摘要：膜-生物反應器是一種由生物處理單元與膜分離單元相結合的水處理技術，因此可省掉二沉池，并可保持非常優異的出水效果可有效去除水中的有機物與氨氮等污染物質。文章通過兩個工程案例總結了城鎮污水處理MBR工藝生化處理系統的工藝特點、設計參數等。

關鍵詞：城鎮污水處理廠；MBR工藝；生物處理單元；膜分離單元；膜-生物反應器

膜-生物反應器（MembraneBio-Reactor，簡寫為MBR）是一種由生物處理單元與膜分離單元相結合的水處理技術。在國外膜-生物反應器，在20世紀90年代中后期已進入了實際應用階段。由于MBR工藝具有出水水質好、占地面積小和節省運行成本等優點，隨著膜分離技術和產品的不斷開發，其在污水處理方面得到迅速發展和應用。2008年以來，我國處理規模在萬噸級以上的大型膜工程迅速增加，2013年投入運行的膜系統處理能力已超過230萬m3/d，預計2015年，膜系統處理能力將超過500萬m3/d。據相關統計資料，今后5年MBR工藝在我國將以50%～100%的年增長率高速發展。由于MBR工藝在我國城鎮污水處理中的應用較晚，因此缺乏設計建造的工程經驗。結合相關工程經驗，在研究國內外成功案例和技術規范的基礎上，通過研究下面兩個比較具有特色的城鎮污水處理工程MBR工藝生化系統的設計，為今后國內城鎮污水處理廠的升級改造運行和MBR工藝規模化設計提供參考。

1污水處理廠概況

1.1成都市第三污水處理廠擴能提標改造工程

1.1.1項目概況。成都市第三污水處理廠目前現有設計規模為10×104m3/d，現處理水量為10×104m3/d，采用以A2O為主體的除磷脫氮工藝。由于該污水處理廠已滿負荷運行，因此采用MBR工藝進行擴能提標改造使總處理水量達到20×104m3/d。污水處理廠出水水質達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標，其中主要指標COD、BOD、氨氮、總磷等達到《地表水環境質量標準》中Ⅳ類標準。

1.1.2工藝流程如圖1所示：

1.2成都天府新區第一污水處理廠工程

該工程的特點是采用全地下式MBR工藝進行污水處理，設計規模近期按10萬m3/d，設備近期一階段設備安裝規模為5萬m3/d，遠期規模達到26萬m3/d。污水處理廠進、出水水質同成都市第三污水處理廠，因此采用的工藝與成都市第三污水處理廠擴能提標改造工程相同。

地下式與地上式污水處理廠的優劣勢比較：

1.2.1社會效益。

地上式污水廠：外觀與周圍的自然景觀難融合，場地較難作為其他用途。隨著城市化進程，一些城市內早期建設的污水處理設施已成為整個城市進一步發展的限制因素，需遷建或轉入地下。

地下式污水廠：改變人們對污水處理廠臟、臭的傳統不良印象，有利于環保知識的普及。解決“城中廠”問題，甚至可成為城市的環保地標和新城市景觀。

1.2.2經濟效益。

地上式污水廠：土地利用率低，不僅占地大，而且需考慮綠化帶和隔離帶用地，一般不小于200m。影響周邊土地的利用，影響市場價值。

地下式污水廠：可在市中心建設，節省管道長距離輸送的巨大投資和運行維護費用。節約占地和用地成本，集成度高，除滿足污水處理需求外，地上及周邊空間利用價值高，可用于公用事業或商業開發。

1.2.3環境效益。

地上式污水廠：需要加蓋對臭氣收集并進行處理，由于排放點零散，臭氣問題較難解決。水泵、鼓風機、管道和水流產生的噪聲較難處理。

地下式污水廠：臭氧及噪聲污染小，人與環境和諧發展，可作為循環生態環保教育基地，提高民眾的環保意識。

1.3生化系統形式的選擇

生物法主要分為兩大類：活性污泥法和生物膜法。由于活性污泥法具有抗沖擊負荷能力強、處理效果好、運行穩定等特點，在污水處理工藝中應用是最為廣泛的。經過實際廣泛應用和通過技術上的不斷改進，活性污泥法已成為當今污水處理技術的主體。

在MBR脫氮除磷工藝中A2O及其變形強化工藝的處理效果和運行管理是最為穩定和方便的，因此在目前應用的工程經驗來看多選用A2O及其變形強化工藝。

2MBR工藝設計

2.1MBR系統流程

MBR系統流程如圖2所示：

2.2工藝特點

2.2.1進水方式。由于A2/O的厭氧、缺氧、好氧工藝對除磷脫氮處理效果最為突出，為了滿足脫氮或者生物除磷對進水碳源的需要，MBR生物反應池一般采用兩點進水。即在生物池前設置進水分配渠道，污水進入分配渠道后，通過兩套調節堰門可以將原水按照一定比例分配到厭氧區和缺氧區前端，增加系統的靈活性。

