无锡城北污水处理厂MBR系统运行效果分析与探讨.pdf

水 污 染 治 理 无锡城北污水处理厂 MBR 系统 运行效果分析与探讨 蒋岚岚 1 龚兆宇 2 胡邦 1 陈豪 2 杨薇兰 2 陈虎 2 1． 无锡市政设计研究院有限公司，江苏 无锡 214072;2 无锡市排水公司， 江苏 无锡 214026 摘要 无锡市城北污水处理厂是太湖流域较早采用 MBR 工艺的大型污水处理工程。对污水处理厂 MBR 工艺实际运 行数据进行分析， 发现虽然进水污染物浓度有较大波动，但其出水水质稳定，各项指标可全年达标。介绍了运行过 程中出现的超细格栅堵塞、 离线清洗池药剂消耗、 产水量波动严重等问题及相应的改造措施， 并在此基础上对 MBR 工 艺的设计提出建议。 关键词 污水处理厂; MBR; 处理效果;超细格栅; 离线清洗; 产水量 ANALYSIS AND DISCUSSION ON OPERATION EFFECT OF MBR SYSTEM IN WUXI CHENGBEI WASTEWATER TREATMENT PLANT Jiang Lanlan1Gong Zhaoyu2Hu Bang1Chen Hao2Yang Weilan2Chen Hu2 1． Wuxi Municipal Design and Research Institute Co． ， Ltd，Wuxi 214072， China; 2． Wuxi Drainage Company，Wuxi 214026， China AbstractWuxi Chengbei wastewater plant was an early adopter of the MBR process of large-scale sewage treatment works． Based on the analysis of practical operation data of MBR process，it is found that although the concentrations of pollutants in the influent had a greater fluctuation，the quality of the effluent was stable，all indicators reached the standard in the whole year． This thesis introduced some problems during the operation such as ultrafine grille blockage，pharmaceutical consumption of offline cleaning pool，serious fluctuation in water production． It was proposed appropriate rehabilitation measures and made recommendations on the design of the MBR process． Keywordswastewater treatment plant; membrane bioreator MBR process; treatment effect; ultrafine grille; offline cleaning; water production 0引言 膜生物反应器 MBR 是一种由膜分离单元与生 物处理单元相结合的新型水处理技术， 因其出水水质 优良、 可直接回用和节省占地等优点使其在污水处理 和中水回用领域的应用日益广泛 ［1- 2］。 尽管 MBR 技术的理论研究已趋于成熟， 但是其在 城镇污水处理的规模化应用才刚刚起步， 设计建造的 工程经验和实际运行经验均较少。无锡市城北污水处 理厂是太湖流域较早采用 MBR 工艺的大型污水处理 工程， 已稳定运行 2 年多。根据实际运行情况， 分析了 污水处理厂 MBR 工艺的运行效果， 并介绍 MBR 系统 在运行中出现的问题及相应的改造措施， 以期为今后 国内 MBR 工艺的规模化设计运行提供参考。 