膜生物反应器（简称 MBR）是现代膜分离技术与传统生物处理技术有机结合而产生的一种全新的高效污水处理工艺。 结合某实际工程运行工况，对 MBR 工艺中投加铝盐化学除磷的效果及膜污染现象进行分析研究。 结果表明，在 MBR中投加铝盐在有效去除水中磷的同时，膜污染问题也得到了有效控制，具有进一步推广的意义。
关键词：
MBR；化学除磷；膜污染
我国是世界上水资源短缺的国家之一。 多年来，人们多方寻找解决水资源短缺问题的途径，其中，城市污水资源化备受人们青睐。 尤其是 20 世纪 60 年代以来，随着由氮、磷元素引起的水质富营养化问题日益严重，对现有的城市污水处理工艺提出了更高的要求。
目前，在城市污水处理厂所应用的传统污水处理工艺中，仅单纯的依靠生物脱氮除磷已很难实现稳定高效的去除效果。 因此，如何将生物处理与化学处理方法相结合，在实现水中有机物去除的同时，保证系统对氮、磷的稳定去除是现阶段城市污水处理过程中亟待解决的问题。 笔者主要以城市污水中磷的去除为切入点，结合具体工程实例，对 MBR 工艺中投加铝盐化学除磷的效果及膜染污现象进行分析。
1 MBR 工艺简介
1. 1 工艺原理
MBR 是膜生物反应器（Membrane Bio-Reactor）的简称，是现代膜分离技术与传统生物处理技术有机结合而产生的一种全新的高效污水处理工艺。 MBR 工艺通过将分离工程中的膜分离技术与传统废水生物处理技术有机结合，不仅省去了二沉池的建设，而且大大提高了固液分离效率，而且由于曝气池中活性污泥质量浓度的增大和污泥中特效菌（特别是优势菌群） 的出现，提高了生化反应速率。 同时，通过降低 F/M 比减少剩余污泥产生量（甚至为零），从而基本解决了传统活性污泥法存在的许多突出问题。
1. 2 工艺特点
相对于其他生物处理工艺，膜生物反应器技术具有许多明显的优势，其特点如下：
1）能够高效地进行固液分离，分离效果远好于传统的沉淀池，出水水质良好，悬浮物和浊度接近于 0，可直接回用，实现污水资源化；
2）膜的高效截留作用使微生物完全截留在反应器内，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；
3）反应器中微生物质量浓度高，耐冲击负荷；
4）有利于增殖缓慢的硝化细菌的生长、繁殖，系统硝化效率可以提高。 通过改变运行方式具有脱氮除磷的功能。
2 MBR 工艺的工程应用
厦门市某污水处理工程，主要收集处理周边生活污水。 采用 A2O+MBR 工艺，处理规模为 8 000 m3/d。 工程实际运行中，在不加任何除磷药剂情况下污染物的去除效果如表 1 所示。
2. 1 投加铝盐除磷
由于在 MBR 中投加铝盐后，反应器中的磷会与铝盐反应形成难溶的金属磷酸盐沉淀，这种微絮凝物可被膜截留，达到去除水中总磷的目的。 因此，在保证出水的 CODcr、总氮、氨氮等污染物指标去除效果的前提下，可在 MBR 中采用化学除磷。
试验选择膜组件材质为聚偏氟乙烯，在维持膜池污泥质量浓度 8 g/L，污泥龄 25 d，膜生物反应器 pH 值6.8～7.5 的条件下，分别向几组相同的膜生物反应器中连续投加不同质量浓度的硫酸铝和聚合氯化铝。 分析在出水总磷排放满足 GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》的前提下，投加铝盐化学除磷的最佳药剂及投加量。
2. 2 投加硫酸
铝除磷分别向 1、2、3 号膜生物反应器中投加硫酸铝。根据药剂投加前反应器中上清液所含总磷质量浓度，配制Al/P（铝/需要去除总磷量的摩尔比）=1.5、2、2.5 的硫酸铝溶液[4]，通过计算得出每个质量浓度的投加量分别为 21、28、35 mg/L。 每个质量浓度连续投加并运行 30 d，考查硫酸铝对处理站出水总磷的去除效果，结果如图 1所示。
2. 3 投加聚合氯化铝除磷
聚合氯化铝的主要成分是 AlCl3，分别向 4、5、6 号膜生物反应器中投加聚合氯化铝。 配制 Al/P（铝/需要去除总磷量的摩尔比）=1.5、2、2.5 的聚合氯化铝溶液，通过计算得出每个质量浓度的投加量分别为 18、24、30 mg/L，连续投加并运行 30 d，考查试验中连续投加聚铝化学除磷的最佳质量浓度。 结果如图 2 所示。
2. 4 除磷效果分析
1）图 1、2 表明，在超过一个污泥龄的试验时间内，随着硫酸铝、聚合氯化铝的摩尔投加比越高，除磷的效果越明显。
