膜生物反应器在水处理中的应用

汪莲丽

摘 要：膜生物反应器是一种将生物反应器、膜分离器组合应用的装置，具有高效率回用污水的功能。因此，文章从膜生物反应器在水处理中的应用机理入手，阐述了膜生物反应器在安徽省金寨县梅山镇梅山水电站水处理中的应用实现方案。

关键词：膜生物反应器;水处理;调节池

前言：在我国转变经济发展方式取得实质性进展的重要时期，进一步统筹规划，实现城镇污水处理设施建设由“规模增长”向“提质增效”转变成为各地面临的主要任务之一。而水电站污水处理设施建设是城镇污水处理设施建设的重要组成部分。因此，探索利用膜生物反应器代替传统二沉池进行水处理的方案对于顺利实现设施“提质增效”具有非常重要的意义。

1 应用机理

膜生物反应器即membrane bioreactor（简称文物MBR），主要是高效膜分离技术、污水生物处理技术结合后形成的新型工艺。这一新型工艺主要是通过放置在曝气池内具备独特结构的MBR平片膜组件，截流生化反应池内活性污泥、大分子有机物，在泵的驱动下对水（已好氧曝气、生物处理）进行过滤处理[1]。新型工艺在实践中具体开展流程为：污水入流→格栅→调节池→兼氧池→膜生物反应池（膜组件）→自吸泵+鼓风机→次氯酸钠消毒→回收水。在某种程度上，膜生物反应器取代了传统水处理系统中二沉池，提高了系统固液分离能力。

2 应用实现

2.1 项目概述

安徽省金寨县梅山镇梅山水电站位于大别山腹地，与河南、安徽交界，水库总库容22.63x108m3，控制流域面积1970km2，兼具航运、防洪、灌溉、发电等功能。由于该水电站地处偏远地区，排水系统超出城市市政管网覆盖范围，必须进行独立污水处理设施设置。再加上水电站地形高低错落，将施工产生的污废水利用传统二沉池地埋式处理一体化设施，在经济、地形条件上均存在较大困难。因此，拟选择膜生物反应器技术代替二沉池。

2.2 参数设计

根据污水源、要求达到出水水质，需要设计不同的参数。

在设计进水水质时，需设定五日生化需氧量为100mg/L，化学需氧量（重铬酸钾测定）为200mg/L，固体悬浮物为100mg/L，氨氮为20mg/L，总磷为3mg/L，总氮为30mg/L。

在设计出水水质时，需设定生化需氧量为10-20mg/L，化学需氧量为60mg/L，固体悬浮物为20mg/L，氨氮为8mg/L，总磷为1mg/L，总氮为20mg/L。

2.3 应用实现

根据前述膜生物反应器运行流程，可以进行细格栅、调节池、过滤器、厌氧池、膜生物反应池等不同组件的建设。

细格栅建设时，选择格栅为1.00mm的自动机械格栅（或人工提篮式格栅）。格栅池为内涂防腐涂料的钢筋混凝土结构，净空尺寸为3.00mx1.00mx1.80m。配套设备为3台提升泵（2用1备）以及3套液位控制器。

调节池按日处理量的45.00%计算，优选射流式水下曝气器，搅拌气量为每分钟1m3空气/100m3，避免厌氧、污泥沉积。同时安装快开式水草过滤器。同时内置酸碱度控制系统，均衡水质水量。调节池基础架构为内涂防腐涂料的半地下式钢筋混凝土结构。

厌氧池主要采用上部悬浮球填料的上流式污泥床结构，在厌氧池内存在两种密切相关的微生物——发酵产酸菌、聚磷菌，分别负责低级低分子脂肪酸利用除磷、分解大分子有机基质。停留时间为2.00h，单格内净空尺寸为25.00mx4.50mx5.00m，配套设备为一套布水管。

在膜生物反应池建设时，按24h运转、停留2-3h，结合膜组布置、槽内旋回流要求，进行容积设计，容积为1260.00m3，单格内空尺寸为26.00mx15.00mx5.00m，保证水流组织恰当且无曝气死角。同时将膜池中间分隔成3个部分，为膜的更换、清洗提供充足空间，并配备出水泵、回流泵、计量装置、液位控制器、鼓风机等装置，每年排泥一次到两次，设定包括空气管在内的水泵吸水管流速为每秒0.80m，出水管流速为每秒1.00m，曝气管主管每秒10.00～12.00m，曝气管支管每秒4.00～4.50m。

清水池与污泥池是终端部件，前者设定水力停留时间为2.00h～2.50h，外形尺寸为10.00mx7.00mx4.50m，配备一套二氧化氯发生器;后者设定外形尺寸为15.00mx7.00mx4.50m，配备两台污泥泵，其中一台备用。

3 实践问题解决

在进水量达到一定程度时，水电站水中有机物质、无机物质会大量吸附在膜表面、内部，致使膜滤孔堵塞，进而出现膜过水压力增加、膜通量下降问题[2]。针对这一问题，可以选择水反向冲洗或气反向冲洗、化学药剂清洗的方式，形成终端过滤-反冲洗-错流过滤复合系统，进行经济而有效的膜处理。或者在膜组件正下方适当位置進行曝气装置安装，利用曝气装置产生气流与膜组件之间的剪切力，降低模阻塞问题发生风险。

由于多次空曝气、反冲洗以及化学清洗，对膜的机械强度具有较大的冲击。因此，在建设前应优先选择机械强度较大的膜，保证膜在长时间、高强度运行过程中无破裂。必要清洗，也可以将PAC（聚合氯化铝）与超滤膜、SBR（序列间歇式活性污泥法）工艺联用，形成吸附-固液分离工艺流程，降低污泥堵塞膜、小分子有机物污染膜的风险，保证膜的应用价值[3]。具体工艺实施过程中，主要是增设可改善膜污染污泥特性参数的PAC颗粒，利用PAC吸附作用，抑制溶解性EPS（聚苯乙烯泡沫）滤饼层的大量形成，增强生物固体回流，将膜机械强度维持在一个恰当的范围内。

总结：

综上所述，膜生物反应器在水电站水处理中的应用，可以完全分割水力停留时间、污泥龄，促使整个运行控制稳定性、灵活性更加突出。同时将出水生物需氧量、磷、氮、悬浮固体浓度降低到较低的水平，摆脱寄生虫卵、细菌、病毒的威胁。因此，在水电站水处理过程中，相关人员可以根据需要进行膜生物反应器的应用。

参考文献：

[1]曾立夫，刘翌.膜生物反应器（MBR）工艺应用研究[J].资源节约与环保，2020（08）：64-65.

[2]杨嘉昕，吕谋，张风芝.动态膜生物反应器的研究进展[J].四川环境，2020（01）：195-200.

[3]张伟亮，陈益明，张健，刘洋.电化学膜-生物反应器在水处理中的应用及研究进展[J].节能与环保，2020（04）：86-87.