1工程概况 1. 1工艺流程与 MBR 反应池简介 无锡市城北污水处理厂位于主城区中北部， 设计 总规模为 25 104m3/d， 分五期建设， 其中前三期工 程共 15 104m3/d， 均 采 用具有脱氮除磷功能 的 Orbal 氧化沟工艺生物处理和转盘过滤深度处理， 出 水指标执行 GB 189182002城镇污水处理厂污染 物排放标准 一级 A 标准。四期工程设计规模 5 104m3/d， 建设时考虑场地因素和处理要求， 主体采 用膜生物反应器 MBR 工艺， 尾水消毒后部分回用， 其余排入北兴塘河湿地改善河道水环境。处理工艺 流程见图 1。 原水首先经过 20 mm 的粗格栅后， 由进水泵提 1 环境工程 2013 年 4 月第 31 卷第 2 期 图 1四期 MBR 工艺流程 升到配水井用以分配三期、 四期和远期的污水， 再经 6 mm 网孔型阶梯细格栅进入曝气沉砂池。在曝气沉 砂池之后设置 1 座两级精细格栅池， 强化预处理， 保 护 MBR 膜系统 ［3］， 土建按 10 104 m3/d 规模建成， 共设 7 条廊道， 本期先安装 3 台 ε 3 mm转鼓式滤孔 型超细格栅和 4 台 ε 0. 75 mm 转鼓式格网型精细 膜格栅， 转鼓直径分别为 1. 6， 2. 4 m， 两级格栅前后 布置。其出水进入 MBR 生物反应池， 生物反应池采 用两段缺氧 A3/O 工艺， 其特点是在传统的 A2/O 工 艺中设置了两段缺氧区 缺氧区Ⅰ和缺氧区Ⅱ ， 在 第Ⅰ缺氧区内利用进水碳源实现完全反硝化， 第Ⅱ缺 氧区内实现内源反硝化强化脱氮， 同时节省外碳源的 投加。生物反应池混合液通过膜池进水渠道均匀地 分配到 8 格膜池进行固液分离， 膜过滤出水经消毒后 部分回用部分外排。处理系统中设有碳源投加和化 学除磷设施。 1. 2MBR 处理系统的设计参数［4］ 生物池有效水深 6 m; 设计水力停留时间 HRT 为 10. 73 h， 其中厌氧区为 1. 48 h， 缺氧区Ⅰ为 2 h， 缺 氧区Ⅱ为 2. 2 h， 好氧区为 5. 05 h; 设计 BOD5污泥负 荷为 0. 049 kg/ kgd ， 总泥龄为 20. 5 d。四个分区 的设计污泥浓度分别为 3. 2， 4. 8， 6. 4， 8 g/L， 剩余污 泥量为7 688 kg/d， 好氧池供气量为 350 m3/ min。膜 组件采用 PVDF 中空纤维膜， 平均孔径为 0. 1 μm， 设 计通量为 22 ～ 26 L/ m2h ， 膜池设计污泥浓度为 9. 6 g/L， 停留时间为 2. 04 h， 8 格膜池总供气量为 450 m3/min。 22011 年全年运行效果 2. 1实际进水水质及分析 2011 年该厂全年进水水质情况见表 1。 从表 1 可以看出 由于该污水处理厂收集系统范 围内存在有上千家工业企业， 类型复杂， 种类繁多， 其 中不乏污染较为严重的印染、 化工、 电镀类企业， 众多 不同规模、 不同行业的企业排放的废水汇入管网后相 表 1 2011 年的进水水质mg/L 项目最低最高均值 最大波动 幅度 / 设计进 水水质 ρ COD941310 467181500 ρ BOD5 43496203145150 ρ SS47 956356168400 ρ NH3-N 7. 942. 824. 57535 ρ TN14. 4 10342. 514250 ρ TP1. 1 328. 22897 互混合， 使得进厂原水水质成分极其复杂， 各项指标 均有较大幅度的波动， 各指标平均 77 的涵盖率下 的进水水质已超过设计水质。进水中污染物浓度的 大幅波动会导致 MBR 处理负荷的较大波动， 对 MBR 系统的正常运行造成影响。 污水 可 生 化 性 较 好 ρ BOD5 /ρ COD 0. 42 ， 生物处理难度大， 有机碳源一般 ρ BOD5 / ρ TN 4. 8， ρ BOD5 /ρ TP 25 ， 难以完全脱氮 和除磷。 2. 2运行状况及效果 2011 年全年 MBR 处理系统的出水水质见表 2。 