膜生物反应器 (MBR) 技术以其占地面积小、出水水质好以及剩余污泥产量低等优势在世界范围内引起了广泛关注，并得到了快速发展。该中试研究针对膜生物反应器中膜性能在污水处理试验中具体表现，研究了膜的抗污染性、运行稳定性，以及膜污染控制方法。研究表明，污泥浓度、跨膜压差、清洗频率等最优化控制对减缓膜通量的下降具有较好的效果。在保证稳定合格出水水质情况下，合理降低污泥浓度对 MBR 膜运行稳定长期运行提供有利的工作条件。

关键词 ：

        膜生物反应器 ；污泥浓度 ；跨膜压差 ；膜通量 ；维护清洗

1 项目基本概况

1.1  背景情况
       成都某污水处理厂于 2001 年 1 月建成投产，处理规模为 10 万 t/d，主要处理该污水厂周边规划区域内生产企业的工业废水、居民生活污水等，目前设计路线采用氧化沟工艺，设计出水水质为《污水综合排放标准 GB 89728—1996》中的一级标准。

         2008 年底该水厂实施了提标改造，经处理后的总排放水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准 GB 18918—2002》中的一级 A 标准。因污水厂所在区有众多工业生产企业，造成污水成分非常复杂，与生活污水差别很大，为了确保改造后出水达标，提标改造采用了生活污水和工业废水分开处理的方式。

工业废水处理工艺简介 ：工业废水进水—粗细格栅—提升泵房—絮凝初沉池—氧化沟—二沉池—BAF 池—絮凝沉淀池—消毒池—出水。

        生活污水处理工艺简介 ：生活污水进水—粗细格栅—提升泵房—旋流沉砂池—氧化沟—二沉池—絮凝沉淀池—消毒池—出水。

        由于园区内企业较多，各类企业的废水水量、水质区别较大，造成污水厂进水波动也较大，原有工业废水处理工艺不能满足达标排放要求，所以本次对当今技术成熟、处理效果良好且稳定的膜生物反应器技术工艺进行可行性中试研究论证，进而为后续的污水处理提标改造提供参考性数据支撑。

1.2  试验理论依据

       膜生物反应器（MBR）工艺是膜分离技术与生物技术有机结合的新型废水处理技术。它利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物截留住，省掉二沉池。因此，活性污泥浓度可以大大提高，水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）可以分别控制，而难降解的物质在反应器中不断反应和降解。因此，膜 - 生物反应器工艺通过膜的分离技术大大强化了生物反应器的功能。

         膜 - 生物反应工艺在优化生化作用的优越性 ：①对污染物的去除率高，抵抗污泥膨胀能力强，出水水质稳定可靠，出水中没有悬浮物 ；②膜生物反应器实现了反应器污泥龄 STR 和水力停留时间HRT 的彻底分离，设计、操作大大简化 ；③膜的机械截流作用避免了微生物的流失，生物反应器内可保持高的污泥浓度，从而能提高体积负荷，降低污泥负荷，且 MBR 工艺略去了二沉池，大大减少占地面积 ；④由于 SRT 很长，生物反应器又起到了“污泥硝化池”的作用，从而显著减少污泥产量，剩余污泥产量低，污泥处理费用低 ；⑤由于膜的截流作用使 SRT 延长，营造了有利于增殖缓慢的微生物。如硝化细菌生长的环境，可以提高系统的硝化能力，同时有利于提高难降解大分子有机物的处理效率和促使其彻底的分解 ；⑥ MBR 曝气池的活性污泥不因产水而损失，在运行过程中，活性污泥会因进入有机物浓度的变化而变化，并达到一种动态平衡，这使系统出水稳定并有耐冲击负荷的特点；⑦较大的水力循环导致了污水的均匀混合，因而使活性污泥有很好的分散性，大大提高活性污泥的比表面积。MBR 系统中活性污泥的高度分散是提高水处理的效果的又一个原因。这是普通生化法水处理技术形成较大的菌胶团所难以相比的。

        根据区域内阶段性的工业污水进水水质以及现有工艺的出水水质分析，污水厂进水水质波动大，在出水方面，COD、BOD 及 SS 等水质指标方面，波动也很大，其他均处于较稳定水平，结合这一现状及 MBR 的工艺特点，来考察 MBR 工艺对该区工业污水的处理的稳定合理性。

2 试验主要内容、配置及过程

2.1   试验主要内容

      （1）试验主要阶段 ：①低负荷 MBR 工艺试验阶段 ；②高负荷 MBR 工艺试验阶段。

      （2）试验监控及检测主要内容 ：①溶解氧 ；②生化及膜池污泥浓度 ；③进出水水质（COD、SS）；④膜通量调整及压差过程控制。

2.2 试验配置及过程

       （1）试验装置基本参数配置 ：①生化装置 ：箱体有效容积大约 2.5 m3 左右，设桨叶搅拌器两台，穿孔曝气管一套，生化 A 段容积约 0.8 m3，生化 O段容积约 1.7 m3 ；② MBR 膜装置 ：MBR 膜池有效容积大约 2.5 m3 左右，共 10 片膜组件，每片膜组件面积为 6 m2，合计膜总面积为 60 m2，膜丝材质为带衬加强型中空纤维聚偏氟乙烯材料，产品内径约为 1.7 mm，膜表面为复合结构，耐磨擦，膜丝采用高等级聚偏氟乙烯树脂原料，对次氯酸钠、盐酸、碱等常用化学药剂具有良好的抗药性 ；③回流比 ：生化内部回流比设计为 50%~100%，膜池至生化段回流比设计为 100%。 

