较难。因此，本工程采用的膜材料为改性后的有机膜。

5.3.2膜形式

根据膜组件的不同，应用在浸入式MBR中的膜为以下两种：中空纤维膜与平板膜。中空纤维膜在国内的大型的市政工程中应用较多，具有装填密度高、体积小、工艺简单、价格低廉等优点，但是对于预处理的要求却很高，阻力损失较大，常见的中空纤维膜有帘式、束状、柱状3种；平板膜的实际应用较少，有污泥浓度高、抗污堵能力强等优点，但是也存在着装填密度低、投入资金量较大等缺点，主要分为板式和盘式两种构造形式。本工程应用的是浸入式MBR膜的中空纤维膜。

5.3.3膜孔径

根据膜孔径的不同，通常将MBR膜分为超滤膜和微滤膜两种形式。两者之间并没有严格地区分定义，在MBR技术当中，通常将0.1μm作为分界点，膜孔径在0.01μm~0.1μm之间的为超滤膜，膜孔径在0.1μm~0.4μm之间的称为微滤膜。两者的孔径虽然有所不同，但是过滤作用的是截留部分构成的动态膜，截留去除的贡献较大，从实际的工程应用情况来看，两者之间的工艺效果并没有太大的差别。

5.4参数设计

第一，混合液污泥浓度（MLSS）。膜池MLSS设置以10g/L的标准进行的，缺氧区MLSS为6.4g/L，厌氧区MLSS为4.8g/L，好氧区MLSS为8.0g/L。第二，污泥泥龄（SRT）。对于有脱氮需求的A污水处理厂，在进行泥龄参数设计过程中通常都是以泥龄长的MBR工艺主要考虑，之后则依据硝化泥龄和反硝化泥龄来进行SRT的计算，同时SRT计算时需考虑对膜污染的控制，由此计算A污水处理厂中泥龄设计参数为18.6d。第三，回流比。膜池向好氧区、好氧区向缺氧区、缺氧区向厌氧区的回流液比例分别控制在300～500%、200～300%、100～200%。第四，水力停留时间（HRT）。硝化和反硝化效果与HRT之间有着密切的关系，过短的HRT难以保证硝化和反硝化效果，结合A厂的实际，其膜池HRT设计值为10.5h。

结语

水污染的现实和水质标准的提高,使全球水资源的供需矛盾日益尖锐化,MBR因其独特的优势在水处理领域得到推广。MBR的处理对象由污水处理扩展到给水处理,应用地域也从北美、日本过渡到其它地区。未来MBR与传统工艺的竞争能力日益增强,在当前未涉及的工业废水和饮用水预处理方面,应加快MBR的研究开发及应用推广。处理后水质可以达到自来水标准。通过膜生物反应器（MBR）技术建设小区中水回用工程以及对工业和市政污水处理装置进行技术及规模升级。膜分离技术成功应用于对MBR出水进行深度处理可提高排放水质并扩大回用范围,进而实现节约用水和保护环境的双重目的。

参考文献

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