MBR工藝應用于城市污水處理分析

由于面臨水質(zhì)標準的提高以及可用土地面積日益減少的雙重壓力，MBR工藝在城市污水處理中得到越來(lái)越廣泛的應用。截至2008年底，我國已有約20個(gè)日處理能力達萬(wàn)噸的MBR工程在運行和建設中。截至2008年，歐洲已經(jīng)有超過(guò)800座MBR處理裝置在運行，其中37座MBR處理廠(chǎng)的規模已經(jīng)超過(guò)了5000m3/d。zui近的10年是MBR快速發(fā)展的時(shí)期，處理規模已經(jīng)從zui早的幾百?lài)嵃l(fā)展到日處理規模上萬(wàn)噸，一些正在建設的污水處理廠(chǎng)規模甚至超過(guò)了10×104m3/d。隨著(zhù)規模的擴大以及MBR工藝所固有的技術(shù)特性，應用的風(fēng)險也應得到充分的重視。
1、MBR工藝概述
MBR 工藝一般分為外置式和浸沒(méi)式兩種。外置式MBR 運行穩定可靠，易于進(jìn)行膜的清洗、更換及增設，因在較高的壓力下運行，比浸沒(méi)式的實(shí)際膜通量要大，但一般條件下為減少污染物在膜表面的沉積，需要延長(cháng)膜的清洗周期，并用循環(huán)泵提供較高的膜面錯流流速，水流循環(huán)量大、動(dòng)力費用高。浸沒(méi)式MBR 由于其跨膜壓差較小，膜通量很少會(huì )超過(guò)臨界值，因而可以保持長(cháng)時(shí)間穩定的膜通量而無(wú)需進(jìn)行化學(xué)清洗。外置式MBR 一般用于高溫、高濃度有機物、有毒或難以過(guò)濾的污水。對于市政生活污水的處理，浸沒(méi)式MBR 是主要應用形式。
2、工藝風(fēng)險
2. 1 預處理的風(fēng)險
預處理是MBR 工藝非常重要的一個(gè)環(huán)節，預處理對MBR 工藝的影響程度遠遠超過(guò)了其對傳統工藝的影響，有效的預處理對于延長(cháng)膜組件的壽命及提高工藝的性能具有重要的作用，無(wú)論在設計還是運行中，都要格外重視預處理。國內外有不少MBR工藝由于不重視預處理造成了嚴重的后果。譬如，德國的 污水處理廠(chǎng)和Markranstdt 污水處理廠(chǎng)采用的都是MBR 工藝，運行之初沒(méi)有采用細篩，只是采用傳統的預處理工藝。短暫的運行之后就發(fā)現膜組件被纖維和毛發(fā)物質(zhì)所纏繞、堵塞。這些毛發(fā)和纖維物質(zhì)從生物池進(jìn)入到膜池，在曝氣的作用下和膜絲纏繞在一起，毛發(fā)和纖維物質(zhì)引起的堵塞嚴重地降低了有效膜面積，出水水量也由此下降，而手工清洗非常費時(shí)。為了解決這種問(wèn)題，這兩座污水處理廠(chǎng)后來(lái)都安裝了細篩，Rdingen 污水處理廠(chǎng)安裝了0． 5 mm 的細篩，Markranstdt 污水處理廠(chǎng)安裝了0． 75 mm 的細篩。
2. 2 處理能力降低的風(fēng)險
*，污水處理廠(chǎng)的流量會(huì )隨著(zhù)季節、進(jìn)水的組成及處理規模的大小等而有所變化，這種流量的變化對MBR 的運行有較大的影響。在傳統活性污泥工藝中，峰值流量超過(guò)設計值一般會(huì )導致處理效率的下降，但峰值水流一般會(huì )順利地通過(guò)沉淀池的出水堰。而MBR 工藝與此*不同，MBR 工藝中存在著(zhù)一個(gè)極限的通量，超過(guò)這個(gè)極限或者由于膜污染導致膜通量下降，那么多余的水就通不過(guò)膜孔徑，這部分流量需要分流到另外的處理設施進(jìn)行處理。圖1 反映的是膜通量隨時(shí)間的變化情況，可以看出盡管采用水力清洗、化學(xué)清洗可以在一定程
度上提高膜通量，但膜通量下降是必然的趨勢。
實(shí)際運行中的很多MBR 工藝都是這樣，在運行的早期一般能達到設計規模，但隨著(zhù)運行時(shí)間的積累，處理能力不斷降低，很多MBR 污水處理廠(chǎng)的實(shí)際處理能力甚至不足設計之初的50%。因此在選擇MBR 工藝時(shí)必須意識到日后這種潛在的風(fēng)險，采取必要的技術(shù)手段。事實(shí)上，美國環(huán)保局認為MBR工藝的進(jìn)水峰值流量不應超過(guò)平均流量的1． 5 ～ 2倍，如果超過(guò)這個(gè)值，就需要有大量的膜組件備用，或者設置流量調節池。