表 2MBR 的出水水质及处理效果 mg/L 项目最低最高均值 设计出 水水质 平均去 除率 / ρ COD10. 236. 5 20. 85091. 9 ρ SS0 106. 41096. 7 ρ NH3-N 0. 063. 560. 43598. 1 ρ TN5. 615. 5 11. 31564. 7 ρ TP0. 07 0. 460. 170. 595. 8 由表 2 可知 MBR 系统在 2011 年运行稳定， 处 理效果优异， 出水水质基本恒定， 除 2 d TN 指标分别 超出 0. 1， 0. 5 mg/L 外， 其余各项指标均可全年达标。 对 COD、 SS、 NH3-N、 TN 和 TP 的平均去除率分别为 91. 9 、 96. 7 、 98. 1 、 64. 7 、 95. 8 。 3运行效果分析 目前， 该厂 MBR 工程已运行 2 年多， 选取该厂 2011 年 712 月稳定运行的进出水检测数据进行统 计分析， 见图 2图 6。由图可以看出 尽管进水水质 波动较大， 但是 MBR 处理系统的出水水质非常稳定， 与 GB 189182002 出水标准相比， MBR 处理系统出 水各项指标均可全年达标。 分析其主要原因 一方面由于生物池内维持了高 浓度的微生物量， 好氧池平均 ρ MLSS 为8. 4 g/L， 膜 池ρ MLSS 可高达10. 23 g/L以上 见图 7 ， 对水质 2 环境工程 2013 年 4 月第 31 卷第 2 期 图 2 COD 处理效果 图 3 SS 处理效果 图 4NH3 -N 处理效果 图 5 TN 处理效果 水量的变化适应能力强， 抗冲击负荷能力强 ［5］; 另一 方面， 膜的截留作用可以高效地进行固液分离， 出水 水质稳定， 特别是对 COD、 SS、 NH3-N 等指标的处理 效果较常规二级生物处理工艺好， 且不会因发生污泥 膨胀等问题而导致出水水质恶化， 确保污水处理厂的 安全稳定运行。 图 6 TP 处理效果 图 7好氧区与膜池中的污泥浓度 4MBR 系统问题分析与探讨 城北污水厂四期 MBR 系统于 2010 年初投入使 用后， 随着处理量的逐步加大， 运行中也相继出现过 一些问题。通过对相关问题进行分析， 提出了相应的 改造措施， 并在此基础上对 MBR 工艺设计提出建议。 4. 1超细格栅的反冲洗问题 城北厂 MBR 工艺预处理系统中设有 3 mm 转鼓 式滤孔型超细格栅和 0. 75 mm 转鼓式格网型精细膜 格栅， 目的是去除污水中的颗粒物与纤维毛发物质。 但运行中发现 3 mm 超细格栅表面极易堵塞且冲洗频 繁。分析认为， 由于超细格栅为滤孔型， 细长纤维的杂 质被拦截在格栅网上， 加之进厂污水中含有约 40 的 工业废水， 其中的含油物质易与纤维杂质形成黏状物 附着在栅网上。尽管设置了 P 0. 7 MPa 的中压冲洗 系统， 但效果较差， 造成过栅液差居高不下， 冲洗极频 繁的现象。操作人员只能定期用高压水枪进行冲洗以 缓解栅网的污堵， 后对每台超细格栅增加高压 P 12 MPa 冲洗系统， 该问题得到了有效的解决。建议当采 用 ε≤3 mm 的超细格栅时应同步设置高、 中压冲洗系 统， 其中中压冲洗系统通过栅前栅后液位差进行控制， 高压冲洗系统采用定时和手动控制。 4. 2离线清洗问题 膜的化学清洗有维护性清洗和恢复性清洗两种 方式。维护性化学清洗是在跨膜阻力到达设定值时， 3 环境工程 2013 年 4 月第 31 卷第 2 期 通过向膜组件反向输入化学药剂， 对膜孔和膜内部进 行清洗， 其周期为 1 ～ 2 周。当维护性化学清洗无法 有效降低 TMP 时需进行膜的恢复性清洗， 根据堵塞 情况其周期为 6 ～ 12 个月。恢复性化学清洗可在膜 池中进行也可在单独设置的清洗池中进行， 建议采用 离线 在清洗池中 清洗方法 ［6］。 城北污水处理厂 MBR 系统设置了 3 格独立的膜 离线清洗池， 分别是清水冲洗池、 酸洗 一般采用柠 檬酸 池和碱洗 一般采用次氯酸钠 池。 