城鎮(zhèn)污水處理廠MBR工藝設(shè)計范文

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摘要：

膜-生物反應(yīng)器是一種由生物處理單元與膜分離單元相結(jié)合的水處理技術(shù)，因此可省掉二沉池，并可保持非常優(yōu)異的出水效果可有效去除水中的有機物與氨氮等污染物質(zhì)。文章通過兩個工程案例總結(jié)了城鎮(zhèn)污水處理MBR工藝生化處理系統(tǒng)的工藝特點、設(shè)計參數(shù)等。

關(guān)鍵詞：

城鎮(zhèn)污水處理廠；mbr工藝；生物處理單元；膜分離單元；膜-生物反應(yīng)器

膜-生物反應(yīng)器（Membrane Bio-Reactor，簡寫為MBR）是一種由生物處理單元與膜分離單元相結(jié)合的水處理技術(shù)。在國外膜-生物反應(yīng)器，在20世紀90年代中后期已進入了實際應(yīng)用階段。由于MBR工藝具有出水水質(zhì)好、占地面積小和節(jié)省運行成本等優(yōu)點，隨著膜分離技術(shù)和產(chǎn)品的不斷開發(fā)，其在污水處理方面得到迅速發(fā)展和應(yīng)用。2008年以來，我國處理規(guī)模在萬噸級以上的大型膜工程迅速增加，2013年投入運行的膜系統(tǒng)處理能力已超過230萬m3/d，預(yù)計2015年，膜系統(tǒng)處理能力將超過500萬m3/d。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計資料，今后5年MBR工藝在我國將以50%～100%的年增長率高速發(fā)展。由于MBR工藝在我國城鎮(zhèn)污水處理中的應(yīng)用較晚，因此缺乏設(shè)計建造的工程經(jīng)驗。結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗，在研究國內(nèi)外成功案例和技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上，通過研究下面兩個比較具有特色的城鎮(zhèn)污水處理工程MBR工藝生化系統(tǒng)的設(shè)計，為今后國內(nèi)城鎮(zhèn)污水處理廠的升級改造運行和MBR工藝規(guī)?；O(shè)計提供參考。

1污水處理廠概況

1.1成都市第三污水處理廠擴能提標改造工程

1.1.1項目概況。成都市第三污水處理廠目前現(xiàn)有設(shè)計規(guī)模為10×104m3/d，現(xiàn)處理水量為10×104m3/d，采用以A2O為主體的除磷脫氮工藝。由于該污水處理廠已滿負荷運行，因此采用MBR工藝進行擴能提標改造使總處理水量達到20×104m3/d。污水處理廠出水水質(zhì)達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）一級A標，其中主要指標COD、BOD、氨氮、總磷等達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中Ⅳ類標準。

1.1.2工藝流程如圖1所示：圖1工程流程框圖

1.2成都天府新區(qū)第一污水處理廠工程該工程的特點是采用全地下式MBR工藝進行污水處理，設(shè)計規(guī)模近期按10萬m3/d，設(shè)備近期一階段設(shè)備安裝規(guī)模為5萬m3/d，遠期規(guī)模達到26萬m3/d。污水處理廠進、出水水質(zhì)同成都市第三污水處理廠，因此采用的工藝與成都市第三污水處理廠擴能提標改造工程相同。地下式與地上式污水處理廠的優(yōu)劣勢比較：

1.2.1社會效益。地上式污水廠：外觀與周圍的自然景觀難融合，場地較難作為其他用途。隨著城市化進程，一些城市內(nèi)早期建設(shè)的污水處理設(shè)施已成為整個城市進一步發(fā)展的限制因素，需遷建或轉(zhuǎn)入地下。地下式污水廠：改變?nèi)藗儗ξ鬯幚韽S臟、臭的傳統(tǒng)不良印象，有利于環(huán)保知識的普及。解決“城中廠”問題，甚至可成為城市的環(huán)保地標和新城市景觀。

