污水处理站中MBR污水处理工艺的设计

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开展研究，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。

为响应《20**年***市政府工作报告》关于污水处理厂

的一系列号召，根据《***市东组团城市给排水专项规划》，

选址建设新污水处理厂，负责处理电城镇和博贺湾新城生活

污水，优先解决近期污水处理及排污词题。新建污水处理厂，

采用高效生化水处理技术，即MBR工艺技术。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、

膜组件选择等开展了研究和优化，得到以下主要结论。

1.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多个国家，规模从6n13/d〜13000m3/d

不等。

1.1MBBR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，在生物膜法原理的根底上，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

层具有独特功能的生物膜。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，膜的厚度到

达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

到达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1656m2o经初步计算该工艺单位污水量运行成本为

0.68元/（m3•天）o

1.2一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:

Um；通过砂滤开展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）。

1.3一体化兼氧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开展生物降解以到达去

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设计为卧式罐体构造，MBR膜孔径0.3

um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）o

2.一体化兼氧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开展生物降解以到达去

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。设咯主体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W35mg/L；总磷(TP)宜W10mg/L。且设

备主题MBR膜系统内微生物，在贫营养条件下(BOD〈15mg/L)

应能够有不少于两周的存活期。一体化膜生物反应器为集约

型一体化处理设备，包含进水区、处理区、出水区及设备放

置区。

3.膜分离单元设计

3.1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0.1Pm作为分界点，膜孔径在0.01um〜0.1um

之间的为超滤膜，膜孔径在0.luni-0.4uni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，截留去除的奉献较大，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异。

3.2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/(m2-d),最高能到达0.75m3/(m2・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

值与最大实际值。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；最大实际膜通量为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，国际上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种方式开展：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，截流奉献也较大。

(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：第

一，膜组件形状；第二，膜池中放置的膜组件的数量；第三，

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,

如何对之开展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个方面开展考虑：

①膜组件构造设计。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,

膜组件结束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。

结语

综上所述，本文对M