MBR系统方案

一、概况

略

二、设计依据

 用户提供的相关资料

《地表水环境质量标准》               （GB3838－2002）

《污水再生利用工程设计规范》         （GB50335-2002）

《城市污水再生利用景观环境用水水质》 （GB/T121-2002）

《建筑给水排水设计规范》             （GB50015－2003）

《给水排水工程构筑物结构设计规范》     （GB50069－2002）

《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》 （CEC138:2002）

三、设计参数

3.1污水水量

根据甲方提供的相关资料，本工程MBR系统处理水量为50m3/d。

3.2进水水质

根据甲方提供的资料，本污水处理工程MBR系统进水水质主要指标如下：

表3.1  MBR系统进水水质

根据甲方要求，本污水处理工程MBR系统出水达标排放水质满足《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB/T121―2002）中的景观环境用水水质。出水排入景观湖中。即：

表3.2  MBR系统出水水质

4.1 工艺选择

4.1.1传统污水处理工艺介绍

城市污水的二级处理通常可选用生物法、化学法及物理化学法等。从技术经济综合比较，生化法与化学法和物理化学法相比具有处理效率高、运行费用低、效果好、运行稳定、运行经验丰富等优点。所以无论是工业废水还是生活污水都广泛采用生化方法进行处理。生化法主要分为两大类：活性污泥法和生物膜法。其中，活性污泥法是应用最为广泛的污水处理技术，它具有处理有机废水效果好、去除率高、运行稳定、运转经验丰富、运行费用低等优点，经过实际广泛应用和通过技术上的不断改进，活性污泥法一直是当今污水处理技术的主体。

目前国内外常用的活性污泥法有传统活性污泥法、A2O法、A-B法、SBR法、氧化沟等。一般大型城市污水处理厂多应用传统活性污泥法，而在中小型城市污水处理厂的工艺选择上则较为灵活。

随着各国对废水处理要求的不断提高，使得传统活性污泥工艺在多功能性、稳定性和经济性等方面已难以满足不断提高的要求。80年代以来废水生物处理新工艺、新技术的研究、开发、应用取得了长足的进步，许多新工艺应运而生。这些新工艺的共同特点是：高效、稳定、节能，并具有脱氮除磷等多功能性，其中较典型的处理工艺有：

（1）A2O工艺：以往的生物处理工艺主要目的是降低污水中以BOD、COD等综合指标表示的耗氧有机污染物质，随着水体富营养化问题的日益严重，氮、磷等污染物质的危害引起了人们的足够重视，使得缺氧、厌氧、好氧工艺应运而生。A2O工艺根据活性污泥中的不同微生物在完成硝化、反硝化以及生物除磷过程对环境条件要求的不同，在池子不同的区域分别设置厌氧区、缺氧区和好氧区。A2O工艺应用较为广泛，历史较长，已积累一定的设计和运行经验，通过精心的控制和调节，一般可以获得较好的除磷脱氮效果，出水水质较稳定，在国内外大中小型城市污水处理厂常有采用。

（2）氧化沟（Oxidation Ditch）工艺：因其构筑物呈封闭沟渠而得名，属于活性污泥法的一种改型，能够同时实现碳有机物氧化、氮硝化以及生物脱氮是氧化沟的基本特征。目前常用的几种商业性氧化沟有荷兰DHV公司开发的Carrousel氧化沟，美国Envirex公司开发的Orbal氧化沟，丹麦Kruger公司发明的交替工作式氧化沟等。

（3）A-B法（Adsorption-Biodegradation）工艺：由德国亚琛大学Bohnke教授于70年代中期开创，该工艺可以同时实现脱氮除磷，并具有较强的抗冲击负荷能力。

（4）SBR工艺（Sequencing Batch Reactor）：SBR实际上是出现最早的活性污泥法，早期的实验研究都是采用这一工艺，但直到近10年来，由于自动控制、机械制造方面的技术突破才使得这一工艺真正应用于生产实践。

到目前为止共有5种专利型SBR工艺和设备，如：CASS、ICEAS、CAST、MSBR、DAT-IAT等。

（5）曝气生物滤池工艺（Biological Aerated Filter）：该工艺是80年代开发的新型微生物附着型污水处理设备，属于生物膜法范畴，它的优点是同时完成生物处理与固液分离，减少了占地面积和运行费用，目前商业产品有OTV公司的BIOSTYR和Degremont公司的BIOFOR。