1.2.2經(jīng)濟效益。地上式污水廠：土地利用率低，不僅占地大，而且需考慮綠化帶和隔離帶用地，一般不小于200m。影響周邊土地的利用，影響市場價值。地下式污水廠：可在市中心建設(shè)，節(jié)省管道長距離輸送的巨大投資和運行維護費用。節(jié)約占地和用地成本，集成度高，除滿足污水處理需求外，地上及周邊空間利用價值高，可用于公用事業(yè)或商業(yè)開發(fā)。

1.2.3環(huán)境效益。地上式污水廠：需要加蓋對臭氣收集并進行處理，由于排放點零散，臭氣問題較難解決。水泵、鼓風(fēng)機、管道和水流產(chǎn)生的噪聲較難處理。地下式污水廠：臭氧及噪聲污染小，人與環(huán)境和諧發(fā)展，可作為循環(huán)生態(tài)環(huán)保教育基地，提高民眾的環(huán)保意識。

1.3生化系統(tǒng)形式的選擇生物法主要分為兩大類：活性污泥法和生物膜法。由于活性污泥法具有抗沖擊負荷能力強、處理效果好、運行穩(wěn)定等特點，在污水處理工藝中應(yīng)用是最為廣泛的。經(jīng)過實際廣泛應(yīng)用和通過技術(shù)上的不斷改進，活性污泥法已成為當今污水處理技術(shù)的主體。在MBR脫氮除磷工藝中A2O及其變形強化工藝的處理效果和運行管理是最為穩(wěn)定和方便的，因此在目前應(yīng)用的工程經(jīng)驗來看多選用A2O及其變形強化工藝。

2MBR工藝設(shè)計

2.1MBR系統(tǒng)流程MBR系統(tǒng)流程如圖2所示：

2.2工藝特點

2.2.1進水方式。由于A2/O的厭氧、缺氧、好氧工藝對除磷脫氮處理效果最為突出，為了滿足脫氮或者生物除磷對進水碳源的需要，MBR生物反應(yīng)池一般采用兩點進水。即在生物池前設(shè)置進水分配渠道，污水進入分配渠道后，通過兩套調(diào)節(jié)堰門可以將原水按照一定比例分配到厭氧區(qū)和缺氧區(qū)前端，增加系統(tǒng)的靈活性。

2.2.2回流方式。MBR工藝是采用硝化液與污泥回流合并的膜分離技術(shù)，因此回流比高于傳統(tǒng)工藝。在本設(shè)計中采用三段回流，即第一段從膜池回流混合液至好氧區(qū)前端，第二段將好氧區(qū)末端的硝化液回流至缺氧區(qū)前端，第三段將缺氧區(qū)末端的反硝化液回流至厭氧區(qū)前端。由于膜池回流的混合液富含大量氧氣，如果采用膜池硝化液直接回流至缺氧區(qū)，會破壞缺氧區(qū)缺氧環(huán)境，導(dǎo)致反硝化反應(yīng)不充分，因此在這兩個工程中均采用三段回流，回流比為：（1）12度：膜池回流至好氧池：400%；好氧池回流至缺氧池：400%；缺氧池至厭氧池：300%；（2）20度：膜池回流至好氧池：300%；好氧池回流至缺氧池：300%；缺氧池至厭氧池：200%。

2.2.3提升方式。MBR工藝的混合液回流提升方式有兩種：（1）前提升系統(tǒng)，即好氧池出水由泵提升至膜池，膜池的混合液重力回流至生物池；（2）后提升系統(tǒng)，即由于膜池有效水深較生化池淺，好氧池出水自流至膜池，膜池的混合液通過回流泵提升至生物池。由于后提升系統(tǒng)較前提升系統(tǒng)提升混合液的流量小、能耗少，因此在這兩個實際工程中經(jīng)過綜合比較確定采用后提升系統(tǒng)。

2.2.4好氧區(qū)形式。由于從膜池回流至好氧區(qū)的大比例混合液含有高濃度的DO，需要實現(xiàn)快速混合，同時為了減小因剪切造成的污泥顆粒破碎和提高曝氣設(shè)備的充氧速率，好氧區(qū)內(nèi)的混合液需保持懸浮狀態(tài)和良好的紊流狀態(tài)，因此MBR工藝，其好氧區(qū)宜設(shè)計成完全混合式。

