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MBR污水处理工艺及自动化控制

摘要：膜生物反应器（MBR）作为一种新型高效的污水处理方法，有很广阔的应用前景和研究空间。文章重点就MBR污水处理工艺及自动化控制进行研究分析，以供参考和借鉴。
关键词：MBR技术；污水处理；技术工艺；自动化控制
引言
MBR即膜生物反应器，将生物技术与膜分离技术相结合，在污水处理中的应用效果较好，能够高效完成污水中污染物的降解工作，并对污染物进行截留，保证经处理后排出的水体具有较高水质，有效降低污水排放给水资源环境带来的影响。水环境持续恶化的现状已经使水资源供应达到了一个非常紧张的状态，必须提高对污水排放治理的重视，积极应用新的技术手段，不断提高污水处理水平。MBR在污水处理中的应用，将促使污水处理从达标向水质再生的更高目标发展。膜工业的发展为MBR的大范围推广提供了可能，应用MBR进行污水排放处理，首先要做好工程设计工作。
1MBR的作用原理
在MBR污水处理系统中，经过预处理的污水首先进入生化池。曝气状态下，大量微生物、磷细菌、硝化菌群开始降解或吸附水中污染物质，包括氨氮、碳、磷等，实现污水的净化处理。在生化池的处理后，将混合液导入MBR池，对混合液进行膜分离处理，主要是将含泥污水的泥分离出去进行过滤。在MBR膜池中放置着膜组件系统，以及配套的污水处理系统，包括出水、反洗、清洗、吹扫等功能系统。经过膜区时，污泥会被拦截下来，并通过污泥泵排除，从而实现对系统内污泥浓度和污泥龄的控制。
2MBR污水处理工程的设计要点
2.1膜堆的设计
膜堆的设计是MBR污水处理工程的设计重点之一，设计效果对整个MBR系统的运转由重要影响，直接决定着MBR系统能否发挥出预期的作用价值。在膜堆设计中，有一个特别重要的技术参数，即膜通量。膜通量的设计通常决定了膜池的面积，也决定着MBR工程的投资。在污水处理能力一定的情况下，膜通量越大，膜面积越小，所需要的膜组件也就越少，相应的膜池占地面积也可以得到有效降低，从而节省投资成本。但是膜通量如果过大，会降低膜系统的运行周期，增加膜组件的清理次数，提高维护费用。因此，应对实际污水处理工程的水质情况、系统占地面积、投资水平等综合考虑，使其在满足工程需要的同时尽可能的降低成本。
2.2膜堆的空间布置
膜堆的空间布置主要分为平面布置和断面布置，其平面布局的位置应尽量贴近曝气槽中央，并保证前后左右由足够的空间，留出的空间应在膜组件尺寸的30％以上。如果是采用多个单元的情况，每个单元之间的距离都应符合上述要求。在断面布置上，应以运转过程中的最低水位为准，且膜组件上部距离最低水位面的距离至少在300mm以上，膜组件下部与曝气管的距离至少在180mm以上，曝气管与曝气池地面的距离应在150～250mm范围内。
2.3反应池设计
在进行MBR系统设计时，应将膜池与好氧池分开，避免与废水发生短路，同时也能够为化学清洗提供方便。分置式膜池的主要功能是放置膜堆，通过抽吸泵使水透过膜进行出水，所以不需要考虑好氧池设计中的水力停留时间、污泥龄等问题。
2.4曝气系统设计
曝气系统在MBR系统中也占有重要地位，设计时要充分考虑系统的各方面需要。曝气系统的主要功能是对膜丝进行气擦洗，避免污泥絮体在膜丝表面吸附。在一体式膜反映池中，曝气系统还具有为微生物提供氧气的作用。曝气产生于膜下部，通过向上的气流对膜进行清洗，但应控制好曝气量，如果曝气量过高，会沿膜面形成切向流动，剪切污泥絮体，加剧膜污染。
2.5CEB系统设计
