MBR处理工艺主要设备选型及常见问题探讨.docx

施工、材料与设备MBR处理工艺主要设备选型及常见问题探讨刘燕云(北京市市政工程设计研究总院，北京100082)摘要随着城市对再生水利用量的需求加大，提高污水处理厂出水水质已成为必然趋势。在用 地有限的条件下，MBR工艺在污水处理厂新建及升级改造工程中广泛应用。介绍了 MBR工艺的类 型及其主要配套设备，重点针对配套设备的结构型式及其在运行中出现的常见问题进行分析，并针 对设备选型提出建议。关键词污水处理厂MBR工艺设备选型膜格栅冲击负荷Probe into normal problems of the main MBR equipmentsLiu Yanyun(Beijing General Municipal Engineering Design&Research Institute，Beijing 100082， China)Abstract： With the increasing of demand for reclaimed water，it becomes an inevitable trend to improve the wastewater treatment plant effluent quality. In conditions of limited land， the MBR process is widely used in wastewater treatment plant building and upgrading project. This article introduces the types and main equipments of MBR process， focuses on the common problems analysis of the equipments structure and operation， and recommendations are put forward for the selection of equipment.Keywords:Wastewater treatment plant； MBR process； Equipment selection； Membrane grille；Impactload给水排水 Vol. 38 No. 4 2012 95由于北方地区水资源短缺，河湖天然补给水极端 匮乏，对污水再生利用的需求不断提高。因此，提高 污水处理厂出水水质，将污水资源再生利用，已成为 必然趋势。MBR工艺在有限的用地范围内，无疑是 完成污水处理厂升级改造的最佳处理工艺之一，采用 MBR工艺时，以往更多的关注集中在膜元件上，其他 配套设备往往容易被忽视。但是，好的处理工艺还需 要有与之相适合的配套设备来支持，如果设备选型合 理，既可以方便工艺系统的运行和管理，也可以延长 膜元件的使用寿命，减少设备改造所造成的麻烦，从 而可以大大降低污水处理厂的运行费用。1 MBR工艺简介膜生物反应器（MBR)工艺是一种由膜分离单 元与生物处理单元相结合的新型水处理技术。它利 用膜分离设备截留生化反应池中的活性污泥和大分 子有机物，节省了 二沉池。MBR工艺通过膜的分离 技术大大强化了生物反应器的功能，使活性污泥浓 度大大提高，其水力停留时间（H RT)和污泥停留时 间（SRT)也可以分别控制。比较常见的MBR系 统，根据膜组件和生物反应器的组合方式，可分为一 体式和分置式两种基本类型。一体式是膜组件置于 生物反应池内，进水进入膜生物反应池，其中的大部 分污染物被混合液中的活性污泥去除，再在负压作 用下由膜过滤出水。分置式的膜池和生物反应池分 开设置。生物反应池中的混合液流入膜池后，在抽 吸泵的抽吸作用下混合液中的液体透过膜，成为系 统处理水。图1和图2为一体式和分置式（浸没膜） MBR工艺流程简图。Mtfl W生物反应池_出水6泵图2 分置式MBR由于一体式MBR 般适于规模较小的污水 处理项目，而市政污水处理规模比较大，分置式 MBR的实际应用项目比较多。