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污水處理廠MBR膜處理工藝

來源:碧化官網

MBR,是膜生物反應器的簡稱,是一種將膜分離裝置與生物處理裝置有機結合的新型水處理技術。膜分離裝置可用于截留生化反應池中的活性污泥和高分子有機物,替代傳統的重力沉淀固液分離裝置,提高固液分離效率。通過實際應用,發現MBR工藝具有足跡小、出水水質好等明顯優于傳統工藝的優點。隨著我國城市化建設的深入,對污水處理的要求也越來越高。MBR工藝作為一種高效的污水處理工藝,具有非常廣闊的應用前景。
 
早在20世紀90年代,膜生物反應器就已在國外污水處理廠得到廣泛應用。MBR工藝有著諸多的優勢,比如運行成本低、出水水質好等,所以在不斷地開發和使用中,該技術在大型污水處理廠中漸漸得到發展和應用。
 
1 膜生物反應器(MBR)出水水質特點
 
1.MBR出水常規水質特征。采用MBR處理洗浴廢水,出水無色無味且濁度低于0.5NTU,COD濃度低于15mg/L,BOD5低于5mg/L,凱氏氮濃度穩定在5.7mg/L左右,氨氮濃度在3.3mg/L左右,總磯濃度約為1.3mg/L,出水中陽離子表面活性劑濃度低于10mg/L。經過MBR處理后,廢水中的糞大腸桿菌濃度從1.4×106/L降至680/L。可見,MBR對污水廢水中的各種污染物均有較高的處理效率,MBR可生產出非常化質的再生水。長期監測了三個MBR工藝和兩個傳統的二級活性污泥工藝出水及消毒后水體中微生物的種類和濃度,來對比研究MBR工藝和傳統二級活性污泥工藝對城市污水中微生物的去除效能。結果發現,MBR工藝對微生物去除效率非常高,MBR出水再進行UV消毒,可以進一步對微生物起到一定的滅活作用,但滅菌效率提升不明顯。相反,二級活性污泥工藝對城市污水中微生物的去除效率不高,二級出水進一步進行UV或氯消毒,可以明顯提高微生物的滅活率,降低水體中病原微生物的數量。
 
2.MBR出水溶解性有機物化DOM特征。研究認為,采用MBR工藝處理城市污水,出水中溶解性有機物(DOM)是由多種不同的有機物組成的復雜混合物,包括天然有機物、進水中難生物降解的有機物(例如人活動排放的化學合成難降解有機物)、污染物降解的中間產物及和溶解性微生物代謝產物(SMP),其中SMP是MBR出水中DOM最主要的組成部分。活性污泥微生物產生SMP的數量和種類與微生物活性密切相關,微生物活性受多種因素影響,如溫度、pH、DO、有機負荷、毒性物質、反應器內污泥停留時間(SRT)等,其中SRT對SMP的產生量和性質影響最大。
 
2 污水處理工藝的選擇
 
目前我國科學技術發展的非常快速,很多先進的科學技術被應用到污水處理中去,豐富了污水處理的形式,主要的污水處理工藝有生物污水處理法、化學污水處理法、物理污水處理法以及物化污水處理法等,我們要根據不同的類型,選擇合適的處理程序。因此,在市政污水處理中,我們需仔細研究和分析污水的水質以及回收再利用的要求,再綜合考慮經濟與技術,以此選擇合適的污水處理工藝。值得一提的是,我們在檢驗污水水質時,不可隨意,要選擇城市中具有代表性的污水排放口,進行取樣檢測,得出水質的檢測數據,水質的準確度,會直接影響后期處理工藝的實施情況。在實際的發展過程中,各個城市之間的發展情況是不同的,企業的類型分布也具有較大的差異性,這也就導致了城市間水質的差異性較大。由此,我們不能用簡單的類比來推測水質的情況,需實際的進行檢查,這樣才能最大化的保障污水處理的效果。我國市政污水處理工藝,主要包括生物膜法以及活性污泥法,在這其中活性污泥法由于處理效率比較高,而受到了廣泛的應用。但是在使用活性污泥法時,會遇到一些特殊的情況,如遇到雨季,污水廠的水量要比晴天的時候多出許多,雨水會將一部分的活性污泥沖到二沉池中,造成活性污泥的浪費。針對此種現象,我們可以利用SBR和Orbal工藝進行處理,讓污水中有機物降解的更徹底。不同的污水來源,有不同的處理工藝,我國主要應用的處理方法有:(1)當對污染程度較輕的污水進行處理時,我們只需要利用簡單的處理技術,減少水中的有機物和懸浮物即可。可用原水經格柵和調節池處理,然后在水中加入適量的混凝劑,消毒后就可以作為回用水使用。(2)當對污染程度較高的污水進行處理時,需選擇二級生物處理與物化處理結合的方式,經過兩次沉淀處理方式,然后讓污泥與混凝劑進行反應,消毒后,作為回用水使用。
 
