污水处理站中MBR污水处理工艺的设计

MBR(膜生物反应器技术)由于占地面积小、出水质量好等特点受到世界范围内污水净化技术人员的广泛重视，而且发展迅速。随着我国污水排放标准的逐步提升和膜生产成本的降低，膜生物反应器技术也受到了国内环保工作者的重视，并被应用在了城市的污水处理当中。

本文主要以某湖泊的MBR(膜生物反应器技术)工艺工程为例，对工程中的生物分段形式、膜组件选择及工艺参数进行研究，并列举了相关实例，旨在提升MBR工艺水平，增强对该湖泊的污水处理能力。

本文以MBR新建污水处理工程为研究对象，从工程中的生物段工艺形式、膜组件选择等进行了研究和优化，得到以下主要结论。

一、生物处理工艺设计

如今，许多小型污水处理厂的污水的排放标准都有提升，在有限用地的情况下，传统的脱氮除磷工艺也开始逐渐被一体化、集成处理设备代替，其中以MBR膜为主题的处理工艺，占有了市场大部分份额。80年代以来，该技术越来越受到重视，成为研究的热点之一。目前膜生物反应器已应用于美国、德国、法国和埃及等10多个地区，规模从6m³/d——13000m³/d不等。

1、MBBR技术工艺

MBBR的中文名为移动床生物膜反应器，实现了生物膜法与活性污泥法的有机结合，在生物膜法原理的基础上，又结合了活性污泥法的优点，并克服了单一的缺点，显著提升反应池的功能效果，也强化了反应池的抗冲击能力。在反应池中，填料的表面一般都附着一层微生物，这些微生物形成一层生物膜。特殊的填料随着池水上下浮动，填料表面微生物与池中污染物、与空气中氧气充分接触。在吸附与扩散作用的影响下，污染物进入到生物膜中氧化降解。微生物得到繁殖所需的养分后数量会明显增多，膜的厚度达到6g/L——10g/L，是普通反应池的2倍以上，降解效率远超普通反应池。移动床生物膜微生物都为附着式生长，污泥龄达到30天左右，有利于一些硝化菌的生长繁殖，而填料表面中硝化菌的数量增多，增强了反应池的除氨氮能力。此外，附着式生长方式还有利于一些特殊菌落的自然选择，这些自然菌落对于炼油废水中一些难降解的污染物有甚好的效果，而这些特殊菌群可有效地降解炼油废水中的特征污染物，特别是一些难降解的污染物，从而获得更低的出水COD浓度，提升出水水质。

MBBR池的设计流量：250m³/h，有效容积1000m³，单组膜面积1656㎡。经初步计算该工艺单位污水量运行成本为0.68元/(m³˙天)。

2、一体化内循环流化床工艺

内循环三相好氧生物流化床反应器是在保持传统的三相流化床所具有的反应器内混合性良好、传质速率快、污泥浓度大、有机负荷高等优点的同时，解决了传统三相流化床所存在的问题，具有可控制生物膜厚度的过度增长、载体流失量小、载体流化性能好、氧的转移效率高等主要特点。三相生物流化床为污水处理厂的核心处理构筑物，通过微生物的新陈代谢作用，来实现对有机碳、N、P等有机污染物的降解。增加化学辅助除磷措施。

一体化内循环流化床的水力停留时间：2hr;有效水深：11m;通过砂滤进行去除生物处理中残留污染物，来实现对有机碳、N、P等有机污染物的去除。单台设计流量：40m³/h;数量：6台;经计算该工艺单位污水量运行成本为0.64 元/(m³˙天)。

3、一体化兼氧MBR技术工艺

膜生物反应器为传统活性污泥法与膜分离技术的结合。活性污泥中微生物对原水中有机物进行生物降解以达到去除有机物的目的。膜分离单元代替了传统工艺中的二沉池，可大大减小占地面积，稳定出水水质。

一体化兼氧MBR设计为卧式罐体结构，MBR膜孔径0.3μm中空纤维膜。水力停留时间4h，兼氧区溶解氧0.5mg/L，汽水比：0.1——0.2。经初步计算该工艺单位污水量运行成本为0.42元/(m³˙天)。

