膜生物反应器工艺的优点及膜组件设计

2010-11-02钟毓

中国环保产业 2010年9期

关键词：活性污泥容积反应器

钟毓

(广东省环境保护工程研究设计院，广州 510630)

膜生物反应器工艺的优点及膜组件设计

钟毓

(广东省环境保护工程研究设计院，广州 510630)

对比传统活性污泥法与膜生物反应器MBR的工艺原理，简要阐述了膜生物反应器工艺的优点。对工艺中的设计依据、构型、膜组件和有机负荷、固体停留时间、水力停留时间等生物反应器的技术参数进行了探讨，为膜生物反应器中试设计提供了借鉴。

膜生物反应器;活性污泥法;停留时间;污泥

1 引言

目前，污水处理中常见的生化法有传统活性污泥法或改进型的活性污泥法，如SBR、氧化沟等工艺，但无论是传统活性污泥法还是改进型的活性污泥法，都存在污泥和微生物会随排水流失的问题。尽管泥水分离在二沉池中依靠重力沉降作用完成，但是其分离效率完全依赖于活性污泥的沉降特性。污泥的沉降特性除了与水质有关外，还取决于曝气池的运行状况，所以要改善污泥的沉降特性，必须严格控制曝气池的操作条件，特别是要防止丝状菌增殖引起污泥沉降性变差等现象发生。另一方面，由于经济因素的制约，二沉池的容积不可能很大，所以污泥浓度不会很高，一般在4～6g/L，因而也限制了系统中污染物的去除率。

膜生物反应器（MBR）以膜单元（超滤膜或微滤膜）取代二沉池，所有的悬浮物和胶体都被膜分离截留，污泥的沉降特性不会影响到出水水质。另一方面，膜分离单元增加了曝气池中活性污泥的浓度，提高了生物降解的速率，同时也降低了比负荷率（进水污染物负荷/生物量，即F/M比值），并减少了剩余污泥的产生量。膜生物反应器工艺利用膜分离的截留作用，基本上可解决传统活性污泥法存在的问题。

2 膜生物反应器工艺的优点

（1）设备紧凑，占地少，基本解决了污泥的膨胀问题；膜生物反应器的污泥浓度、容积负荷都远高于传统活性污泥法，所以膜生物反应器和处理系统所占的体积要小于传统活性污泥法。传统活性污泥法的F/M值在0.05～1.5kgBOD/kgMLSS·d之间，而通常膜生物反应器的F/M值小于0.2kgBOD/kgMLSS·d。膜生物反应器系统在这样低的F/M值下运行，是因为泥龄相当长，MLSS可高达20g/L。在膜生物反应器工艺中，由于膜为固液分离提供了绝对的保证，排水的质量与生物絮体的沉降性没有关联，所以，膜生物反应器工艺基本上解决了活性污泥法的污泥膨胀问题。

（2）出水水质好，可直接回用。由于膜的高效截留，出水中悬浮固体的浓度基本为零；对游离菌体和一些难降解的大分子颗粒状物质有截留作用，生物反应器内生物相丰富，如代谢时间较长的硝化菌得以富集，原生动物和后生动物也能生长；膜出水不受生物反应器中污泥膨胀等因素的影响，因此MBR的出水质量高，可满足回用水水质的要求，出水中SS低于检测限，有毒的微污染物（如杀虫剂、多环芳烃等）几乎全部被吸附在污泥上，因此可与SS同时被去除。

（3）生物处理单元中污泥浓度高、泥龄长，对有机物的去除率高。

（4）对于氮、磷污染物有较高的去除率。膜生物反应器工艺对氮和磷等营养物的去除效率亦优于传统工艺，膜生物反应器工艺出水的氨态氮（NH4+-N）的含量相当低，绝大多数膜生物反应器系统都可以实现几乎完全的硝化反应。

（5）污泥产量少。对于传统的活性污泥法，过长的污泥龄将会导致出水中悬浮固体的增加。而MBR中由于膜的截留作用，长污泥龄运行并不影响出水水质。剩余污泥量的减少，可以降低污泥处理费用，简化污水处理工艺操作，特别是对于小型污水处理厂和分散的污水处理设施，其优越性更为突出，可大大降低对剩余污泥处置的费用。但MBR污泥的絮体较小且粘度较高。

另外，膜生物反应器还具有操作简便、可自控、易于实现自动控制运行、无需专业人员操作、管理简单等优点。

3 膜生物反应器设计参数

3.1 有机负荷

生物反应器中污泥的有机负荷和污泥浓度MLSS的设计若大一些，生物反应器的容积就可以小一些，同时这两个参数数值的大小也会影响处理效果。就活性污泥法而言，一般不采用高负荷而采用常负荷，即污泥负荷一般＜0.15kgBOD/kgMLSS•d，如果要求氮素转入硝化阶段，一般采用0.13kgBOD/kgMLSS•d，MBR的有机负荷一般＜0.11kgBOD/kgMLSS•d，与活性污泥法相当，而MBR的体积负荷比活性污泥法高数倍，达数kgCOD/m3•d。但由于MBR可完全实现泥水分离，从而保证了优良的出水水质和较高的污泥浓度。反应器中较高的污泥浓度，又使得MBR中的负荷率或F/M较低。较低的F/M可以减少剩余污泥，但同时延长了污泥龄。较长的污泥龄有利于世代期较长的硝化细菌的生长，但过长的污泥龄会使反应器中产生溶解性微生物产物。若MBR中积累了一定量的溶解性微生物产物（SMP），不但会加速膜污染，还会导致出水水质变差。低F/M值还会使MBR污泥中产生胞外聚合物，使混合液的粘度升高，膜过滤阻力变大。

3.2 水力停留时间（HRT）

由于MBR系统可实现HRT和SRT的单独控制，当选定膜组件后，HRT也就决定了生物反应器容积的大小和MBR的产水量。过长的HRT将直接增大生物反应器的容积，过短的HRT将会导致系统内溶解性有机物SMP的积累，进而引起膜通量的下降。所以，考虑到MBR系统要获得硝化处理效果，同时，生物反应器不可能设计得很大，为充分利用设备的充氧能力，HRT值可设计得长一些，以尽量维持系统内溶解性有机物的平衡，设计时可考虑曝气池容积有一定的调节容量。这样，可降低剩余活性污泥量，系统更能适应冲击负荷。

3.3 固体停留时间（SRT）

选取一定的有机负荷和污泥浓度MLSS后，就相应地决定了SRT值，所以污泥浓度与SRT存在着内在的联系。膜分离延长了生物反应器的SRT，降低了污泥产率，提高了容积硝化及有机物去除能力。但由于膜的机械截留作用很强，随着SRT的延长，其出水水质存在波动但变化不大。SRT愈长，微生物被循环次数愈多，失活的可能性就愈大，使MLVSS/MLSS比下降，为提高污泥活性，需定期适量排泥，以减轻膜负荷。当然，SRT值的大小对MBR的处理行为以及生物反应器内微生物的特征都会产生影响，仍需要继续加以试验研究。

MBR池建议设计成两格（见下图），有利于废水被均匀地抽吸出去，使废水在MBR池内不出现短路现象。