（6）Unitank工艺：该工艺池子布置和运行方式与三沟式氧化沟相类似，但在池体构型、曝气方法、出水方式等方面有所不同。Unitank工艺一般由一矩形池子组成，内分三格，三格在水力上是连通的。池子外侧二格即第一格和第三格交替作为曝气池和沉淀池，第二格始终作为曝气池。在第一格和第三格中另需设置周边出水堰（所需堰长如同传统二沉池）。由于受池子沉淀功能（即需要一定的池子表面积）的制约，一般一组Unitank池子的处理能力在2万m3/d左右。

4.1.2膜生物反应器技术介绍

膜生物反应器技术（MBR）是膜分离技术和污水生物处理技术有机结合的产物，被普遍认为是性能稳定，效果良好，和极具发展潜力的污水处理技术。该技术的特点是以超、微滤膜分离过程取代传统活性污泥处理过程中的泥水重力沉降分离过程，由于膜可全面截留细菌，大大提高了生物反应器中的生物浓度和种群数量，特别是像硝化菌这类不易形成菌胶团的细菌被截留，使得生物降解效率明显提高。因此膜生物反应器不单纯是生物处理与膜过滤技术的简单叠加，而是具有1+1远大于2 的效应。

4.1.3膜生物反应器(MBR)的优点和特点

MBR工艺在国内外已经成功地应用于城市污水与工业污水的处理，具有以下优点和特点：

出水水质良好  采用膜生物反应器技术处理后的污水，其COD可达30mg/l以下，BOD可达5mg/l以下，可以直接回用于生活杂用水等方面，这是一般传统工艺很难达到的。高品质的出水，可以直接回用，从而有效减少污水的排放量，对于保护环境作用极大。

占地面积小  反应器内的微生物浓度高，大大提高容积负荷（可高达2-5KgCOD/m3.d），减小了生化池容。采用膜生物反应器一个处理构筑物，替代了传统污水处理工艺的曝气、二沉、混凝、过滤等多个处理构筑物，大大减少了对土地的占用。 

剩余污泥排放少  有机负荷低、泥龄长，污泥产率低。

氨氮去除率高  由于膜分离作用，可以有效控制泥龄，因此可以使世代周期较长的硝化细菌（24天）得到有效地截流、生长繁殖，从而大大提高污水中NH3-N的去除率，可达95%以上。

除磷效果好  污泥浓度高，可以直接进行脱水，避免传统工艺沉淀池和污泥浓缩池缺氧状况下磷的释放。以生化除磷为主，辅助化学除磷确保达标。可以直接将铝盐和铁盐投入生化池中，形成的磷酸盐沉淀可被膜截留，随剩余污泥排放，而传统的混凝过滤难以避免部分磷酸盐絮状物随SS随水带出。

抗冲击负荷能力强  由于具有很高的生物相浓度，因此抗冲击负荷的能力很强，这对于保证水质、水量变化较大的城市污水处理设施的稳定运行，尤显重要。

生物相丰富  膜的高效截留作用，使微生物完全截留在反应器内，可以使得世代周期较长的微生物以及不易形成菌胶团的微生物得以富集和繁殖，可以在整个生物相内形成生物富集和共代谢作用，形成较为完整的微生物链，大大提高处理效率和系统的稳定性，而这在传统生化工艺中较为少见。

自动化程度高，运行管理简便。

模块化设计  由于膜生物反应器技术的模块化特征，生化池污泥浓度有很宽的可控范围，因此它可以通过增加必要的膜组建模块，来应对处理水量的增长。

4.1.4污水厂建设需要考虑的实际问题

污水厂的建设实施中，必然将会面临以下实际问题：

污水厂占地：随着城市化进程的加快，污水厂会被城市包围，土地价值很高，征地拆迁或投资管网引水至城郊新建都要付出昂贵代价。

污泥问题：随着污水处理量的不断上升从而带来污泥产量的增加，以及污泥处置标准的提高、处置费用的上升、人们对污泥二次污染认识的提高，污泥处置已成为环境综合治理工作中的新难点。

高标准排放要求：由于环境治理排放标准日趋严格，污水厂升级运行几年后可能又面临为满足更高排放标准的升级，因此污水厂所采用的工艺和排放指标需要有一定的前瞻性。采用先进的处理工艺对排放水体的水质保护和改善将起到重要作用。

再生回用：随着水污染严重和水资源短缺与经济可持续性发展的矛盾日益突出，许多国家已把水环境污染治理与水资源开发有机结合,战略目标由传统意义上的“污水处理、达标排放”转变为以“处理再生，资源化利用”,污水处理厂已被“新生水厂”取而代之。推广再生利用既可补充城市水资源不足，又可减少污水排放对环境的继续污染,是促进水资源良性循环一举两得的优良措施。

