來源:中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品 作者:陳玉珊
MBR(膜生物反應(yīng)器技術(shù))由于占地面積小、出水質(zhì)量好等特點(diǎn)受到世界范圍內(nèi)污水凈化技術(shù)人員的廣泛重視，而且發(fā)展迅速。隨著我國(guó)污水排放標(biāo)準(zhǔn)的逐步提升和膜生產(chǎn)成本的降低，膜生物反應(yīng)器技術(shù)也受到了國(guó)內(nèi)環(huán)保工作者的重視，并被應(yīng)用在了城市的污水處理當(dāng)中。本文主要以某湖泊的MBR(膜生物反應(yīng)器技術(shù))工藝工程為例，對(duì)工程中的生物分段形式、膜組件選擇及工藝參數(shù)進(jìn)行研究，并列舉了相關(guān)實(shí)例，旨在提升MBR工藝水平，增強(qiáng)對(duì)該湖泊的污水處理能力。
為響應(yīng)《2014年茂名市政府工作報(bào)告》關(guān)于污水處理廠的一系列號(hào)召，根據(jù)《茂名市東組團(tuán)城市給排水專項(xiàng)規(guī)劃》，選址建設(shè)新污水處理廠，負(fù)責(zé)處理電城鎮(zhèn)和博賀灣新城生活污水，優(yōu)先解決近期污水處理及排污問題。新建污水處理廠，采用高效生化水處理技術(shù)，即MBR工藝技術(shù)。本文以MBR新建污水處理工程為研究對(duì)象，從工程中的生物段工藝形式、膜組件選擇等進(jìn)行了研究和優(yōu)化，得到以下主要結(jié)論。
1.生物處理工藝設(shè)計(jì)
如今，許多小型污水處理廠的污水的排放標(biāo)準(zhǔn)都有提升，在有限用地的情況下，傳統(tǒng)的脫氮除磷工藝也開始逐漸被一體化、集成處理設(shè)備代替，其中以MBR膜為主題的處理工藝，占有了市場(chǎng)大部分份額。80年代以來，該技術(shù)越來越受到重視，成為研究的熱點(diǎn)之一。目前膜生物反應(yīng)器已應(yīng)用于美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)和埃及等10多個(gè)國(guó)家，規(guī)模從6m3/d～13000m3/d不等。
1.1 MBBR技術(shù)工藝
MBBR的中文名為移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)了生物膜法與活性污泥法的有機(jī)結(jié)合，在生物膜法原理的基礎(chǔ)上，又結(jié)合了活性污泥法的優(yōu)點(diǎn)，并克服了單一的缺點(diǎn)，顯著提升反應(yīng)池的功能效果，也強(qiáng)化了反應(yīng)池的抗沖擊能力。在反應(yīng)池中，填料的表面一般都附著一層微生物，這些微生物形成一層具有獨(dú)特功能的生物膜。特殊的填料隨著池水上下浮動(dòng)，填料表面微生物與池中污染物、與空氣中氧氣充分接觸。在吸附與擴(kuò)散作用的影響下，污染物進(jìn)入到生物膜中氧化降解。微生物得到繁殖所需的養(yǎng)分后數(shù)量會(huì)明顯增多，膜的厚度達(dá)到6g/L～10g/L，是普通反應(yīng)池的2倍以上，降解效率遠(yuǎn)超普通反應(yīng)池。移動(dòng)床生物膜微生物都為附著式生長(zhǎng)，污泥齡達(dá)到30天左右，有利于一些硝化菌的生長(zhǎng)繁殖，而填料表面中硝化菌的數(shù)量增多，增強(qiáng)了反應(yīng)池的除氨氮能力。此外，附著式生長(zhǎng)方式還有利于一些特殊菌落的自然選擇，這些自然菌落對(duì)于煉油廢水中一些難降解的污染物有甚好的效果，而這些特殊菌群可有效地降解煉油廢水中的特征污染物，特別是一些難降解的污染物，從而獲得更低的出水COD濃度，提升出水水質(zhì)。
MBBR池的設(shè)計(jì)流量：250m3/h，有效容積1000m3，單組膜面積1656m2。經(jīng)初步計(jì)算該工藝單位污水量運(yùn)行成本為0.68元/(m3˙天)。
1.2 一體化內(nèi)循環(huán)流化床工藝
內(nèi)循環(huán)三相好氧生物流化床反應(yīng)器是在保持傳統(tǒng)的三相流化床所具有的反應(yīng)器內(nèi)混合性良好、傳質(zhì)速率快、污泥濃度大、有機(jī)負(fù)荷高等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，解決了傳統(tǒng)三相流化床所存在的問題，具有可控制生物膜厚度的過度增長(zhǎng)、載體流失量小、載體流化性能好、氧的轉(zhuǎn)移效率高等主要特點(diǎn)。三相生物流化床為污水處理廠的核心處理構(gòu)筑物，通過微生物的新陳代謝作用，來實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)碳、N、P等有機(jī)污染物的降解。增加化學(xué)輔助除磷措施。
