MBR污水处理工艺的应用

陈华平

摘要：现代科学技术的发展让污水处理问题面临着新的形势，而污染防治与环境保护本身也是我国的基本国策，是地方政府需要履行的重要职能。城镇化进程的加快使得水污染问题变得更加严重，大量的工业污水、城市污水在环境当中直接排放会产生极其严重的危害性。因此本次研究将围绕MBR生化处理工艺展开技术论述，为污水处理提供技术层面的参考依据。

关键词：污水处理；MBR；工艺；

引言

污水处理的核心是利用不同类型的工艺和机械设备，将其中的有害物质转化为无害物质从而让污水得到净化完成资源的充分利用，传统的物理技术、化学技术和生物技术等都属于常见的技术手段。我国在MBR工艺方面的研究时间较晚，但近年来的技术推广力度明显加大，MBR工艺在含盐污水、焦化污水等特殊污水处理方面发挥了关键作用，经济效益和环境效益突出。

1、MBR污水处理工艺的优势

1.1能够有效地去除污染物

MBR的污水处理技术可以完全去除污水中的悬浮固体。其生物膜组件的膜具有约0.01μm的孔径，可以拦截反应器中的所有悬浮物质和污泥。此外，它还具有良好的固液分离能力，对悬浮颗粒的截留率超过99%，对污水的浊度超过90%。其出水的浊度水平与自来水相当。由于生物膜模块具有优异的截留效果，污水中的活性污泥全部留在反应器中，因此反应器中的污泥浓度可高达40-50g/L，从而降低了生物反应器的污泥负荷。该系统对城市生活污水COD和BOD的去除率分别达到94%和96%。这里需要指出的是，在处理污水时，应选择孔隙率好的膜组件。同时，MBR污水处理工艺还可以对多种细菌和病毒具有良好的处理效果，从而简化污水处理工艺。

1.2具有较高的灵活性与实用性

在污水的处理之中，传统的处理工艺整个流程较长，设备的占用空间较大，同时无法保证出水的水质能够达到标准。然而MBR污水处理工艺的流程较短，占地面积更小，在进行污水处理时，也更加灵活。在进行水量控制时，可以根据污水处理的实际要求，进行生物膜组件的增减，从而完成出水量的灵活调整，整个过程极为简单，操作起来也非常方便。传统的污水处理流程之中，其固液分离技术在于使用二次沉淀池进行固体与液体的分离，然而这种方式容易导致污泥的膨胀，MBR污水处理工艺不需要采用二次沉淀池就可以完成固液分离，大大降低了操作的复杂程度，使污水处理工艺更具备实用性，而且MBR污水处理技术能够实现污水处理的自动化控制，满足了污水处理企业对于污水处理技术的自动化需求。

1.3解决了污泥的处理问题

传统的污水处理工艺之中，对于污泥的处理需要单独进行工艺设计，导致了整个工艺流程过于繁琐，很难提高污水处理的效率。而MBR污水处理工艺，能够将污泥全部留在反应器之中，从而降低污泥的负载。MBR污水处理工艺在处理时可以直接进行脱水，如此既节省了污泥处理的流程，而且也提升了污泥处理的效率，降低了污水处理工艺的造价，解决了污泥处理的问题。相关数据表明，在进行生活污水的处理时，MBR的最优排泥时间应该在35天左右。

2、MBR工艺类型

根据膜组件和生物反应器的组合方式，可将膜—生物反应器分为分置式、一体式以及复合式三种基本类型。

2.1分置式膜—生物反应器

隔膜装置与生物反应器的分离。利用循环水泵对生物反应器内的混合液进行增压，将其输送至膜组件的滤清器末端。在高压的影响下，混合物中的液滴进入膜内，形成被处理的水；固体和高分子材料被分离后送回生物反应器。分离型MBR具有操作稳定、易于清洗、更换、添加隔膜等优点，但是，在通常条件下，要降低膜面上的污垢，使膜面的清洗时间更长，要求在膜面上采用循环泵来提供较高地过流速率，水循环流量较大，能耗较高。另外，由于泵体的高速转动，其作用也会使一些细菌的活性降低。

2.2一体式膜—生物反应器

采用两种方式：一种是将浸泡在水中的膜片从生物反应器中分离出来，然后用泵浦的方式将污水输送到生物反应器中去。这使得膜浸没池可以作为好氧区使用，同时，为了硝化反硝化的目的，生物反应器有助于膜的清洗。

第二种方式是将隔板直接置于一个生物反应器内，然后用真空水泵或其他形式的水泵将隔板抽走，使经过隔板的污水在负压下得到纯化。为降低膜污染，一般采用间歇式抽水方式。污水经MBR处理后，经过MBR的处理，在外加压力的作用下，经膜过滤后排出。这种类型的MBR系统由于省略了混合液体循环系统并且依赖于抽吸流出物而具有相对低的能耗；完全占用且更紧凑。曝气装置安装在膜组件下方，可以为生物化学反应提供氧气。其次，它可以提供向上的气流来清洗膜丝。薄膜纤维互相摩擦，使混合物沿空气流动的方向往上，从而有效地避免了薄膜的污染。由于不需要再进行循环，所以这种设备的能耗比较小，一般在2~4度之间。在当前的污水治理工程中，这一技术得到了广泛应用。