由于在进行离线恢复性清洗时， 需将膜组件从膜 池中移出至清洗池， 膜表面仍有大量粘附着的污泥， 特别是帘式膜的膜片之间不可避免地存在污泥层。 这导致一方面清洗药剂被污泥消耗无法保证应有的 药剂浓度; 另一方面， 仅采用浸泡方式无法完全清除 膜片间的污泥， 药剂无法有效作用至膜丝， 清洗效果 降低。 现通过在离线清洗池中增设曝气管， 接入膜池的 总空气擦洗风管。膜组件在进行离线恢复性清洗时， 可先在清水冲洗池中用曝气管擦洗去除大部分污泥， 再至酸洗或碱洗池中进行化学清洗， 化学药剂浸泡的 同时也进行曝气擦洗。 4. 3产水量问题 2010 年初投入使用后， 在运行初期出现系统产 水量波动严重和下降明显的情况。主要有以下两个 方面 1 由于初期运行在冬季， 水温较低， 水的黏度 加大， 微生物活性降低， 降解不够充分， 导致膜丝表面 污染速度加快， 同时低温对膜通量也会产生一定的影 响 ［7］。采用常规的在线清洗频率和强度不能使膜丝 过滤功能得到完全恢复， 一段时间的运行使得抽吸泵 产水量下降， 后经过适当加大在线清洗频率和强度， 使膜丝尽快地恢复产水功能， 保证了产水量。2 城 北厂的膜池共 8 格并联运行， 数量较多， 膜系统按照 运行 /停歇 定期 CIP 清洗模式周期运行。每格膜池 的再次抽真空启动的随机性较大， 必然出现多格膜池 同时抽真空启动的情况， 从而影响了产水泵的压力和 流量， 使得膜池液位和产水量均出现较大的波动， 影 响系统稳定运行。针对此情况， 在程序控制上进行调 整， 错开每格膜池的抽真空启动时间， 使系统运行和 产水量逐步趋于平稳。 5结论及建议 1 城北污水处理厂的 MBR 工艺投运 2 年多来， 运行效果稳定， 出水水质优于设计标准， 对 COD、 SS、 NH3-N、 TN 和 TP 的 平 均 去 除 率 分 别 为 91. 9 、 96. 7 、 98. 1 、 64. 7 、 95. 8 。 2 生物池的高污泥浓度和膜的高效截留作用使 MBR 工艺对水质水量的变化适应能力强， 抗冲击负 荷能力强， 确保污水处理厂的安全稳定运行。 3 与传统活性污泥工艺相比， MBR 工艺的预处 理系统显得更为重要， 从应用的工程经验来看， 建议 采用 ε≤3 mm 的超细格栅时应同步设置高、 中压冲 洗系统。 4 为避免帘式膜的膜片之间粘附着的污泥层影 响膜的离线清洗药耗和效果， 建议在离线清洗池中增 设空气擦洗管并进行运行控制。 5 MBR 工艺膜系统包含多个相互影响的子系 统。实际运行表明， 空气擦洗系统、 化学清洗系统和 抽真空系统对保障抽吸产水系统的正常运转尤为 重要。 参考文献 ［1］董良飞， 郗晓敏， 余海静， 等． MBR 组合工艺脱氮除磷研究进 展［J］． 中国给水排水，2010， 26 4 24- 28． ［2］蒋岚岚， 胡邦， 张万里， 等． MBR 工艺在太湖流域污水处理工 程中的应用［J］． 给水排水，2011， 37 1 14- 18． ［3］蒋岚岚， 胡邦， 冯成军． MBR 工艺污水处理厂机械性预处理系 统的选择与设计［J］． 给水排水， 2010， 36 5 31- 33． ［4］胡邦， 蒋岚岚， 张万里， 等． MBR 工艺在城市污水处理厂中的 工程应用［J］． 给水排水， 2009， 35 11 22- 24． ［5］白晓慧， 陈英旭， 王宝贞． 活性污泥法低温硝化及其运行控制 条件研究［J］． 环境科学学报， 2001， 21 5 569- 572． ［6］韩晓宇， 顾剑， 艾冰， 等． 北小河污水厂 MBR 工艺运行与膜清 洗方案分析［J］． 中国给水排水，2010， 26 17 40- 43． ［7］蒋岚岚， 张万里， 胡邦， 等． 城镇污水处理工程 MBR 工艺膜系 统设计关键技术［J］． 中国给水排水，2011， 27 20 55- 60． 作者通信处蒋岚岚214072无锡市隐秀路 901 号联创大厦西楼 无锡市政设计研究院有限公司 电话 0510 82720714 E- mailjll166 163． com 2012 － 08 － 23 收稿 4 环境工程 2013 年 4 月第 31 卷第 2 期