張新，劉陽，唐啟造

（中交二公局上海遠(yuǎn)通路橋工程有限公司，上海 201315）

1 引言

在城鎮(zhèn)污水處理作業(yè)大范圍推進(jìn)過程中，MBR 工藝膜系統(tǒng)在城鎮(zhèn)污水處理工程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)逐漸彰顯。 一城鎮(zhèn)污水處理工程擬建一座臨時(shí)污水處理站、配套污水管網(wǎng)，其中污水處理站包括調(diào)節(jié)池、污泥池、集中式污水處理系統(tǒng)、取樣觀察池等埋地構(gòu)筑物，場地±0.00 m 標(biāo)高為5.50 m，污水處理關(guān)鍵模塊為MBR 工藝膜系統(tǒng)。

2 城鎮(zhèn)污水處理工程MBR的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 脫氮效率高

MBR 又可稱之為膜生物反應(yīng)器，由膜分離單元、生物處理單元組成。 在城鎮(zhèn)污水處理工程中應(yīng)用MBR，可以全部截留水中微生物，有效分離水力停留時(shí)間、污泥齡，延長污泥齡，為硝化細(xì)菌增殖提供良好環(huán)境，進(jìn)而提高脫氮效率[1]。

2.2 處理效果佳

在城鎮(zhèn)污水處理工程中應(yīng)用MBR，可以截留部分大分子難溶性污染物，促使膜生物反應(yīng)器內(nèi)污染物停留時(shí)間延長，提高難降解污染物以及懸浮物去除效率。 同時(shí)，作為一種生化處理工藝，MBR 膜可以將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水， 將氮污染物轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，降低濃縮液濃度，提高產(chǎn)水率。

2.3 耐沖擊能力強(qiáng)

MBR 的污泥負(fù)荷范圍在0.15 kgCOD/ （kgVSS·d）±0.05 kgCOD/（kgVSS·d）之間，體積負(fù)荷達(dá)到數(shù)千克。 在城鎮(zhèn)污水處理工程中應(yīng)用MBR， 可以有效提高污水處理工程的耐沖擊能力。

2.4 占地面積小

MBR 膜系統(tǒng)截留率較高，反應(yīng)容器內(nèi)污泥濃度高于傳統(tǒng)活性污泥法。 在城鎮(zhèn)污水處理工程中應(yīng)用MBR，可以在污泥濃度一定時(shí)減小反應(yīng)器容積， 進(jìn)而縮小整個(gè)污水處理工程占地面積[2]。

3 城鎮(zhèn)污水處理工程MBR工藝膜系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 MBR工藝膜組件設(shè)計(jì)

膜組件即以特定形式在一個(gè)基本單元設(shè)備組裝膜， 在一定作用力驅(qū)動(dòng)下完成混合液組分分離， 可以在降低工業(yè)化生產(chǎn)、安裝效率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)在單位體積內(nèi)膜面積最大，促使膜工作效率更高。 城鎮(zhèn)污水處理工程中，MBR 工藝膜組件是膜片拼裝的成果。 常見膜組件形式為板框式、圓管式、中空纖維式，三者定性對(duì)比如表1 所示，可以根據(jù)要求選擇適宜的膜組件形式。

表1 城鎮(zhèn)污水處理工程中MBR工藝膜組件定性比較

板框式膜組件外形類似于板框式壓濾機(jī)，具有組裝簡單、便于維護(hù)清洗與更換、操作便捷的優(yōu)良特點(diǎn)，但也存在密封復(fù)雜、裝填密度小、壓力損失大的缺陷。 板框式膜組件采用平板膜，對(duì)于平板膜，為彌補(bǔ)膜系統(tǒng)占用空間過大，應(yīng)控制膜組件之間距離在60 mm 以上但小于80 mm；圓管式膜組件多選擇內(nèi)壓式，由管內(nèi)進(jìn)水，管外流出滲透液，膜直徑大于或等于6 mm 但小于24 mm，料液可以完成湍流控制，清洗難度小，堵塞風(fēng)險(xiǎn)低，壓力損失小，但裝填密度也處于較小的水平；中空纖維式膜組件外徑多大于40 μm 但小于250 μm，內(nèi)徑多大于25 μm 但小于42 μm，多直接放入反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)成浸沒式膜-生物反應(yīng)器，具有裝填密度高的特點(diǎn)，但也存在清洗困難、污染風(fēng)險(xiǎn)高的問題。 圓管式、中空纖維式膜組件采用管式膜，圓管式膜直徑大于10 mm，中空纖維式膜直徑小于0.5 mm。 為了確保沖洗氣流順利到達(dá)頂部膜絲， 膜片與膜片之間的距離應(yīng)超過100 mm， 軸心距超過140 mm。 若膜片本身膜絲密度較大，則需要進(jìn)一步增加有效間距，減少膜絲之間的截留物、板結(jié)，降低膜組件后期清洗維護(hù)效率。