圖1 膜通量隨時(shí)間的變化關(guān)系
調節池可以外置或內置。外置調節池可以設在MBR 工藝前，獨立使用。外置調節池容易滿(mǎn)足設計要求，但在某種場(chǎng)合下選擇MBR 工藝是出于占地的要求，增加額外的池子可能會(huì )難以滿(mǎn)足全廠(chǎng)的布局。如果流量變化不是非常顯著(zhù)，內置調節池可以利用膜池的超高來(lái)實(shí)現，大多數膜池液位在0． 5 ～ 1． 0 m之間的變化不會(huì )對鼓風(fēng)機造成顯著(zhù)的影響，這是應對日流量變化的良策。一些處理廠(chǎng)可以采用外置調節池與內置調節池共同應對流量的變化，外置調節池用于調節雨季流量，內置調節池應對流量的日變化。但調節池一般用于小型MBR 污水處理廠(chǎng)，可以降低MBR 的設計復雜程度。
大型MBR 污水處理廠(chǎng)一般都會(huì )存在一套傳統活性污泥工藝或化學(xué)強化處理單元，這主要是為了保證在應急情況下，污水可以通過(guò)傳統活性污泥工藝或化學(xué)沉淀得到處理，而不至于發(fā)生污水外溢事故。美國華盛頓州的Brightwater 污水廠(chǎng)采用MBR工藝，設計平均流量為11． 7 × 104 m3 /d，峰值流量為14．4×104m3/d。該污水廠(chǎng)就采用了上述的分流措施，旱季時(shí)污水全部得到二級處理，雨季時(shí)的污水采用化學(xué)強化處理( 見(jiàn)圖2) 。

圖2 Brightwater 污水處理廠(chǎng)的MBR工藝分流措施
歐洲的很多MBR 污水處理廠(chǎng)也注意到了這一點(diǎn)，這些MBR 工藝一般處理全廠(chǎng)25% ～ 63% 的水量，其余一部分水量通過(guò)傳統工藝處理，這樣可以保持穩定的膜通量。意大利的布雷西亞污水處理廠(chǎng)、西班牙的薩瓦德?tīng)栁鬯幚韽S(chǎng)都是將傳統工藝與MBR 共用。英國Lowestoft 污水處理廠(chǎng)( 處理規模為1． 4 × 104 m3 /d) 的處理工藝由三部分組成，60% 的進(jìn)水采用傳統活性污泥工藝， 20% 的進(jìn)水采用MBBR工藝，另外20%的進(jìn)水采用MBR 工藝。另外，大型MBR 處理廠(chǎng)往往還會(huì )設置一些空置的膜池，以備在某些膜組件性能下降后，安裝新的膜組件，以保證正常的膜通量。
2. 3 自控系統的風(fēng)險
在MBR 工藝中，膜組件是核心，膜組件的正常與否決定著(zhù)工藝的效能，而自控系統則是維持這個(gè)核心正常運行的中樞。MBR 工藝的儀表自動(dòng)控制系統比傳統活性污泥工藝復雜得多，MBR 工藝每年的清洗次數至少在2 萬(wàn)次以上，這對于各種閥門(mén)、泵是個(gè)嚴峻的考驗，意味著(zhù)需要2 萬(wàn)次無(wú)誤的操作，有時(shí)候甚至一個(gè)元件發(fā)生故障，整個(gè)系列的膜池就可能停產(chǎn)。從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，MBR 工藝的可靠性比較低，對于PLC 控制系統的要求很高。小型MBR 處理廠(chǎng)可以采用一套PLC 控制系統即可。但是對于大型MBR 處理廠(chǎng)，建議采用兩套PLC 控制系統，并且這兩套系統采用環(huán)狀結構聯(lián)通。
大型污水處理廠(chǎng)應用MBR 工藝應格外慎重。膜組件的可靠性要遠遠低于沉淀池的可靠性，膜通量的顯著(zhù)下降就意味著(zhù)污水不能得到全部處理，必須進(jìn)行分流?，F在的MBR 處理規模有的已經(jīng)達到了(4～6) × 104 m3 /d，一些處理廠(chǎng)MBR 的規模在將來(lái)會(huì )達到( 12 ～ 20) × 104 m3 /d，而對于傳統污水生物處理工藝， 10 × 104 m3 /d 的規模屢見(jiàn)不鮮，甚至百萬(wàn)噸級的規模在也不在少數，但現有運行中的MBR 規模很少超過(guò)10 × 104 m3 /d，這一方面說(shuō)明了MBR 的應用尚處于起步階段，另一方面也說(shuō)明了MBR 的大規模及超大規模的應用會(huì )存在各種各樣的技術(shù)風(fēng)險，規模的增大，其所要求的設計難度也隨之提高，工藝的風(fēng)險性以及工藝的整體優(yōu)化將成為設計的主要問(wèn)題。
MBR 可以保證水質(zhì)，但不能保證水量。對于水量波動(dòng)較大的污水處理廠(chǎng)，MBR 工藝難以適應，這種情況對于合流制系統尤為如此。因為用MBR 工藝處理含有大量雨水的污水時(shí)，就必須建造大容積的調節池，或者膜片面積的設計余量非常大，這將會(huì )導致投資非常昂貴。
MBR 工藝對自動(dòng)控制的依賴(lài)性很強，各個(gè)環(huán)節都需要自動(dòng)控制，一個(gè)自控元件的失靈甚至會(huì )導致膜池停止進(jìn)水，污水將而直接排放。由于MBR 是一種相對較新的技術(shù)，各方面的運行經(jīng)驗還不是很豐富，缺少長(cháng)期運行的數據來(lái)反映運行的情況。因此，各種膜供應商所宣稱(chēng)的效果也需要進(jìn)一步驗證和評價(jià)。