2.3复合式膜—生物反应器

在形态上，它也是一种集成的MBR系统，不同之处在于它在生物反应器中添加填料，形成复合膜生物反应，并改变了反应器的一些特性。

3、MBR污水处理工程的设计要点

3.1膜堆的设计

在MBR工艺中，膜反应器的设计是一个关键问题。MBR系统的设计结果将直接关系到MBR系统的整体操作，并将直接关系到MBR系统是否能够达到预期的功能。在膜堆的设计中，有一个特别重要的技术参数，即膜通量。膜通量的选择不仅关系到MBR系统的操作范围，而且关系到MBR系统的投资。当污水处理容量相同时，较高的膜通量和较低的膜表面面积，能有效地减少隔膜槽所占的空间，节约投资费用。但若膜通量太大，则会缩短膜系统的操作时间，提高膜部件的清洗频率，提高其维修费用。因此，应综合考虑实际污水处理项目的水质、系统占地面积和投资水平，在满足项目需求的同时最大限度地降低成本。

3.2膜堆的空间布置

膜堆的空间布局主要包括两种类型，一种是平面布局，另一种是截面布局。平面布置的位置应尽可能靠近曝气池的中心，并确保曝气池的前、后、左、右侧有足够的空间。预留空间应超过膜组件尺寸的30%。如果使用多个单元，每个单元之间的距离应满足上述要求。在截面布局方面，应根据运行中的最低水位确定，膜组件顶部与最低水位之间的距离应大于300mm，膜组件底部与曝气管之间的距离宜大于180mm，并且曝气管和曝气池底部之间的距离应该在150到250毫米之间。

3.3反应池设计

在MBR的设计中，为了防止与污水发生短路，也为了便于化学清洁，必须把氧气与膜分离开来。由于独立膜反应器的主要作用是安放膜反应器和让水从膜反应器中穿过，所以在设计好氧反应器时不必考虑停留时间、污泥年龄等因素。

3.4曝气系统设计

曝气是MBR系统的主要组成部分，在进行MBR系统的设计时，应综合考虑MBR系统的各项要求。曝气装置的作用是对膜纤维进行空气摩擦，防止污泥和絮状物在膜纤维上的吸附。在整体膜法反应器中，曝气也起到了给生物供氧的效果。曝气是在膜的较低部位产生的，它是利用空气的上升来清洁膜的，但是必须要有合适的曝气量，否则会导致膜污染。

3.5CEB系统设计

随着MBR工艺的不断运行，膜通量逐渐降低，必须进行化学纯化。化学清洗主要是去除吸附在膜孔隙中的杂质，恢复膜通量，保证膜的正常运行。常用的试剂是次氯酸钠和柠檬酸。次氯酸钠的主要作用是去除无机杂质，防止结垢和生物污染；柠檬酸的主要作用是缓解胶体凝结和结垢，两者必须同时使用。

3.6泵的选择与应用

MBR系统中使用的泵设备主要包括抽吸泵、清洗泵、污泥回流泵和加药泵。应根据具体的工艺流程和排水要求选择合适的泵设备，并综合考虑流量、扬程和管理布局。

4、MBR存在的问题及其改进措施

4.1优化膜组件结构

膜组件的选择对MBR的操作有很大的影响。通过对膜纤维的充填密度、充填方式及充填长度的优化，可以有效地减少MBR的运行费用。

4.2优化MBR的操作参数和条件

MBR中过大的曝气强度不仅恶化了污泥混合物的过滤能力，导致过滤过程中膜孔堵塞阻力和滤饼层阻力增加，而且导致污泥混合物堵塞膜孔的时间缩短，降低了膜的初始通量。过度曝气也会浪费能源并增加运营成本。因此，合理选择曝气装置，调整曝气强度和曝气间隔是行之有效的措施。

4.3防治膜污染

运行一段时间后，由于浓度过高导致的不可逆吸附、堵塞和凝胶层的形成，致使膜通量在运行过程中减弱，从而对膜造成污染。膜污染影响膜的稳定运行，并决定了膜更换的频率，这是影响MBR工艺经济性的原因。膜污染的防治主要从以下几个方面着手：第一，通过研究膜性质（膜材质、膜孔径大小、孔隙率及粗糙度等）对膜污染的影响规律，从而进行相应的膜污染防治措施；第二，导致膜污染的最重要的材料是活性污泥混合液，所以可以通过改变污泥混合物的性质来预防膜污染；第三，通膜分离过程中的水力学条件过优化与膜污染的关系；第四，对膜进行清洗，薄膜清洗的方式分为两种，一种是物理清洗，另一种是化学清洗，除此之外，还有超声波清洗、电场过滤和脉冲清洗等。

结束语

MBR将膜分离技术与常规污水生物处理技术相融合，既节省了二沉池的建造，又大幅提升了固液两相分离的效率，同时还可增加曝气池内的活性污泥浓度，以及污泥中特有细菌（尤其是优势细菌）的存在，加快了生化反应速度。总之，MBR技术在今后数十年中仍将是世界上较为先进的技术，目前已被我国各大污水处理厂的技术改造项目所采用。

参考文献

[1]马先芒.MBR工艺在污水处理厂升级改造中的应用[J].工程技术研究，2022，7(21):34-36.DOI:10.19537/j.cnki.2096-2789.2022.21.012.

[2]黄建梅.村镇分散生活污水处理中MBR工艺的应用[J].清洗世界，2022，38(10):127-129.

[3]洪武林.农村生活污水处理中MBR工艺应用[J].节能与环保，2022(03):91-92.

[4]洪尉淞.城镇污水处理工艺综合评估模型构建及其应用[D].重庆交通大学，2021.DOI:10.27671/d.cnki.gcjtc.2021.000804.

[5]夏雨梅.MBR污水处理工艺的现场应用[J].化工设计通讯，2020，46(01):108-109.