2）由图 1 可知，在进水总磷平均质量浓度为4.97 mg/L时，硫酸铝摩尔投加比（Al/P）=1.5，1 号反应器出水总磷质量浓度均值为 0.88 mg/L，无法满足排放标准；摩尔投加比（Al/P）=2.0 时，2 号出水总磷的质量浓度接近于污水总磷排放 标准（TP≤0.5 mg/L）；当 摩尔投加比（Al/P）=2.5 时，3 号出水总磷的质量浓度<0.5 mg/L，满足排放标准。
3）由图 2 可知，在进水总磷质量浓度相同的前提下，聚合氯化铝摩尔投加比（Al/P）=1.5，4 号反应器出水总磷质量浓度约为 0.8 mg/L；摩尔投加比（Al/P）=2.0、2.5 时，5、6 号反应器出水总磷质量浓度均<0.5 mg/L，满足排放标准。
4）硫酸铝的最佳投加量为摩尔投加比（Al/P）=2.5， 即 35 mg/L；聚合氯化铝的最佳投加量为摩尔投加比（Al/P）=2.0，即 24 mg/L。 由于两种药剂的价格相仿，因此选择聚合氯化铝作为化学除磷的药剂是较为经济的。
3 化学除磷对膜污染影响的分析
3. 1 膜污染分析
膜污染现象是 MBR 应用中较 为突出的问 题，主要分为无机污染和有机污染。 膜的无机污染是由于膜表面、膜孔 内 所 结 成 的 Ca2+、Mg2+等 碳 酸 盐，硫 酸 盐，SiO2 等氧化物硬垢造成的。目前研究认为，活性污泥混合液是造成膜有机污染的主要物质来源。
活性污泥混合液中的有机物质主要 是由于微生物在降解环境中，利用基质进行内源呼吸或者应对环境压力的过程中产生的溶解性有机物，能够在不破坏菌体细胞的情况下与微生物相分离，且离开该物质微生物细胞仍能存活，这些物质统称为 SMP，即溶解性微生物产物（Soluble Microbial Products）。
目前，国内尚未建立准确测定混合液中 SMP 值的方法，因此，为了考察 MBR 中投加铝盐是否能够改善活性污泥混合液性质，本节拟采用与膜孔径（0.4 um）相近的 1.0 um 滤纸，对混合液进行过滤，测定污泥过滤性能。通过对滤液与膜出水的 CODcr 差值，以及在膜通量恒定的情况下，跨膜压差（TMP）上升的情况进行对比，判定膜污染状况并验证 MBR 中投加铝盐化学除磷效果。
3. 2 投加铝盐对膜污染影响
在已确定的两种铝盐最佳投药量的前提下，控制反应器的污泥质量浓度与污泥龄，向 3 号反应器投加35 mg/L 硫酸铝；向 5 号反应器投加 24 mg/L 聚合氯化铝，进行上述污泥参数的测定，并通过与未加药剂的1 号反应器的结果对比，分析膜污染现象。
污泥过滤性 能是以孔径 1.0 um 的 滤 纸 对 50 mL混合液进行过滤 5 min 后，所测得的滤液体积量进行判定。 一般认为过滤液体积量>15 mL/5 min 时，污泥过滤性能良好。 结果如图 3 所示。
结果表明，投加铝盐的 3、5 号反应器污泥的过滤性能好于未投加铝盐的 1 号反应器。
3. 3 混合液滤液与膜出水 CODcr 对比
由于 SMP 组成成分较为复杂，主要为肽类和蛋白质、多糖。 因此当该类物质累积在反应器内，会造成TMP 的迅速上升，通过上述 CODcr 差值的测定方法可简单判定 3 组反应器内的 SMP 值，结果如图 4 所示。
图 4 表明，在投加铝盐后，铝盐水解产生 的带电粒子是可以与活性污泥絮体发生吸附电中和作用，从而改善污泥混合液性质。
3. 4 跨膜压差（TMP）上升情况对比
TMP 上升，是膜污染最直观的表现。通过对比 3 组反应器在相同运行时间内 TMP 的变化，确定投加铝盐化学除磷对膜污染的影响，结果如图 5 所示。
图5 表明，在膜通量恒定的情况下投加铝盐后，可以有效减缓 TMP 的上升趋势，提高膜的抗污染性能。
4 结论
通 过 在 MBR 反 应 器 中 投 加 两 种 铝 盐 的 定 量 分析，确定最佳投加质量浓度并通过膜污染现象的分析得出以下结论：
1）投加铝盐可以有效去除污水中的磷。 相同质量浓度的铝盐投加量，聚合氯化铝的去除效果优于硫酸铝。 运行结果表明，投加 24 mg/L 聚合氯化铝可以有效的将进水总磷质量浓度 4.97 mg/L 去除至 < 0.5 mg/L，满足排放标准。
2）通过对 MBR 运行期间不同反应器的污泥过滤性能、滤液与膜出水 CODcr 差值、TMP 的分析后，进一步验证了投加铝盐可以改善污泥性状，提高了膜的抗污染能力。
3）在氮、磷排放标准日益提升，传统生物 处理工艺已无法稳定满足排放标准的情况下，通过在 MBR 工艺中投加铝盐进行化学除磷，不仅可以有效去除水中的磷，而且在运行过程中通过改善污泥性状，膜污染问题也得到了有效控制，具有进一步推广的意义。
原标题：MBR 工艺中投加铝盐化学除磷效果及膜污染问题研究
原作者：王仲平
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