MBR工藝在中水回用中的應(yīng)用

摘要：文章主要通過對MBR工藝特點的介紹，結(jié)合工程實例探討了中水回用MBR工藝的技術(shù)在工程中的可行性，歸納了MBR工藝技術(shù)上的優(yōu)點。作為新型中水回用技術(shù)的MBR工藝，其發(fā)展前景廣闊，而且經(jīng)濟、環(huán)境效益及社會效益顯著。

關(guān)鍵詞：MBR；膜生物反應(yīng)器；中水回用；生活污水

1 引 言

膜生物反應(yīng)器（Membrane Biological Reactor，簡稱MBR）技術(shù)，是膜分離技術(shù)與生物技術(shù)有機結(jié)合的新型水處理技術(shù)。它通過膜的分離技術(shù)，大大強化了生物反應(yīng)器的功能，具有設(shè)計操作簡單、出水水質(zhì)良好、占地較小等諸多優(yōu)點，尤其適用于城市高層建筑和住宅小區(qū)生活污水的再生利用。

2 MBR工藝介紹

2.1 MBR 工藝的組成

通常提到的膜生物反應(yīng)器實際上是三類反應(yīng)器的總稱：

①曝氣膜生-物反應(yīng)器 ；

②萃取膜-生物反應(yīng)器；

③固液分離型膜-生物反應(yīng)器 ；

其中固液分離型膜生物反應(yīng)器是在水處理領(lǐng)域中研究得最為廣泛深入的一類膜生物反應(yīng)器，是一種用膜分離過程取代傳統(tǒng)活性污泥法及接觸氧化法中二次沉淀池的水處理技術(shù)。

2.2 固液分離型膜-生物反應(yīng)器的應(yīng)用

在傳統(tǒng)的廢水生物處理技術(shù)中，泥水分離是在二次沉淀池中依靠重力作用完成的，其分離效率依賴于活性污泥的沉降性能。而污泥的沉降性取決于曝氣池的運行狀況，改善污泥沉降性必須嚴(yán)格控制曝氣池的操作條件，這限制了該方法的適用范圍。系統(tǒng)在運行過程中還產(chǎn)生了大量的剩余污泥，其處置費用占污水處理廠運行費用的25%～40%。針對上述問題，MBR 將分離工程中的膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)廢水生物處理技術(shù)有機結(jié)合，大大提高了固液分離效率，并且由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中特效菌（特別是優(yōu)勢菌群）的出現(xiàn)，提高了生化反應(yīng)速率。MBR 反應(yīng)池內(nèi)活性污泥濃度可高達(dá) 8000～l0000mg/L，污泥BOD 負(fù)荷率低，一般為 0.05～0.1kgBOD/kgMLSS.d ，污泥處于減速增長后期和內(nèi)源呼吸前期，污水中的有機物能夠得到徹底有效的降解。同時通過降低 F/M 比減少剩余污泥產(chǎn)生量（甚至為零），從而基本解決了傳統(tǒng)活性污泥法存在的許多突出問題。反應(yīng)器膜孔徑一般為 0. 1～0.02 u m，小于細(xì)菌的直徑，屬于微濾膜的范圍，能有效去除水中的細(xì)菌，可視為隔離除菌的一種手段，減少了后續(xù)投加的消毒藥劑量，且其出水中懸浮物和濁度接近于零。

膜生物反應(yīng)器主要由膜分離組件及生物反應(yīng)器兩部分組成。MBR 工藝中用膜一般為微濾膜（MF） 和超濾膜 （UF），大都采用 0.1～0.4 u m 膜孔徑，這對于固液分離型的膜反應(yīng)器來說已經(jīng)足夠。為了便于工業(yè)化生產(chǎn)和安裝，提高膜的工作效率，在單位體積內(nèi)實現(xiàn)最大的膜面積，通常將膜以某種形式組裝在一個基本單元設(shè)備內(nèi)，在一定的驅(qū)動力下，完成混合液中各組分的分離，這類裝置稱為膜組件 。工業(yè)上常用的膜組件形式有五種： 板框式 、螺旋卷式、圓管式、 中空纖維式 和毛細(xì)管式。MBR工藝中常用的膜組件形式有： 板框式、圓管式和中空纖維式膜組件。