对周围环境的影响：考虑到污水厂对周围住宅的影响，在工程上要考虑气味对环境的影响和外观与周围环境的协调性。

因此，需考虑占地小、污泥产量小、出水能满足高标准排放或回用要求的污水处理工艺技术，并在工程上考虑除臭和景观建设。

4.1.5推荐处理工艺

针对污水处理厂遇到的占地、污泥和排放要求逐步提高的问题，借鉴国外污水治理技术选择理念（Best available technology，可行的最佳技术），建议考虑选择膜生物反应器（membrane bioreactor，简称MBR）污水处理技术。污水经过处理后的水质良好，达到地表排放要求，同时也达到生活杂用水和景观用水等回用标准。由于采用了膜过滤，出水的浊度小于1NTU（自来水一般<3NTU），能见度大于2m。该工艺处理后污水直接就近排入水体或考虑回用。

4.2设计范围

4.2.1  本方案仅对MBR系统进行设计

4.2.2  MBR构造物设计、设备设计及选型等

4.2.3  Memstar  MBR工艺说明

功    能：MBR膜组件置于MBR膜区，主要功能是进行泥水分离。膜区中的MBR膜组件自身配置了空气曝气系统，用于提供生化所需的需氧以及用于抖动膜丝，减轻膜污染。处理后的泥水混合液在清水泵（或虹吸）的抽吸作用下，清水进入MBR中空纤维膜丝，再汇集于MBR集水管后由清水泵抽出，几乎全部细菌及悬浮物均被截流在好氧曝气池中，因此省去了二沉池，并使出水达到悬浮物接近于零的优良水质。同时，MBR中0.1微米的中空纤维膜可以完全阻止细菌的通过，将菌胶团和游离细菌保留在生化反应器中，大大提高了反应器内的污泥浓度，强化生化效果。

       MBR因膜的高效截流作用，使微生物完全截流在反应器内，实现了反应器水力停留时间（HRT）和污泥龄（SRT）的完全分离，使运行控制更加灵活稳定。反应器内的微生物浓度高，可达10,000毫克/升以上，生化效率高，停留时间一般设计在2—10h。

MBR工艺出水膜采用PVDF膜，考虑四季温度对膜水通量的影响，膜水通量约为10～50L/m2.h，膜安装在特制的不锈钢架上，为一个整体安装、维修护养。

MBR膜安装、维修护养时，是以整个膜架和膜为单位，重量非常重，需要设计吊车作为起吊工具，吊车最大吊重为5T。

MBR池出水、水反冲洗、化学反洗、化学清洗等操作通过PLC自动控制实现。

MemstarMBR技术综合了Memstar先进的制膜技术优势，研发出独特的膜生物反应器。Memstar膜生物反应器系统的膜工艺研发基于美能公司拥有世界上一流的膜技术专家及研发设备，拥有几十项国内外发明及应用专利，并同时拥有NIPS和TIPS制造技术。

MemstarMBR系统包括：

●SMM系列膜组件；

●膜架，每个膜架上装膜组件；

●膜池，多个膜架浸没在膜池内形成一个工艺单元，每个单元包括相关的泵，阀门和控制系统；

●膜池辅助配套设备和清洗系统；

●平行并联运行的膜池和辅助设备组成一个完整的运行系统。

MBR反应器操作系统描述

MBR由的膜过滤系统和与之相邻的前处理组成。分置式的优点体现在：

●可以控制膜系统的操作环境；

●混合液配送至膜池后，可实现膜组件底部固液传递及混合的均匀性；

●占地面积小；

●膜工艺单独运行，系统可分别最佳化；

●不用拆卸就可进行膜的化学清洗（实现更安全的运行条件和更短的停机时间）。

膜过滤

污水先经过预处理后进入生化池进行生化处理，生化后出水进入膜池进水渠后，再通过重力流将混合液分配到膜池，膜池内设计特有的抽吸系统与膜吹扫装置。气水混合液在膜池内向上流动，在膜表面产生错流，错流持续冲刷膜表面，避免了固体颗粒在膜表面的沉积。透过液抽吸泵使膜纤维内部保持负压状态，将滤后液抽上来后输送到下游，所有的污泥均被截留在混合液中，浓缩后的混合液从膜系统排出。

Memstar膜系统的基本元件是SMM膜片，由中空纤维膜丝组成，能够生产出高品质的滤后水，该膜组件采用快插式安装方法，能够很方便地进行拆卸、维修和更换。

MBR系统的膜片包括上千根PVDF中空纤维膜丝，膜丝两端由环氧树脂及聚氨酯封胶，上下两端的封胶口构造可使膜丝内腔，即过滤出水上下端与集水管联通。膜片底部封胶口上端约10cm地方设有吹扫气管，用于空气进入膜组件并可以冲刷膜丝的表面。