3 膜的運行和維護
 
1.膜的運行流程。該污水廠MBR生化系統是由厭氧池、缺氧池、好氧池、膜分離池組成。膜分離組件是MBR的核心。在膜分離池中,由中空纖維膜組成的膜組件浸放于膜分離區中,由于中空纖維膜0.1μm的孔徑可完全阻止細菌的通過,所以將菌膠團和游離細菌全部保留在膜分離區中,各種懸浮顆粒、細菌、藻類、濁度和COD及有機物均能得到有效去除,保證出水懸浮物接近零的出水水質。為保證MBR膜組件具有良好的膜通量,能持續穩定地出水,該廠使用了全自動的在線水反洗、化學反洗及離線化學清洗系統,通過自動程序對數據進行采集、匯總,并通過連鎖控制,對系統各工藝操作進行自動調節控制。
 
2.正常運行管理。系統各出水膜組通過自吸泵抽吸出水,并通過PLC系統自動控制間斷出水。運行期間定期進行在線水反洗、在線化學反洗防止和緩解膜污染保持膜組件的良好出水能力。離線化學清洗徹底清洗污染嚴重的膜組件,恢復膜通量和產水能力。
 
3.膜維護的一般要求。膜組件出口設置在線濁度檢測和水質監測儀表,一旦發現濁度和出水水質變差情形,運行中及時分析膜組的狀態,可以對膜組進行及時必要的維護。
 
4 MBR膜處理工藝在污水處理廠中的應用
 
1.案例概況。混凝+沉淀(澄清)+過濾+消毒、微絮凝活性砂過濾+消毒。這兩種工藝都是基于以砂濾池過濾為核心的工藝組合,在國內污水處理廠深度處理中也被普遍選用,但由于砂濾池過濾主要去除的對象是水中的膠體物質,因此對出水中的化學性物質沒有攔截和去除作用,根據本工程出水COD <30mg/L的出水要求,采用砂濾池很難達到穩定的出水達標回用。
 
新技術工藝:膜過濾+消毒。膜是一種具有特殊選擇性分離功能的無機或高分子材料,它能把流體分隔成不相通的兩個部分,使其中的一種或幾種物質能透過,而將其它物質分離出來,其對SS 和膠體類物質具有絕對分離作用,對于大分子有機物也有一定的分離作用。目前,膜技術是環境保護和環境治理的重要產業技術。德國、英國已用膜技術治理了萊茵河和泰晤士河,我國也建設了一批應用膜技術的環保示范工程,并取得了良好的效果。
 
膜技術在90 年代后期發展迅速,特別是進入21 世紀后,隨著膜材料生產的規模化、膜組件及其處理產品的設備化和集成化,膜設備生產技術的普及化和價格大眾化,膜技術的發展已經從實驗室潛在技術迅速發展成為工程實用技術。已經在許多大型工程中應用,并且可以與傳統技術相競爭。針對本工程出水水質要求高的特點,膜處理工藝的處理效果要遠遠優于其它再生水處理工藝,其出水水質高而且穩定。為保證提供高質量的再生水,本工程再生水處理系統選擇膜處理工藝。A城市污水處理廠處理規模為10×104m3/d,其中脫氮除磷工藝是以A2/O為基礎的。通過對A污水處理廠實踐運營情況分析發現,目前其已處于超負荷運行狀態,污水脫氮除磷亦不理想,且其用地緊張,難以實施擴容改造;通過改造原二沉池,在A2/O后增設MBR處理設施,提升脫氮除磷效果,改善出水水質,緩解處理廠的運行壓力。
 
2.工藝特點分析。MBR工藝是將生物脫氮除磷原理與膜生物反應器技術相結合的污水處理新技術。前置厭氧-缺氧-好氧流程及進水,根據進水條件和出水要求人工創造和控制三段的時空比例運轉,充分利用膜的強大的固液分離能力,從而保證生物反應器高活性污泥濃度和高效率硝化的特性,使生物池的生物反應能力大大提高。
 