MBR系统运行一段时间后，膜通量随时间的增加而缓慢下降，需要采取化学清洗措施解决这一问题。化学清洗的目的是清理膜孔内吸附的污染物，恢复膜通量，保证系统的正常运行。一般采用次氯酸钠和柠檬酸试剂，次氯酸钠的作用主要是去除无机杂质，防止结垢生物污染。柠檬酸的主要作用是缓解胶体凝聚和结垢产生，需将两者配合使用。
2.6泵的选择与应用
MBR系统中使用的泵设备主要包括抽吸泵、清洗泵、污泥回流泵和加药泵，应根据具体的工艺流程和排水要求，选择合适的泵设备，从流量、扬程和管理布置三方面进行综合考虑。
3MBR污水处理工艺的应用
3.1MBR在生活污水及其回用处理中的应用
膜分离活性污泥法的研究始于20世纪60年代的美国，1966年美国的Dorr-Olive公司首先在美国化学会议上发表了该项研究结果。利用MBR处理生活污水，最大的的污水厂位于密歇根州的特拉弗斯城，日处理量为850万加仑，该厂扩建工程2002年开始，受空间限制，为了达到较好的水处理效果，MBR成为最完美的选择。MBR技术的应用使得污水处理量提高了近40％，MBR处理单元于2004年夏季投入应用，出水磷浓度低于0.2mg/L。
3.2MBR处理工业废水的应用
20世纪90年代早期，美国通用汽车公司在位于俄亥俄州曼斯菲尔德的通用汽车制造厂建立了第一个MBR工业废水处理厂。Scott和Smithras在1996年研究了用MBR处理冰淇淋制造厂的工业废水。Murray等人在2005年将MBR应用于饮料加工厂废水的处理，MBR在处理含油废水、含酚化合物废水以及含重金属废水等方面也有了大量的研究和应用。GE-Zenon公司和Kubota在将MBR应用于工业废水处理领域做了大量的研究，由于外置式MBR的结构优点，为了降低成本，现在致力于研究非常规外置式MBR。
4MBR存在的问题及其改进措施
4.1优化膜组件结构
膜组件的设计影响MBR的运行，对膜丝的装填密度、装填方式、装填长度进行优化设计，可降低MBR的运行成本。
4.2优化MBR的操作参数和条件
MBR内过高的曝气强度不仅会恶化污泥混合液的可滤性，导致过滤过程中膜孔阻塞阻力和泥饼层阻力的增加，还会导致污泥混合液缩短了堵塞膜孔的时间，减小了膜的初始通量，过度曝气还会浪费能源、增加运行费用。因此，合理地选择曝气装置，调节曝气强度、曝气间隔等是有效的措施。
4.3防治膜污染
膜在运行一段时间后，不可逆的吸附、堵塞和由于浓差极化及其导致的凝胶层的形成共同造成了运行过程中膜通量的衰减，膜因此受到污染。膜污染问题影响膜的稳定运行，且决定了膜的更换频率，是影响MBR工艺经济性的间接原因。膜污染的防治主要从以下几个方面着手：第一，通过研究膜性质（膜材质、膜孔径大小、孔隙率及粗糙度等）对膜污染的影响规律，从而进行相应的膜污染防治措施；第二，活性污泥混合液是造成膜污染的主要物质来源，因此可以通过改变污泥混合物特性对膜污染进行防治；第三，通过优化膜分离操作的水力条件防治膜污染；第四，膜的清洗，膜清洗主要包括物理清洗和化学清洗，此外还有超声波清洗、电场过滤和脉冲清洗等。
结束语
综上所述，MBR在污水处理中的应用将使污水处理从达标向水质再生的更高目标进发，提高污水处理效果，降低污水排放给水资源带来的影响。MBR污水处理工程的设计是MBR应用的首要任务，应对MBR系统的各个组成系统进行全面、细致的设计，保证设计的合理性，从而满足实际污水处理工程的需要。
参考文献：
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