一體化內(nèi)循環(huán)流化床的水力停留時(shí)間：2hr;有效水深：11m;通過砂濾進(jìn)行去除生物處理中殘留污染物，來實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)碳、N、P等有機(jī)污染物的去除。單臺(tái)設(shè)計(jì)流量：40m3/h;數(shù)量：6臺(tái);經(jīng)計(jì)算該工藝單位污水量運(yùn)行成本為0.64 元/(m3˙天)。
1.3 一體化兼氧MBR技術(shù)工藝
膜生物反應(yīng)器為傳統(tǒng)活性污泥法與膜分離技術(shù)的結(jié)合?；钚晕勰嘀形⑸飳?duì)原水中有機(jī)物進(jìn)行生物降解以達(dá)到去除有機(jī)物的目的。膜分離單元代替了傳統(tǒng)工藝中的二沉池，可大大減小占地面積，穩(wěn)定出水水質(zhì)。
一體化兼氧MBR設(shè)計(jì)為臥式罐體結(jié)構(gòu)，MBR膜孔徑0.3μm中空纖維膜。水力停留時(shí)間4h，兼氧區(qū)溶解氧0.5mg/L，汽水比：0.1～0.2。經(jīng)初步計(jì)算該工藝單位污水量運(yùn)行成本為0.42元/(m3˙天)。
2.一體化兼氧MBR系統(tǒng)設(shè)計(jì)
膜生物反應(yīng)器為傳統(tǒng)活性污泥法與膜分離技術(shù)的結(jié)合?；钚晕勰嘀形⑸飳?duì)原水中有機(jī)物進(jìn)行生物降解以達(dá)到去除有機(jī)物的目的。膜分離單元代替了傳統(tǒng)工藝中的二沉池，可大大減小了占地面積。設(shè)備主體MBR膜，應(yīng)具有適應(yīng)低濃度污水的性能，其化學(xué)需氧量(COD)適應(yīng)范圍宜為100mg/L～500mg/L，總氮(TN)宜≤35mg/L;總磷(TP)宜≤10mg/L。且設(shè)備主題MBR膜系統(tǒng)內(nèi)微生物，在貧營(yíng)養(yǎng)條件下(BOD<15mg/L)應(yīng)能夠有不少于兩周的存活期。一體化膜生物反應(yīng)器為集約型一體化處理設(shè)備，包含進(jìn)水區(qū)、處理區(qū)、出水區(qū)及設(shè)備放置區(qū)。
3.膜分離單元設(shè)計(jì)
3.1 膜組件選擇
(1)膜材料
膜材料分為無機(jī)膜材料與有機(jī)膜材料兩種。常見有機(jī)膜材料為PE、PS與PES等，而無機(jī)膜材料多為一些金屬材料、金屬氧化物以及陶瓷材料。從性能上講，有機(jī)膜材料工藝趨于成熟，膜孔徑和形式多樣，造價(jià)低廉，但使用過程易受污染，使用壽命不長(zhǎng);無機(jī)膜材料具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，能耗較低，但制造成本較高，實(shí)際制備工藝也較難。因此，本工程采用的膜材料為改性后的有機(jī)膜。
(2)膜形式
根據(jù)膜組件的不同，應(yīng)用在浸入式MBR中的膜為以下兩種：中空纖維膜與平板膜。中空纖維膜在國(guó)內(nèi)的大型的市政工程中應(yīng)用較多，具有裝填密度高、體積小、工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)于預(yù)處理的要求卻很高，阻力損失較大，常見的中空纖維膜有簾式、束狀、柱狀3種;平板膜的實(shí)際應(yīng)用較少，有污泥濃度高、抗污堵能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但是也存在著裝填密度低、投入資金量較大等缺點(diǎn)，主要分為板式和盤式兩種構(gòu)造形式。本工程應(yīng)用的是浸入式MBR膜的中空纖維膜。
(3)膜孔徑
根據(jù)膜孔徑的不同，通常將MBR膜分為超濾膜和微濾膜兩種形式。兩者之間并沒有嚴(yán)格地區(qū)分定義，在MBR技術(shù)當(dāng)中，通常將0.1μm作為分界點(diǎn)，膜孔徑在0.01μm～0.1μm之間的為超濾膜，膜孔徑在0.1μm～0.4μm之間的稱為微濾膜。兩者的孔徑雖然有所不同，但是過濾作用的是截留部分構(gòu)成的動(dòng)態(tài)膜，截留去除的貢獻(xiàn)較大，從實(shí)際的工程應(yīng)用情況來看，兩者之間的工藝效果并沒有太大的差別。
3.2 膜分離單元工藝參數(shù)
(1)膜通量