本工程MBR膜工藝的特點主要體現在以下幾個方面:第一,進水方式。A污水處理廠在MBR處理系統前端配置兩個生化反應池,MBR生物池設有2組,每組可獨立運行,生物池主要由進水渠道、厭氧池、缺氧池、好氧池、脫氣段、出水渠道組成。缺氧池、好氧池、厭氧池將缺氧區設為兩段(缺氧區I及缺氧區II),并在處理過程中使用兩點進水方法,即在進生物池前增設進水分配渠道,同時在渠道之后增設污水分配,而所需要處理的污水以一定比例的方式分別經由兩套調節堰門而分別流入到厭氧區或缺氧區I;為使功能分區更加明確,本工程厭氧池、缺氧池和好氧池間均設隔墻,以減少返混現象。
 
第二,回流方式。回流采用三段回流的形式。三段回流形式具體為:第一段為從膜池回流混合液至好氧區前端;第二段為好氧區硝化液分別按比例回流至缺氧區I及缺氧區II;第三段為缺氧區I的反硝化液回流至厭氧區前端。生物池通過回流泵,將缺氧池的混合液(約100%)輸送到厭氧池的前端,厭氧池設計水力停留時間1.4hr(按進水名義平均流量),在此活性污泥利用進水中易降解BOD作為碳源去除部分有機物并釋放出大量磷。厭氧池出水進入缺氧池,缺氧池內水流為環流,每池設置潛水推進器,保證污泥處于懸浮狀態和一定的水流速度,缺氧池水力停留時間為5.4hr(按進水名義平均流量)。缺氧池內通過好氧池混合液的回流,減少出水中的氮類營養物,進行反硝化反應。內回流泵將好氧池的混合液(300%)輸送到缺氧池的前端。
 
為減少異味散發,厭氧池和缺氧池均采用池頂混凝土蓋封閉,通過設置氣體收集和輸送管路,將臭氣最終送至除臭系統進行處理。
 
缺氧池出水進入到好氧池,在好氧池內完成BOD的去除、硝化作用以及磷的吸收。好氧池內曝氣裝置采用盤式微孔曝氣器,為活性污泥提供足夠的溶解氧,用于硝化以及為聚磷菌的磷吸收過程創造最佳的環境條件。好氧池水力停留時間為7.9hr(按進水名義平均流量)。
 
每組好氧池的混合液通過出水堰匯入MBR生物池出水渠道(亦即膜池進水渠道),返回的混合液通過循環泵(該設備計入膜池)進入好氧池,以保證膜池的正常運行,防止膜的堵塞。循環泵最大回流比400%。
 
3.參數設計。
 
由于出水水質中對總磷有較高要求,為達到設計排放要求,本工程在進行生物除磷的同時,輔以化學除磷作為補充,通過向污水中投加PAC溶液,使污水中的溶解性磷酸鹽轉化成不溶性磷酸鹽沉淀物,隨剩余污泥從系統中排出。輔助化學除磷藥劑為PAC,投加點位于好氧區前端。
 
生物池設計參數如下:
 
第一,混合液污泥濃度(MLSS)。膜池MLSS設置以10g/L的標準進行的,缺氧區MLSS為6.4g/L,厭氧區MLSS為4.8g/L,好氧區MLSS為8.0g/L。第二,污泥泥齡(SRT)。對于有脫氮需求的A污水處理廠,在進行泥齡參數設計過程中通常都是以泥齡長的MBR工藝主要考慮,之后則依據硝化泥齡和反硝化泥齡來進行SRT的計算,同時SRT計算時需考慮對膜污染的控制,由此計算A污水處理廠中泥齡設計參數為18.6d。第三,回流比。膜池向好氧區、好氧區向缺氧區、缺氧區向厭氧區的回流液比例分別控制在300~500%、200~300%、100~200%。第四,水力停留時間(HRT)。硝化和反硝化效果與HRT之間有著密切的關系,過短的HRT難以保證硝化和反硝化效果,結合A廠的實際,其膜池HRT設計值為10.5h。
 
總之,在實際工程中,MBR需要較高的成本,所以大型污水處理廠在處理污水過程中要綜合考慮技術的經濟性和污水處理的可行性,從而確定污水處理方案。