2.3設(shè)計參數(shù)

2.3.1污泥濃度。采用膜分離技術(shù)的MBR工藝較傳統(tǒng)活性污泥法選取的MLSS值較高，因此在這兩個工程中對于城鎮(zhèn)綜合污水處理工程，我們按膜池污泥濃度值10g/L來進行設(shè)計，厭氧區(qū)MLSS 4.8g/L，缺氧區(qū)MLSS 6.4g/L，好氧區(qū)MLSS 8.0g/L。

2.3.2泥齡。由于城鎮(zhèn)綜合污水處理工程對脫氮有要求，因此MBR工藝的泥齡通常較傳統(tǒng)工藝長。SRT宜根據(jù)硝化泥齡和反硝化泥齡來計算確定。由于泥齡在20d左右時，跨膜壓差增長趨勢變緩，因此在這兩個工程中泥齡設(shè)計為18.6d。

2.3.3污泥負荷。污泥負荷是根據(jù)MBR工藝生物處理單元的兩個主要設(shè)計參數(shù)MLSS和SRT計算出來的。在這兩個工程中，計算出的污泥負荷僅為傳統(tǒng)活性污泥法污泥負荷的一半左右，因此使得系統(tǒng)具有較強的抗進水水質(zhì)沖擊的能力。

2.3.4水力停留時間（HRT）。由于HRT是保證硝化和反硝化效果的重要參數(shù)，因此這兩個工程中，應(yīng)適當加大系統(tǒng)的HRT，設(shè)計值為10.5h。

2.3.5需氧量和供氣量。MBR膜池采用空氣擦洗來改變膜絲表面液體的流態(tài)，可以防止膜的表面污堵，因此膜池內(nèi)的溶解氧濃度很高，故從膜池大比例回流到生化池的混合液中含大量溶解氧，使生化池所需的曝氣風(fēng)量降低。同時MBR工藝采用的MLSS濃度較高，故混合液的液膜厚度、污泥粘滯度等與傳統(tǒng)工藝不同，參數(shù)α、β和C0值在計算供氣量時應(yīng)進行調(diào)整，因此MBR工藝的實際生化池供氣量小于計算量。

3結(jié)語

第一，MBR系統(tǒng)的特點：（1）工藝流程短，構(gòu)筑物少，布置緊湊，方便運行管理；（2）MBR生物池中的混合液濃度較常規(guī)曝氣生物池的濃度高，可以部分提高污水處理程度；（3）動力費用較常規(guī)工藝高；（4）占地面積小于常規(guī)處理工藝；（5）出水水質(zhì)指標優(yōu)于常規(guī)處理工藝，尤其是SS、細菌總數(shù)等指標明顯，BOD、COD、TP等指標較常規(guī)處理工藝處理率略有提高。第二，MBR系統(tǒng)的適用條件：（1）新建、擴建的污水廠，出水水質(zhì)要求較高的；（2）新建、擴建的污水廠，建設(shè)用地緊張，采用其他處理工藝需要增加用地；（3）處理規(guī)模為中、小型，設(shè)施比較老舊的污水處理廠升級改造。第三，MBR系統(tǒng)存在的問題：（1）投資費用較高，膜的壽命較短，一般為5～8年，因此更換膜的折舊費用較高；（2）由于MBR工藝的特殊性，對于水量的沖擊負荷承受力較低；（3）對于大型污水廠，全部采用MBR工藝，其運行的安全性系數(shù)較低，潛在的環(huán)境影響問題大。由于MBR在實際工程中的應(yīng)用受到膜制造成本偏高以及能耗高這些問題的限制，因此在實際工程中要通過詳細的技術(shù)經(jīng)濟比較再做出合理的選擇。

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作者：楊巍李彥龍 單位：中國市政工程西南設(shè)計研究總院有限公司