所以，下述内容主 要针对分置式MBR工艺进行设备选型问题分析 和探讨。MBR工艺流程一般是污水经过栅隙40 50 mm的粗格栅和1020 mm的中格栅后，由提 升泵提升经过一道46 mm的细格栅，再进入曝 气沉砂池，出水再经过孔径1 mm的膜格栅后进入 MBR生物池和膜池。通过透过液泵的抽吸，膜池 混合液中的液体透过膜元件，成为系统处理水；固 形物、大分子物质等则被膜截留在池内。膜池出 水经过臭氧脱色处理及加药消毒后进入清水池， 再通过配水泵房输送至厂外再生水利用管网向用 户供水或排入河道作为景观补充用水。2 MBR工艺主要设备 2.1粗、中格栅除污机由于粗、中格栅的进水渠道比较深，多采用链式 或钢丝绳式格栅除污机。2. 1. 1链式格栅除污机用于粗、中格栅的链式格栅除污机主要有前耙 式、背耙式、高链式等。前耙式和背耙式这两种格栅 运行的主要问题是：水下有转动部件，在转动轴上 容易缠绕纤维，尤其是前耙式结构水下旋转部件更 易被缠住；链条运转一段时间后链节伸长，如不及 时张紧，链与链轮会脱开，发生掉链，在水流速度较 高时也易发生掉链故障由于水下有转动部件，当 进水渠道较深时设备维修难度大。图1 体式MBR高链式格栅除污机的底部从动链轮虽然安装在 液位以上，但当进水液位波动较大时也会被淹没。 当进水渠液位较深时，耙臂悬出长度大；渠道较宽 时，机耙的整体刚性差，运行容易出现问题，不宜 采用 。2.1.2钢丝绳式格栅除污机传统二索和三索钢丝绳式格栅除污机的运 行问题主要有以下几点：重力靠耙结构清污效 果不佳；强制靠耙结构易发生卡耙故障；二索 钢丝绳是用翻耙导轨控制机耙强制翻耙，容易出 现翻耙死点；尽管配有防乱扣装置，但钢丝绳 卷筒仍容易出现乱扣现象；由于钢丝绳是柔性 的，如果有污物卡住，钢丝绳易偏载，造成机耙歪 斜卡死。根据污水处理厂的运行经验，抓爪式格栅除 污机现在成为最常选用的粗格栅之一，结构型式 见图3。这种格栅的特点是运行可靠，清污能力 强，一个抓爪可负责几条渠道的清污；水下无转动 部件，设备维修方便，尤其适用于进水渠道较深的 情况。但是，当进水条件为雨污合流制时，这种格 栅有一定弱点：因为抓爪清污是按渠道顺序进 行的，暴雨时，栅渣量突增，会发生抓爪清污不及 时、格栅被堵塞的状况；如果实际运行液位高于 最初设计的最高液位，抓爪下降时可能会因为水 流冲击而无法就位。（如有此类情况，应加设导 轨）；当需要除臭时，加罩的空间和除臭的风量 比较大。移动车 液压抓爪单元悬架导轨图3抓爪式格栅机结构型式由于这种格栅的栅隙一般不能小于25 mm，所 以不能用于中格栅。现在常用尼龙耙齿回转格栅作 为中格栅，但其漏渣率高，给后续工艺造成很大负 担，所以，目前在中格栅除污机机型的选择上还留有 空白，需要有更合适的机型来填补。2.2细格栅2.2.1孔板式格栅除污机孔板式格栅除污机是近5年内由国外引进的 种新机型，由于其具有截污效率高，过水能力 强，且设备为全封闭结构，安全、卫生等优点，成 为已建污水处理厂设备更新改造或再生水厂的 细格栅最佳选择之一。孔板式格栅的结构型式 见图4。图4孔板式格栅结构型式孔板式格栅除污机是由一个电机驱动的连续旋 转的孔板放置于一个固定框架中组成。待过滤的污 水从细格栅中部开口进入，从内向外通过两侧的孔 板进行杂质过滤后流出。随着过滤孔板的不断旋 转，淤积在孔板内侧的杂质被孔板上的提升板提升 到顶部栅渣排放区，并被格栅除污机顶部的冲洗水 冲洗至污物收集槽中，后导出。这种格栅的过滤孔板有两种材质，一种为不锈钢 孔板，金属孔板的格栅由于打孔时，在孔的边缘会有 一些细小的毛刺，容易挂住纤维，造成滤孔堵塞；另 外，由于金属板比较薄（12 mm)，过孔的纤维容易 形成回穿搭桥，造成过滤孔板的堵塞板结。所以，金 属孔板格栅冲洗水压力一般不小于70 bar(1 bar = 0.1 MPa)。另一种过滤孔板是由工程塑料制成（最 小孔径一般为3 mm)，其滤板厚度在9 mm左右，纤 维在穿过滤孔时不易形成回穿搭桥，这种孔板式细 格栅的冲洗水压力约2 bar，不用配高压冲洗装置。 