考慮城鎮(zhèn)污水處理工程中長時(shí)間運(yùn)行膜通量衰減、 城鎮(zhèn)人口增加引發(fā)的產(chǎn)水量提高， 需要設(shè)計(jì)預(yù)留1 個(gè)膜池的膜通量參數(shù)， 每一個(gè)膜池預(yù)留的膜組件數(shù)量為2 個(gè)， 膜過濾面積1.5 m2的膜元件對(duì)應(yīng)的膜組件有效過濾面積一定時(shí)，可以得出膜組件的組數(shù)[3]。比如，在準(zhǔn)備檢查維護(hù)、離線清洗備用組件的情況下，實(shí)際使用21 個(gè)膜池，選用252 組膜組件。 在膜組件組數(shù)確定的基礎(chǔ)上，根據(jù)安裝空間，沿著橫向（或豎向）進(jìn)行膜片安裝。 輕微下垂膜絲，膜絲下垂幅度在10 mm 左右，在膜絲不承受拉力的情況下盡可能拉直膜絲，避免膜絲、膜絲之間出現(xiàn)雜物殘留。 膜組件體積與安裝密度緊密相關(guān)，對(duì)攪拌空氣量也具有一定影響， 因此， 應(yīng)控制單一膜組件處理量小于或等于1.5 m3/h。

3.2 MBR工藝膜系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)

3.2.1 曝氣量

城鎮(zhèn)污水處理工程中，MBR 工藝膜系統(tǒng)曝氣量可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定汽水比為24∶1， 對(duì)應(yīng)常規(guī)污水處理池深度為3.5 m。MBR 工藝膜系統(tǒng)的溶氧量（水中氧氣溶解量）超過2.5 mg/L但小于5 mg/L，正常液位下溶氧量為3 mg/L。風(fēng)機(jī)排壓選型較之最高液位高0.01 MPa，配合風(fēng)機(jī)出口泄氣閥全開，泄出70%空氣量。

3.2.2 跨膜壓差

跨膜壓差（泵進(jìn)水口高度與生化池液位高度差）是MBR工藝膜系統(tǒng)的重要參數(shù)，一般需要小于0.03 MPa。若真空表讀數(shù)達(dá)到0.03 MPa，生化池液位超出泵進(jìn)水口1m，則MBR 工藝膜跨膜壓差為0.04 MPa； 若真空表讀數(shù)達(dá)到0.03 MPa，泵安裝高度超過生化池液位1 m， 則MBR 工藝膜跨膜壓差為0.02 MPa。

3.2.3 膜通量

膜通量是MBR 膜分離單元的關(guān)鍵參數(shù)，特指單位時(shí)間內(nèi)單位膜面積的透水量， 城鎮(zhèn)污水處理的設(shè)計(jì)膜通量為15～25 L/（m2·h）。 作為一個(gè)變化量，膜通量設(shè)計(jì)需要綜合考慮設(shè)計(jì)平均膜通量（設(shè)計(jì)處理規(guī)模下設(shè)計(jì)膜面積通量）、設(shè)計(jì)峰值膜通量（水量峰值情況下設(shè)計(jì)膜面積通量）、最大實(shí)際膜通量（水量峰值下總產(chǎn)水量）。 在膜元件平均通量為17 L/（m2·h）時(shí)，每一片膜元件有效過濾面積為1.5 m2，平均過濾量為1 042 m3/h，可以計(jì)算膜的片數(shù)。

3.2.4 抽吸與沖洗

為減少M(fèi)BR 工藝膜堵塞頻率， 設(shè)置MBR 抽吸泵運(yùn)行13 min， 停止2 min。 同時(shí)設(shè)計(jì)工藝膜清洗工序?yàn)樗疀_洗→1.5%±0.5%堿液浸洗2 h→2%檸檬酸浸洗2 h→5%～10%次氯酸鈉浸洗2 h→水沖洗。 若膜絲失水，則將其浸泡到95%工業(yè)酒精內(nèi)2 min。 每間隔24 h 進(jìn)行一次在線反沖洗，經(jīng)末端自來水過濾器過濾自來水沖洗，沖洗水量達(dá)到正常過濾通量2～3倍，過濾精度達(dá)到50 μm，壓力小于2.5 MPa。

3.3 MBR工藝膜系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)

3.3.1 反應(yīng)器池布置

根據(jù)膜組件安裝尺寸， 膜生物反應(yīng)器池深度為3.0 m，長度、寬度均為4.3 m。 考慮保護(hù)高度0.5 m 與生化需氧量容積負(fù)荷1.0 kg/（m3·d），設(shè)計(jì)膜生物反應(yīng)池容積為64.7 m3。 根據(jù)城鎮(zhèn)污水量季節(jié)性特征，在膜生物反應(yīng)池前布置矩形調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池總體積為210 m3，劃分3 格，每格設(shè)計(jì)流量8.4 m3/h，停留7 h，將曝氣管布置在調(diào)節(jié)池內(nèi)，利用氣管混合水，實(shí)現(xiàn)預(yù)曝氣。 調(diào)節(jié)池前布置初沉池，初沉池設(shè)計(jì)沉淀區(qū)、污泥區(qū)，其中沉淀區(qū)有效水深2 m，長16.2 m，有效容積12.5 m3；污泥區(qū)容積由沉淀池進(jìn)水懸浮物濃度、浮固體去除率（50%）、兩次排泥時(shí)間間隔（2 d）、污泥重度、污泥含水率決定，一般為2.0 m3。