膜通量是指單位時(shí)間內(nèi)透過單位膜面積的水量，是衡量膜分離性能的重要參數(shù)。在本單位的MBR中，膜通量一般為0.5m3/(m2˙d)，最高能達(dá)到0.75 m3/(m2˙d)。在實(shí)際工作中，膜通量會(huì)隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)而減小，但經(jīng)過特殊的清洗處理后還能恢復(fù)到初始狀態(tài)。從數(shù)學(xué)的角度上講，膜通量是一個(gè)變量。膜通量主要包括以下3種：設(shè)計(jì)平均、設(shè)計(jì)峰值與最大實(shí)際值。設(shè)計(jì)膜通量是規(guī)模處理下設(shè)計(jì)膜面積上的通量;設(shè)計(jì)峰值膜通量是水量峰值條件下設(shè)計(jì)膜面積上的通量;最大實(shí)際膜通量為MBR(膜生物反應(yīng)器技術(shù))下的總產(chǎn)水量。
(2)膜孔徑
關(guān)于MBR(膜生物反應(yīng)器技術(shù))中膜的孔徑，并非是單純的數(shù)值概念，主要指的是膜的過濾精度，是一種正態(tài)的統(tǒng)計(jì)概念。直到今天，國(guó)際上還沒有統(tǒng)一的對(duì)于膜孔徑的定義與方法，因此，實(shí)際工作中的出水水質(zhì)更加重要。膜對(duì)于污染物的處理過程主要通過以下3種方式進(jìn)行：第一，膜孔本身的截流作用;第二，膜孔和膜表面的吸附作用;第三，膜表面沉積層的吸附作用。新鮮膜如果被投入使用起到過濾作用的會(huì)是被截流下的污染物構(gòu)成的動(dòng)態(tài)膜，截流貢獻(xiàn)也較大。
(3)膜池停留時(shí)間
膜池是放置膜主件的池體，和二沉池有所不同，因?yàn)橹饕强磕み^濾抽出污水，因此，膜池的停留時(shí)間并不是預(yù)先設(shè)置的限制參數(shù)。膜池的容積主要由以下3種因素決定：第一，膜組件形狀;第二，膜池中放置的膜組件的數(shù)量;第三，膜組件的安裝要求。在同一膜池當(dāng)中，不應(yīng)該放置過多的膜組件，放置出現(xiàn)空氣擦洗和抽水不均勻的情況。因此，如果污水處理廠的規(guī)模較大，應(yīng)該設(shè)置成多組膜池并聯(lián)的方式。
(4)膜防堵設(shè)計(jì)
膜的污堵是常見的MBR(膜生物反應(yīng)器技術(shù))工藝的現(xiàn)象，如何對(duì)之進(jìn)行延緩是關(guān)鍵性技術(shù)之一。在污水池的處理設(shè)計(jì)過程中，可以從以下5個(gè)方面進(jìn)行考慮：
①膜組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在該種膜處理方式當(dāng)中，膜元件的選擇應(yīng)該考慮到化學(xué)和物理因素，特別要考慮到清洗手段對(duì)于水質(zhì)的具體要求。此外，膜組件的構(gòu)造要能夠使得膜組件流道順暢，且不在局部淤積。其他的不同的技術(shù)手段也同樣有對(duì)應(yīng)的要求。
②膜系統(tǒng)優(yōu)化。膜池過流斷面為膜系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容之一，過渡斷面要使得膜池盡量通過不同膜組件，保證膜池內(nèi)沒有明顯的濃度梯度。此外，空氣擦洗采用的曝氣方式需要一定的水力條件，保持良好的水力沖刷作用。
③前段機(jī)械性預(yù)處理。采用適宜的處理方式除掉水中的大顆粒懸浮物，特別是石油類和纖維類物質(zhì)。
④膜運(yùn)行過程設(shè)計(jì)。許多膜系統(tǒng)運(yùn)行方式是間歇出水，膜組件停止出水期間只是簡(jiǎn)單停頓，也有的會(huì)反沖洗。循環(huán)周期越短，膜污堵越慢。
⑤膜清洗設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)化學(xué)處理類型分為3種：清水反沖、在線化學(xué)清洗、離線化學(xué)清洗。
結(jié)語
綜上所述，本文對(duì)MBR(膜生物反應(yīng)器技術(shù))工藝進(jìn)行了研究，從中可以得出以下結(jié)論：
第一，膜生物反應(yīng)器技術(shù)與生物處理、二次沉淀等深度處理工藝不同，性能保障取決于生物處理膜分離單元。
第二，就本工程而言，采用一體化兼氧MBR工藝作為本工程核心處理工藝，具有運(yùn)行成本低、主題設(shè)備高效運(yùn)行、維護(hù)方便等優(yōu)勢(shì)。
第三，就膜段工藝參數(shù)設(shè)計(jì)而言，應(yīng)該以MBR(膜生物反應(yīng)器技術(shù))工藝為標(biāo)準(zhǔn)除磷，并對(duì)MBR系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，增設(shè)了污泥消化池。
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