2.3 膜生物反應(yīng)器的分類

根據(jù)膜組件和生物反應(yīng)器的組合方式， 可將膜生物反應(yīng)器分為：分置式、一體式以及復(fù)合式三種基本類型。

分置式膜生物反應(yīng)器把膜組件和生物反應(yīng)器分開設(shè)置，如圖1 所示。生物反應(yīng)器中的混合液經(jīng)循環(huán)泵增壓后打至膜組件的過濾端，在壓力作用下混合液中的液體透過膜，成為系統(tǒng)處理水；固形物、大分子物質(zhì)等則被膜截留，隨濃縮液回流到生物反應(yīng)器內(nèi)。分置式膜生物反應(yīng)器的特點是運行穩(wěn)定可靠，易于膜的清洗、更換及增設(shè)；而且膜通量普遍較大。但一般條件下為減少污染物在膜表面的沉積，延長膜的清洗周期，需要用循環(huán)泵提供較高的膜面錯流流速，水流循環(huán)量大、動力費用高，并且泵的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的剪切力會使某些微生物菌體產(chǎn)生失活現(xiàn)象。

一體式膜生物反應(yīng)器是把膜組件置于生物反應(yīng)器內(nèi)部，如圖2 所示。進(jìn)水進(jìn)入膜生物反應(yīng)器，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，再在外壓作用下由膜過濾出水。 這種形式的膜生物反應(yīng)器由于省去了混合液循環(huán)系統(tǒng)，并且靠抽吸出水， 能耗相對較低； 占地較分置式更為緊湊，近年來在水處理領(lǐng)域受到了特別關(guān)注。 但是一般膜通量相對較低， 容易發(fā)生膜污染，膜污染后不容易清洗和更換。

復(fù)合式膜生物反應(yīng)器在形式上也屬于一體式膜生物反應(yīng)器，所不同的是在生物反應(yīng)器內(nèi)加裝填料，從而形成復(fù)合式膜生物反應(yīng)器，改變了反應(yīng)器的某些性狀，如圖3 所示：

3 工程實例

3.1設(shè)計水量及水質(zhì)

某工程為某大學(xué)學(xué)生宿舍中水回用工程。學(xué)生宿舍現(xiàn)有13600人，校園道路灑水和沖洗日用水100t、花草樹木澆灌日用水100t。中水水源為該宿舍區(qū)生活污水，日處理量為 2000t。回用水用途：學(xué)生宿舍沖廁、衛(wèi)生間清潔、校園花草樹木澆灌、校園道路灑水和沖洗。

經(jīng)取樣及參考類似工程經(jīng)驗，確定水質(zhì)情況見表1。

出水水質(zhì)達(dá)到《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T18920-2002）要求。

3.2水處理工藝設(shè)計

3.2.1 工藝流程

該工程采用一體式膜生物反應(yīng)器，系統(tǒng)流程如圖4 所示。校區(qū)的生活污水經(jīng)格柵去除漂浮物之后進(jìn)入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池主要起水量調(diào)節(jié)及水質(zhì)均衡的作用。再由設(shè)置在調(diào)節(jié)池內(nèi)的污水泵抽升至膜生物反應(yīng)池中進(jìn)行有效、徹底的生物降解以獲得優(yōu)質(zhì)的出水，為防止膜污染 ，膜過濾以“運行 l0min，停2min”間歇抽吸方式進(jìn)行。膜濾出水進(jìn)入清水池備用，為使出水更安全可靠，采用NaClO 對水進(jìn)行消毒 ，這時水已完全達(dá)到了中水使用標(biāo)準(zhǔn)。MBR系統(tǒng)正常運行狀態(tài)下，不會產(chǎn)生臭氣且產(chǎn)生污泥量極少，因此通過污泥泵抽至吸泥車外運方式每年排泥 1～2 次。