2.2.2回流方式。MBR工藝是采用硝化液與污泥回流合并的膜分離技術，因此回流比高于傳統工藝。在本設計中采用三段回流，即第一段從膜池回流混合液至好氧區前端，第二段將好氧區末端的硝化液回流至缺氧區前端，第三段將缺氧區末端的反硝化液回流至厭氧區前端。

由于膜池回流的混合液富含大量氧氣，如果采用膜池硝化液直接回流至缺氧區，會破壞缺氧區缺氧環境，導致反硝化反應不充分，因此在這兩個工程中均采用三段回流，回流比為：（1）12度：膜池回流至好氧池：400%；好氧池回流至缺氧池：400%；缺氧池至厭氧池：300%；（2）20度：膜池回流至好氧池：300%；好氧池回流至缺氧池：300%；缺氧池至厭氧池：200%。

2.2.3提升方式。MBR工藝的混合液回流提升方式有兩種：（1）前提升系統，即好氧池出水由泵提升至膜池，膜池的混合液重力回流至生物池；（2）后提升系統，即由于膜池有效水深較生化池淺，好氧池出水自流至膜池，膜池的混合液通過回流泵提升至生物池。由于后提升系統較前提升系統提升混合液的流量小、能耗少，因此在這兩個實際工程中經過綜合比較確定采用后提升系統。

2.2.4好氧區形式。由于從膜池回流至好氧區的大比例混合液含有高濃度的DO，需要實現快速混合，同時為了減小因剪切造成的污泥顆粒破碎和提高曝氣設備的充氧速率，好氧區內的混合液需保持懸浮狀態和良好的紊流狀態，因此MBR工藝，其好氧區宜設計成完全混合式。

2.3設計參數

2.3.1污泥濃度。采用膜分離技術的MBR工藝較傳統活性污泥法選取的MLSS值較高，因此在這兩個工程中對于城鎮綜合污水處理工程，我們按膜池污泥濃度值10g/L來進行設計，厭氧區MLSS4.8g/L，缺氧區MLSS6.4g/L，好氧區MLSS8.0g/L。

2.3.2泥齡。由于城鎮綜合污水處理工程對脫氮有要求，因此MBR工藝的泥齡通常較傳統工藝長。SRT宜根據硝化泥齡和反硝化泥齡來計算確定。由于泥齡在20d左右時，跨膜壓差增長趨勢變緩，因此在這兩個工程中泥齡設計為18.6d。

2.3.3污泥負荷。污泥負荷是根據MBR工藝生物處理單元的兩個主要設計參數MLSS和SRT計算出來的。在這兩個工程中，計算出的污泥負荷僅為傳統活性污泥法污泥負荷的一半左右，因此使得系統具有較強的抗進水水質沖擊的能力。

2.3.4水力停留時間（HRT）。由于HRT是保證硝化和反硝化效果的重要參數，因此這兩個工程中，應適當加大系統的HRT，設計值為10.5h。

2.3.5需氧量和供氣量。MBR膜池采用空氣擦洗來改變膜絲表面液體的流態，可以防止膜的表面污堵，因此膜池內的溶解氧濃度很高，故從膜池大比例回流到生化池的混合液中含大量溶解氧，使生化池所需的曝氣風量降低。同時MBR工藝采用的MLSS濃度較高，故混合液的液膜厚度、污泥粘滯度等與傳統工藝不同，參數α、β和C0值在計算供氣量時應進行調整，因此MBR工藝的實際生化池供氣量小于計算量。

3結語

第一，MBR系統的特點：（1）工藝流程短，構筑物少，布置緊湊，方便運行管理；（2）MBR生物池中的混合液濃度較常規曝氣生物池的濃度高，可以部分提高污水處理程度；（3）動力費用較常規工藝高；（4）占地面積小于常規處理工藝；（5）出水水質指標優于常規處理工藝，尤其是SS、細菌總數等指標明顯，BOD、COD、TP等指標較常規處理工藝處理率略有提高。

第二，MBR系統的適用條件：（1）新建、擴建的污水廠，出水水質要求較高的；（2）新建、擴建的污水廠，建設用地緊張，采用其他處理工藝需要增加用地；（3）處理規模為中、小型，設施比較老舊的污水處理廠升級改造。

第三，MBR系統存在的問題：（1）投資費用較高，膜的壽命較短，一般為5～8年，因此更換膜的折舊費用較高；（2）由于MBR工藝的特殊性，對于水量的沖擊負荷承受力較低；（3）對于大型污水廠，全部采用MBR工藝，其運行的安全性系數較低，潛在的環境影響問題大。

由于MBR在實際工程中的應用受到膜制造成本偏高以及能耗高這些問題的限制，因此在實際工程中要通過詳細的技術經濟比較再做出合理的選擇。

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