3.3.2 膜組件清洗布置

為減少M(fèi)BR 工藝膜系統(tǒng)運(yùn)行強(qiáng)度，以膜組件清洗為切入點(diǎn)，規(guī)劃膜組件出池入池定位，水管、氣管經(jīng)優(yōu)質(zhì)法蘭（或球閥）連接。 在膜組件清洗槽布置時(shí)，設(shè)置3 個(gè)化學(xué)浸泡槽與配套塑料排污泵，浸泡槽容量滿足全部膜組件浸泡要求（淹沒膜絲后預(yù)留500 mm 高），總深度為池底平臺(tái)高度、膜組件底部到最上部膜絲高度、500 mm 超高的和，并設(shè)置穿孔曝氣管道、保護(hù)平臺(tái)，便于藥液由浸泡槽轉(zhuǎn)移到儲(chǔ)液桶。 同時(shí)，將2 個(gè)儲(chǔ)液桶設(shè)置在3 個(gè)化學(xué)浸泡槽邊緣， 儲(chǔ)液桶容量超過化學(xué)浸泡槽有效容積， 為MBR 工藝膜組件清洗藥液的重復(fù)使用提供依據(jù)。比如，次氯酸鈉經(jīng)澄清處理后儲(chǔ)存回用等。在這個(gè)基礎(chǔ)上，根據(jù)MBR 工藝膜系統(tǒng)內(nèi)浸泡槽攪拌空氣量，以劇烈攪拌為基準(zhǔn)，進(jìn)行浸泡槽設(shè)置與調(diào)節(jié)閥安裝。 經(jīng)自來水加入管道連通浸泡槽， 浸泡槽注滿時(shí)間在10 min 左右。 一般在自來水壓力達(dá)到2～3 MPa 時(shí)，DN50 的自來水管流量應(yīng)超過18 m3/h 但小于22 m3/h。

3.4 MBR工藝膜系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計(jì)

3.4.1 曝氣裝置

MBR 工藝膜系統(tǒng)中曝氣裝置由2 臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)、1 個(gè)曝氣器、1 組管路閥門組成。 曝氣裝置設(shè)計(jì)MBR 進(jìn)水生化需氧量為114 mg/L，處理水流量202 m3/d，出水生化需氧量5.7 mg/L?？梢越?jīng)膜組件承托架、 膜組件滑入導(dǎo)軌固定在城鎮(zhèn)污水處理池底部，也可與膜組件連接。 曝氣裝置中的曝氣管借助DN20穿孔管，每一膜片間隙對(duì)應(yīng)一路穿孔管，穿孔間距、穿孔直徑分別為100 mm、φ2 mm。 相互毗鄰的兩路曝氣管穿孔位置交錯(cuò)，孔口設(shè)置單排，均與水平方向成90°，避免沉降污泥堵塞孔口。

根據(jù)每一個(gè)膜組件曝氣需求，進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)閥設(shè)置，并為整個(gè)生化槽充氧曝氣設(shè)置控制閥，引入微孔充氧曝氣裝置，滿足攪拌空氣量、充氧空氣量的靈活調(diào)整要求。 同時(shí)，在泄氣口增設(shè)消音裝置，控制生化槽內(nèi)溶解氧值。

3.4.2 抽吸泵

根據(jù)每一個(gè)膜組件壓力、通量等狀態(tài)觀測要求，為每一個(gè)膜組件配置1 臺(tái)抽吸泵，抽吸泵盡可能低于液位安裝，膜組件正常狀態(tài)下虹吸出水，或者將MBR 池設(shè)置在地下，為抽吸泵提供足夠吸程。 對(duì)于抽吸泵出口管路，則設(shè)置可直觀顯示水質(zhì)狀態(tài)透明流量計(jì)、可調(diào)節(jié)膜組件出水量的取樣調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥位于流量計(jì)前端（或后端）。 在電接點(diǎn)壓力表超出設(shè)置限度時(shí)，關(guān)停MBR 抽吸泵，并發(fā)出警報(bào)。 在MBR 抽吸泵關(guān)停的同時(shí)關(guān)閉風(fēng)機(jī)，確保運(yùn)行效率。

4 結(jié)語

綜上所述，MBR 工藝在高難廢水處理工藝中廣泛應(yīng)用，對(duì)膜組件設(shè)計(jì)提出了更高的要求。 設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)城鎮(zhèn)污水處理工程實(shí)際情況，合理設(shè)計(jì)膜組件，科學(xué)設(shè)計(jì)膜系統(tǒng)參數(shù)，并進(jìn)行膜系統(tǒng)布置格局的調(diào)整與膜系統(tǒng)設(shè)備的合理設(shè)計(jì)，確保MBR 工藝膜系統(tǒng)的耐沖擊、占地面積小、脫氮效率高、處理效率佳等優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮， 為城鎮(zhèn)污水處理效率的提高提供依據(jù)。