       （2）试验过程工艺参数配置 ：工业废水—初沉池—生化装置—MBR 试验装置。①污泥浓度参数控制 ：生化段污泥浓度从3 000 mg/L 提高至 4 500 mg/L 左右，膜池污泥浓度从 4 000 mg/L 提高至 5 500 mg/L 左右，最终稳定在 5 500 mg/L，后 MBR 试验装置来水接水厂自备生化装置出水后，膜池浓度降至 3 000 mg/L 左右；②曝气量控制参数 ：整套膜生物反应器组件的曝气量控制在 36 m3/h（折合每片膜的曝气量为 6 m3/h）；③进出水量参数控制 ：试验装置从最初进出水量250 L/H 提高至 600 L/H，并稳定运行约 7 天左右的时间，后继续提高进水量为 1 200 L/H（折合膜通量为 20 LMH）；④膜运行参数控制 ：膜组件产水时间设置为 7 min，静置 / 曝气 1 min，8 min 为一个产水周期。

3     试验数据分析与结果

       通过一个月的运行观察，对相关数据进行了跟踪和记录，其中主要是对试验过程的进出水水质进行跟踪化验和记录，同时对膜的跨膜压差等进行了跟踪记录。因水厂总进水水质的波动及不稳定主要体现在 COD 和 SS 两个指标方面，其他化验指标如 BOD、氨氮、总磷等都基本能达到合格水平，故在此次试验过程中也主要是对试验的水质进行了COD 和 SS 两个指标的分析和化验。初期进水为工业废水经初沉池后的排水，水质分析从 3 月 29 日开始至 4 月 9 日截止，后将装置迁移至水厂原有生化系统之后，接生化系统出水进行试验。

3.1   试验过程水质记录与分析

     （1）试验过程水质数据记录。试验分为高污泥浓度运行模式和低浓度污泥运行模式两种情况，高污泥浓度采用原水作为进水水源，低污泥浓度采用厂区原生化系统后出水作为原水。两种运行模式下试验过程水质分析数据记录表见表 1。 

     （2）试验过程水质分析。通过对表 1 的统计数据分析，可以得出 ：采用原水作为装置进水，生化系统为高污泥浓度运行，出水水质能满足并优于排放标准 ；采用厂区原有生化系统出水作为进水，生化系统为低污泥浓度运行，出水水质能满足并优于排放标准 ；由于 MBR 膜的截留作用，出水水质SS 经常为 O，检测浊度能满足 NTU ≤ 3 的标准 ；采用膜生物反应器工艺完全可以抗击来水水质的波动问题，并保证稳定的出水水质 ；在进水 COD 负荷低的情况下，可以保持膜池污泥浓度低水平运行，也能有效保证出水水质，同时提高了 MBR 膜的耐污染性以及使用寿命。

3.2 试验过程膜性能数据记录与分析

   （1）膜性能数据记录见表 2。 

     （2）膜性能分析。通过对表 2 的统计数据分析，可以得出 ：在高浓度污泥负荷以及低浓度污泥负荷的情况下，膜的通量以及膜的压差均都处于非常稳定的状态，跨膜压力数据非常稳定，且没有观测到上升趋势，也间接反映出试验中膜生物反应器活性污泥驯养较好，污泥黏度控制在合理范围内 ；同时也说明本现场原水条件比较适用于 MBR 工艺进行处理。在低浓度污泥符负荷情况下，膜运行的跨膜压差更加趋于稳定。

3.3  MBR 膜维护方面

       从试验初始运行至运行结束，通过 EFM 维护清洗对膜组件进行保养，平均约一星期一次，总共进行了 5 次。清洗液浓度约 300 ppm 左右，清洗时长为反冲洗 20 min，静置 90 min，曝气清洗 30 min，每次用液约 150 L 左右。该维护清洗主要是保持膜表面的清洁型，在跨膜压差方面有较好的恢复性，在整个试验周期压差一直处于非常稳定的数值水平，没有观测到跨膜压差存在明显的上涨情况，所以也没有进行高浓度的离线浸泡清洗，常规 EFM清洗即可保持膜运行处于较稳定的运行状态。在整个试验周期过程中，未发现膜有明显断丝现象，产水水质得到了较好的保证 ；从膜的跨膜压差这方面数据规律，该 MBR 膜组件具有较好的抗污染性能。

4    试验总结

      通过试本次中试试验，对各阶段进行数据记录跟踪，对进出水水质进行化验分析，以及对膜装置的运行参数进行统计分析，针对该污水处理厂的工业废水，膜生物反应器工艺作为技改工艺完全可以满足该水厂处理水质要求。膜生物反应器工艺作为三级深度处理工艺，更能有效保证出水水质及稳定运行效果；能够抗击更大的水量以及水质波动影响；在保证低浓度的污泥运行状态下，出水水质也可以达到排放要求 ；变相延长清洗周期，膜的抗污染性得到加强，膜通量可维持较高水平并减少运行费用。

       膜生物反应器工艺的应用，省去了传统工艺中的二沉池，具有构筑物占地小、效率高等的特点，只需将厂区原有生化区进行改造即可完成，无须重新进行大规模构筑物等的改造，节省了工程投资。

综上所述，膜生物反应器工艺作为该污水处理厂废水处理技改工艺完全可行。

 

 

原标题：MBR 工艺在成都某污水处理中的中试研究应用

原作者：孙丰营 　　王爱胜