孔板式格栅除污机需要配备高水力负荷的栅渣压 榨机。由于孔板式格栅除污机为全封闭结构，只需将 进出水渠道加盖玻璃钢盖板即可进行封闭除臭处 理。另外，为了便于观察滤板的污堵情况，设备两侧 封板应设置可清洗的观察视窗。2. 2. 2转鼓式格栅除污机转鼓式格栅除污机倾斜安装在污水渠道内，倾 角为3035。污水流入格栅圆形滤鼓，滤后水从滤 鼓周围流出。当滤鼓截留的滤渣积累到一定量，形 成阻力压差时，滤鼓在入口端预先设定的液位下开 始转动，在转鼓外侧上部沿滤鼓全长设有清洗喷嘴， 转鼓旋转过程中清洗装置将鼓内截留的滤渣冲入中 央的螺旋输送器，滤渣在输送的过程中进入压榨腔， 滤渣被压榨脱水后排出，固体含量达到35% 40%。结构型式参见图5。图5转鼓式格栅除污机结构型式这种格栅的主要问题是：受设备转鼓直径和倾 角限制，过流面积有限，与孔板式格栅相比，在同样 过水能力条件下占地面积较大。2. 3 曝气沉砂池设备曝气沉砂池对油脂有一定的去除效果，所以常 用于MBR工艺系统的预处理段，并配备行车式吸 砂机排除池内的沉积物。如果需要对曝气沉砂池进 行加盖除臭处理的，应采用不带侧向导轮的钢轮驱 动方式的行车式除砂机。2. 4膜格栅膜格栅是MBR工艺系统中预处理段对膜元件 保护的最后一道屏障，是最重要的设备之_，如果设 备选择不当，膜格栅会成为整个工艺系统运行的瓶 颈。常用的膜格栅主要为转鼓式（倾斜或水平转 鼓），也有用网板式格栅除污机。2. 4. 1倾斜转鼓式膜格栅倾斜转鼓式膜格栅的结构型式及工作原理同上述转鼓式细格栅（见图5)。但与转鼓式细格栅 相比，滤鼓是由不锈钢丝网制成，过滤精度有0. 5 mm、0. 75 mm、1 mm三种。鼓筐直径7802 600 mm。转鼓式膜格栅除了中压冲洗水系统 外，还配有一套高压冲洗水系统，高压冲洗水的冲 洗压力在120150 bar。这种膜格栅运行的主要问题是：进水SS对 膜格栅的过滤能力影响较大丨高压冲洗装置使污 水雾化，车间环境较差。如果在转鼓式膜格栅前面设置过滤精度为4 6 mm孔式细格栅，则会大大降低水中的SS，从而降 低膜格栅的过滤负荷压力，解决MBR膜系统的瓶 颈问题。另外，转鼓膜格栅的栅后面要设有一定高 度的挡墙，保证栅后有一定液位高度，较小的液位差 可以减小转鼓启动扭矩，防止设备损坏。2.4.2水平转鼓式膜格栅水平转鼓式膜格栅的安装角度约为6，其结构 型式参见图6。冲洗进水口j溢流栅渣口图6水平转鼓式膜格栅结构型式 这种膜格栅的过滤孔径有0. 6 mm、1. 0 mm、1. 5mm、2mm、2. 5 mm五种规格。其工作原理是： 污水由进水管流入转鼓，并被分布在滤鼓表面，液体 通过滤鼓表面的网孔流进箱体下方的水槽内，鼓内 被分离的栅渣，随着滤鼓的旋转被鼓内与转鼓为一 体的螺旋叶片推送至鼓端的排渣口排出。滤鼓外侧 上方沿滤鼓轴线长度上设有冲洗水喷头及尼龙刷， 冲洗水压力约为46bar。由于这种膜格栅在国内 尚无已投入运行的工程业绩，运行问题还不详，但与 上述倾斜转鼓式膜格栅相比，由于可以采用管道进 出水方式，设备为全封闭结构，车间环境好，价格较 便宜，主要缺点是：已运行的最大机型的过水能力 比较小，对于大型处理厂，设备配置数量较多，占地 面积较大；不过2011年新开发了大型机，比原最大 机型过水能力增大了约50% ;孔径2 mm，SS为 200 mg/L时的最大过滤能力为435 L/s;需要单 独配备高水力负荷的压榨机。2.4.3网板式膜格栅网板式膜格栅的结构型式与前述孔板式细格栅 相同（见图3)。与细格栅相比，滤板一般是由不锈 钢丝网制成（也有用孔板的），过滤精度一般不大于 1mm。这种格栅的过水能力与格栅的淹没深度有 关，渠道比倾斜转鼓膜格栅深，占地面积小。网板式 膜格栅除了中压冲洗水系统外，还须配备一套高压 冲洗水系统，高压冲洗水的冲洗压力在100 bar以 上。由于这种格栅在国内用于MBR工艺膜格栅的 业绩较少，运行问题尚不明确。2. 