3.2.2 主要設(shè)備和構(gòu)筑物設(shè)計參數(shù)

處理構(gòu)筑物采用鋼筋混凝土池體，構(gòu)筑物及設(shè)備的說明如下：

（1） 格柵井

為防止大塊污物進(jìn)入調(diào)節(jié)池內(nèi)，在水進(jìn)入調(diào)節(jié)池前設(shè)置格柵1座，池體規(guī)格為：L×B×H=1.50m×l.50m×l.50m。池內(nèi)主體設(shè)備為粗細(xì)格柵兩道，柵條間隙分別為10mm 及 5mm。

（2） 調(diào)節(jié)池

格柵后設(shè)調(diào)節(jié)池1座，水力停留時間（HRT）為 4h，有效容積為400m3。池體規(guī)格為： L×B×H=30.00m×5.00m×3.00m。池內(nèi)主體設(shè)備為2臺潛水排污泵。

（3） 膜生物反應(yīng)池

調(diào)節(jié)池后設(shè)膜生物反應(yīng)池一座，水力停留時間（HRT）為8h，有效容積是800m3，池體規(guī) 格為：L×B×H =30.00m×l0.00m×3.00m。設(shè)計參數(shù)：混合液懸浮固體濃度 MLSS=6000～8000mg/L，氣水比=25～30∶1。主體設(shè)備：膜組件、膜架、自吸泵、2 臺羅茨風(fēng)機、曝氣管、7臺自吸泵。

（4） 清水池

該池停留時間 （HRT） 為 4h，有效容積為400m3，數(shù)量為1座 ，池體規(guī)格 ：L×B×H= 30.00m×5.00m×3.00m。主體設(shè)備：NaClO 消毒劑投加裝置1套，變頻恒壓供水系統(tǒng)， 供水系統(tǒng)包括三臺供水泵（兩用一備）和變頻控制柜。

3.3中水處理站設(shè)計

中水處理構(gòu)筑物占地面積約 650m2，為地下式，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。設(shè)備間占地面積約 130m2，磚混結(jié)構(gòu)，建于地下構(gòu)筑物之上，高度為 4.0m，站內(nèi)設(shè)排水溝、進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)口及采暖設(shè)施。墻面粉刷白色乳膠漆，設(shè)備間采用日光燈照明，亮度不低于200LX，站內(nèi)預(yù)留用電插座及空調(diào)插座；設(shè)備間內(nèi)用電負(fù)荷為150kW（380V三相五線），預(yù)留電源。中水站旁設(shè)市政自來水管，以備清洗膜組件時使用。

4 結(jié)束語

通過該工程實例可以看出MBR工藝與傳統(tǒng)的污水處理工藝相比有以下顯著特點：

（1）可以采用較高污泥濃度，大幅減少占地面積；低污染負(fù)荷，有利于水中有機物質(zhì)得到徹底降解。

（2）可以截留硝化菌，通過程序控制 ，使硝化反應(yīng)得以順利進(jìn)行，有效地去除氨氮。

（3）不必考慮污泥的沉降性能和擔(dān)心污泥的流失，能夠保證其在低污泥負(fù)荷下進(jìn)行。

（4）實現(xiàn)水力停留時間 （HRT） 和污泥停留時間（SRT）的完全分離，可以截留一時難于降解的大分子有機物，延長其在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間，使之得到最大限度的氧化分解。

（5）出水水質(zhì)好且穩(wěn)定。

（6）自動化程度高，系統(tǒng)全部實現(xiàn)PLC集中控制，維護(hù)管理方便。

（9 比使用傳統(tǒng)生物處理工藝節(jié)省消毒劑用量。

中水回用作為解決城市水資源危機的重要途徑，是協(xié)調(diào)城市水資源與水環(huán)境的根本出路， 不僅在技術(shù)上是可行的，而且還能創(chuàng)造相當(dāng)良好的環(huán)境效益和社會效益。