二、一体化兼氧MBR系统设计

膜生物反应器为传统活性污泥法与膜分离技术的结合。活性污泥中微生物对原水中有机物进行生物降解以达到去除有机物的目的。膜分离单元代替了传统工艺中的二沉池，可大大减小了占地面积。设备主体MBR膜，应具有适应低浓度污水的性能，其化学需氧量(COD)适应范围宜为100mg/L——500mg/L，总氮(TN)宜≤35mg/L;总磷(TP)宜≤10mg/L。且设备主题MBR膜系统内微生物，在贫营养条件下(BOD<15mg>

三、膜分离单元设计

1、膜组件选择

（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。

（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。

（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。

2、膜分离单元工艺参数

（1）膜通量

膜通量是指单位时间内透过单位膜面积的水量，是衡量膜分离性能的重要参数。在本单位的MBR中，膜通量一般为0.5m³/(㎡˙d)，能达到0.75 m³/(㎡˙d)。在实际工作中，膜通量会随着使用时间的增长而减小，但经过特殊的清洗处理后还能恢复到初始状态。从数学的角度上讲，膜通量是一个变量。膜通量主要包括以下3种：设计平均、设计峰值与实际值上限。设计膜通量是规模处理下设计膜面积上的通量；设计峰值膜通量是水量峰值条件下设计膜面积上的通量；实际膜通量为MBR(膜生物反应器技术)下的总产水量。

（2）膜孔径

关于MBR(膜生物反应器技术)中膜的孔径，并非是单纯的数值概念，主要指的是膜的过滤精度，是一种正态的统计概念。直到今天，还没有统一的对于膜孔径的定义与方法，因此，实际工作中的出水水质更加重要。膜对于污染物的处理过程主要通过以下3种方式进行：

A、膜孔本身的截流作用；

B、膜孔和膜表面的吸附作用；

C、膜表面沉积层的吸附作用。新鲜膜如果被投入使用起到过滤作用的会是被截流下的污染物构成的动态膜，截流贡献也较大。

3、膜池停留时间

膜池是放置膜主件的池体，和二沉池有所不同，因为主要是靠膜过滤抽出污水，因此，膜池的停留时间并不是预先设置的限制参数。膜池的容积主要由以下3种因素决定：

A、膜组件形状；

B、膜池中放置的膜组件的数量；

C、膜组件的安装要求。

在同一膜池当中，不应该放置过多的膜组件，放置出现空气擦洗和抽水不均匀的情况。因此，如果污水处理厂的规模较大，应该设置成多组膜池并联的方式。

4、膜防堵设计

膜的污堵是常见的MBR(膜生物反应器技术)工艺的现象，如何对之进行延缓是关键性技术之一。在污水池的处理设计过程中，可以从以下5个方面进行考虑：

（1）膜组件结构设计。在该种膜处理方式当中，膜元件的选择应该考虑到化学和物理因素，特别要考虑到清洗手段对于水质的具体要求。此外，膜组件的构造要能够使得膜组件流道顺畅，且不在局部淤积。其他的不同的技术手段也同样有对应的要求。

（2）膜系统优化。膜池过流断面为膜系统设计的关键内容之一，过渡断面要使得膜池尽量通过不同膜组件，保证膜池内没有明显的浓度梯度。此外，空气擦洗采用的曝气方式需要一定的水力条件，保持良好的水力冲刷作用。

（3）前段机械性预处理。采用适宜的处理方式除掉水中的大颗粒悬浮物，特别是石油类和纤维类物质。

（4）膜运行过程设计。许多膜系统运行方式是间歇出水，膜组件停止出水期间只是简单停顿，也有的会反冲洗。循环周期越短，膜污堵越慢。

（5）膜清洗设计。该系统设计化学处理类型分为3种：清水反冲、在线化学清洗、离线化学清洗。

四、结语

综上所述，本文对MBR(膜生物反应器技术)工艺进行了研究，从中可以得出以下结论：

A、膜生物反应器技术与生物处理、二次沉淀等深度处理工艺不同，性能保障取决于生物处理膜分离单元。

B、就本工程而言，采用一体化兼氧MBR工艺作为本工程核心处理工艺，具有运行成本低、主题设备运行、维护方便等优势。

第C、就膜段工艺参数设计而言，应该以MBR(膜生物反应器技术)工艺为标准除磷，并对MBR系统进行了优化，增设了污泥消化池。