5曝气器MBR生物池与污水处理厂生物处理段的曝气 池类似，但运行的污泥浓度是其24倍（8 000 12 000 mg/L)，曝气量很大，气水比约为（810) = 1。 因生物池内污泥浓度高，啕瓷曝气盘易堵塞，相比之 下膜片式微孔曝气器适用性更强一些。由于MBR 生物池曝气盘的布置密度很大，不利于曝气盘的维 修更换，所以从设备维修角度来看，板式膜片式微孔 曝气器更适用于MBR工艺。2. 6 曝气鼓风机及气擦洗鼓风机目前经常使用的鼓风机有很多种型式，单级 离心式鼓风机、多级离心式鼓风机、磁悬浮鼓风 机、空气悬浮鼓风机等。由于单级离心式鼓风机 的效率高，风量调节范围宽，而曝气能耗要占整个 处理系统能耗的50%以上，所以在大中型处理厂 中经常采用；磁悬浮鼓风机和空气悬浮鼓风机设 备风量调节比较宽、维修量低、噪音低，常用于中 小型规模 的 处 理 厂。 多级离心鼓风机效率较低， 风量调节范围窄，但因价格较便宜，所以常用作风 量要求相对比较固定的膜元件气擦洗鼓风机。不 论何种类型的鼓风机，都有其适应性、优势和不 足，这些要区别分析。表1为几种不同结构型式多级离心鼓风机磁悬浮鼓风机结构较简单; 电机与叶轮 直联，轴与轴 承无直接接 触，效率较高； 轴承无需润 滑油，寿命较长;空 气 冷 却， 或只备用内循 环冷却系统；设 备 价 格 较低单_叶轮， 不存在级间 损失，且配有 进风导叶，风 机效率较高； 空气冷却， 般无需配备 冷却水系统； 单机风量调 节范围较宽噪音较低， 可不配备隔 音罩；转速低，对 进风空气洁净 度要求不高； 设备价格低， 维修费用较低主要优点结构复杂， 维修费用 较高；需配备隔 音罩；小机型性 价比低； 转速高，空 气洁净度要 求高；设备价格 较高气流需经 过多级增压， 从而造成多 次级间的弯 道损失和气 流紊流损失， 效率降低；风 量 范 围 较窄；轴承寿命 较短转 速 高， 对进风空气 洁净度要求 较咼；启动时噪 音较大； 单机最 大 风量较小， 对于大型处 理厂设备配 备数量多主要问题鼓风机的比较，表中内容会因设备生产厂家不同 而有所差别，仅供参考。表1不同结构型式鼓风机比较空气悬浮鼓风机结构较简单; 电机与叶轮 直联，轴与轴 承无直接接 触，效率较高； 轴承无需润 滑，寿命较长； 空气冷却， 或只配备内循 环冷却系统； 设备价格 较低转速高，对 进风空气洁 净度要求 较高；功率大于 150 kW时需 配备强制空气 冷却系统；进 出风管路较 复杂；单机最大 风量较小单级离心鼓风机化大的建议选择低限。2.8气动阀门和菱形空气调节阀气动阀门的气动执行器分齿轮齿条式气动执 行器和拨叉式气动执行器。拨叉式气动执行器是 采用单气缸双活塞拨叉式变扭矩传动结构，输出 力矩能随角度的改变而改变，在阀门开启或关闭 位置，力矩值最大，与阀门的规律相符，没有力矩 浪费，因而所需缸径可以更小。拨叉式气动执行 器开关次数可达100万次，扭矩曲线参见图7。菱 形空气调节阀采用“V”阀座，阀板为倒“V”型结 构，流量与阀门开度变化曲线近似于直线，可以对 生物反应池空气进行线性调节，保证曝气系统稳 定供气。与电动空气调节蝶阀相比价格略贵，但 曝气更精确，且节省能耗。图8是菱形空气调节 阀的性能曲线(DN 400)。 0.458 mbar 1.636 mbar -a- 4.133 mbar 7.347 mbar +11,460 mbar0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 阀门开度图8 菱形空气调节阀性能曲线（DN 400)2. 9污泥浓缩脱水设备由于MBR工艺系统的泥龄较长，污泥不易 脱水，宜选用离心式污泥浓缩脱水机。表2为离 心式污泥浓缩脱水机与带式污泥浓缩脱水机的 比较。40 000 35 000 30 000 25 000 ft 20 000 470%时，分 离效果会变坏，需加大用药量； 当进泥含水率99. 5%时， 离心机水力负荷已达满负荷， 固体负荷能力还很富裕，能耗 多用于水力负荷上，不经济 间歇操作；一般设备能力只能达到 标定能力的80%，需在设计 基础上加大