整个处理过程的运行可自动控制并可通过PLC进行控制。

MBR的膜系特设计使混合液在纵向布水与布气均匀。

本设计采用膜组件紧密排列方式，减少气洗时空气的流失，使气液处于紊流状态，对膜表面的附着污染物进行有效冲刷，减少膜过滤阻力，从而降低能耗。本设计还有另一个功能，在使用清洗液清洗膜时，可对膜表面形成有效冲刷，使膜的在线清洗更为高效，快捷。此外，在线清洗时，无需将膜组件从膜池中吊出拆卸，从而避免了操作人员对膜的损坏风险。

膜的运行维护

运行过程中，膜截留了混合液中的固体悬浮物，并在膜表面形成了可压缩的滤饼。滤饼本身也可以作为一种过滤介质，使装置的过滤性能得以增强。但是也需要对滤饼层加以控制，以保证过滤过程中跨膜压差维持在合理的范围之内。污染层可通过4种方式进行控制，分别是：

●吹扫空气清洗

●水反洗

●化学在线维护性反洗

●化学离线清洗

在膜装置内通入空气可以引起膜丝波动，通过引起摆动和污染颗粒的剥落来达到清洗膜的目的。

膜运行过程中会有固体残留在孔中，空气清洗可以除去表面杂质，而孔中的杂质可用水反洗将其排出。水反洗是用过滤水从反洗罐中泵到抽水管中，一般每30分钟反洗一次。考虑到水反洗可能存在的隐患，建议水反洗程序为保留程序。

一般化学维护性清洗每周进行两次，清洗时间为30分钟，是将化学清洗药剂进到原水一侧的在线清洗过程。可以除去沉积在膜表面的细菌和有机物，恢复TMP。采用滤后液配制的150～200ppm次氯酸钠对膜组件进行清洗。

SMM组件长期使用后可能会造成不同物质的阻塞，空气清洗，水反洗，化学在线清洗已效果不明显，TMP无法恢复。此时SMM组件应从MBR池中取去，浸泡在特殊的化学溶液中一段时间，即进行化学离线清洗，一般讲化学离线清洗只是在线操作无法恢复TMP时才考虑，可能会在3个月到一年进行一次，离线清洗时间一般为1～6小时。

运行程序设计

●启动系统。以适当的气量供给吹扫空气，启动抽水泵；

●运行10分钟后，停止抽水泵1分钟；

●启动抽水泵，运行10分钟后停止抽水泵1分钟；

●启动抽水泵；

●运行10分钟后停止抽水泵1分钟；

●净空气吹扫1min；

●打通产水流程，启动抽水泵；

●重复步骤。

化学在线维护性清洗

在对单个膜工艺单元进行化学在线清洗时，一般的膜系统运行包括每周进行两次维护性清洗，采用150～200ppm次氯酸钠的滤后液对膜组件进行反冲洗，耗时约30min。

●在清洗罐中加入NaClO，配制成约150～200ppm有效氯溶液或膜专用清洗剂。溶液的体积要求2L/m2膜元件，保持供给吹扫空气，停止抽水泵；

●打通反洗流程。启动化学反洗水泵直到将溶液差不多抽干，停止抽水泵。

化学离线清洗

化学离线清洗频率为至少每个月进行一次。该工艺是将要清洗的膜池内溶液排至好氧池，并在膜池内配置好所需的化学药剂，膜组件在膜池内进行浸泡。清洗方式有2种：酸洗及氯洗，酸洗一般采用柠檬酸或盐酸。

每次只进行一个工艺单元（膜池）的化学离线洗，其他膜池正常运行出水。

●将单个膜池内地活性污泥回流至好氧池；

●在膜池内配置化学溶液；

●浸泡并曝气60min；

●将清洗后的化学药液排放到排水系统，然后恢复正常运行。

Memstar 膜的特点

为了延长膜的使用寿命并将运行成本降至最低，Memstar精心设计膜的工作环境。通过下列方法可以优化膜环境：

●膜组件本身自带的曝气系统，使每片膜片都能得到足够的吹扫气量，从而确保膜表面悬浮固体淤积；

五、MBR系统主要设计参数

5.1 膜池设计参数

Memstar在设计方案中考虑适当的安全系数和余量，以使系统长期安全可靠运行。设计基础条件及基本参数的选取如下：

表5-1 膜池设计基础条件及基本参数表

单个膜组件包括20片膜片，每片膜片有上千根中空纤维膜丝组成，材质为PVDF，膜孔径≤0.1um，回收率>90%。

5.2  MBR系统设备清单

表5-2 MBR膜系统设备清单