MBR处理设计工艺及设备选型问题

随着城市对再生水利用量的需求加大，提高污水处理厂出水水质已成为必然趋势。在用地有限的条件下，MBR工艺越来越应用广泛。深圳市水天蓝环保科技有限公司详细解析MBR的设计要点，MBR处理工艺主要设备选型及常见问题：

1、MBR设计要点：

MBR膜法现在应用越来越广泛，以其稳定清澈的出水备受关注，但其巨大的维护量也使很多使用者头疼;那么要想在使用中尽量减少维护工作强度，在设计阶段就需要注意以下几个问题：

1.1该废水适不适合用MBR膜法：

MBR不是万能的，它属于微滤膜，是按能通过的颗粒物粒径来定义的;所以，对于它来讲堵塞问题是关键，一些易结垢、含重金属离子较多、含油类物质和粘稠性物质较多的废水，建议不要采用MBR膜法;

1.2MBR的品牌及相应的数量确定：

决定了用MBR膜，那么下一步是决定用什么牌子，目前，MBR膜的质量进口和国产的差距还是很大的，虽然国产品牌通过增加膜丝数量、减少通量设计量也可以满足需要，但相应的问题接踵而至;

从价格方面，进口膜约为国产膜的3~5倍，在价格可以接受的前提下，尽量采用进口膜，三菱和精工的膜片都不错，当然，国产膜在保证足够的设计余量的前提下还是可以的，重要的是设计人员要跟供应商做好深入的技术沟通，设计通量方面，一般国产膜厂家出厂的设计通量已经留了足够的余量，但设计人员还是要再增加余量。

1.3MBR膜组件的设计：

1、把膜片拼装在一起形成一个膜组件，特别注意的是，膜片与膜片之间间距要足够大，有效距离要大于100mm(轴心距大于140mm)，如果膜片本身膜丝密度大，那么有效间距要适当放宽，这样做的目的是保持冲洗气流顺畅到达顶部膜丝，也可以减少膜丝之间的板结和截留物，减少膜组件的清洗频率;

2、膜片横向和竖向装都可以，具体取决于安装的空间;横向装时，膜丝保持微下垂，下垂幅度保持在10mm，也可以这样说，在保证膜丝不受拉力的前提下，尽量直，这样膜丝和膜丝之间就不会留有太多的杂物;

3、不能把膜组件做的很大，因为太大的膜组件，其安装密度就会大，同样的搅拌空气量对它来讲却显不足，而且在膜片上积累很多包裹物的时候，就需要对膜片进行喷洗，用高压水枪或自来水，安装太密会让你很难冲到内层膜片，建议单个膜组件处理量不要超过1.5mundefinedsup3;/hr。

1.4MBR曝气装置的设计要点：

1、曝气装置可以固定在池底(需要做膜组件承托架和膜组件滑入导轨)，也可以跟膜组件做在一起，各有优劣，曝气管的位置要做精心考虑，采用DN20穿孔管，每个膜片间隙对应一路穿孔管，穿孔大小Φ3.2mm，穿孔间距100mm，相邻两路管穿孔位置交错穿插，孔口做单排垂直向上，有很多双排、斜向下的做法，个人认为不可取，沉降的污泥不会对孔口产生堵塞。

2、曝气量的大小进行粗略估算，根据经验数字，按照汽水比24:1即可(常规池深3.5m)，风机排风压头选型比最高液位高0.01Mpa;风机出口设置泄气阀，泄气管口径全开能卸掉70%的空气量即可，泄气口上加装消音器，这套装置用来控制生化槽中的DO值;

3、每个膜组件曝气都设置单独的调节阀，同时整个生化槽的充氧曝气要另外做单独的控制阀，用微孔充氧曝气装置，确保能灵活调整搅拌空气量和充氧空气量;

4、MBR池DO控制最佳为2.5~5之间，正常液位约为3ppm，在液位高低不同时，DO也会有变化，不宜长时间超过5.0ppm。

1.5MBR抽吸泵的设计要点：

1、有条件的情况下，尽量每个膜组件配1台泵，这样方便观察判定每个膜组件的状态(压力和通量)，但多个膜组件共一台也可以，在每个膜组件吸水管路上装流量计;

2、抽吸泵尽量低于液位安装，越低越好，在膜组件正常状态下，靠虹吸也是可以出水的，如果MBR池是地下池，那就做地下机房，确保抽吸泵能有足够的吸程;

3、抽吸泵出口管路一定要加装透明流量计和取样阀，透明的流量计就可以直观的看到水质状态，每个流量计前面或后面加调节阀，用来调节膜组件的出水量;

4、电气控制：一般设置MBR抽吸泵运行为13min运行，2min停止，能有效减少堵塞的频率，具体启动停止时间要征求厂家的意见，在电接点压力表压力超限时，能停泵并报警;抽吸泵要能与风机联动，风机在停止状态时，抽吸泵不工作。

1.6化学浸泡清洗：

1、在有条件的情况下，为了减少工作强度，能实现整个膜组件的清洗，这就要求做好膜组件的出池入池定位，水管及气管要做方便拆卸的活连接(气管如果不与膜组件做在一起则气管不用考虑)，而且这个活连接要经久耐用，个人建议用优质法兰连接或者采用著名品牌的双由令球阀连接，膜组件的起落配套行车，能有效减轻劳动强度，行车贴牌500kg(实际可以做到1t的起重量);

2、化学浸泡槽要做3个，大小要膜组件放进去绰绰有余，高度在淹没膜丝之后再留500mm超高，每个浸泡槽要做好穿孔曝气管道及其保护平台;

浸泡槽总深度=池底平台高度+膜组件底部到最上层膜丝的高度+500mm超高

3、3个浸泡槽边上要设置2个储液桶，其容量要大于浸泡槽的有效容积，用来将清洗药液重复利用;

4、每个浸泡槽要配套1台塑料排污泵，用来将药液从浸泡槽中移送到储液桶或排放;

5、要考虑洗过之后的废液的处理方式，NaOH可以当作药剂加入到系统中，NaCLO经过澄清处理直接排放或储存回用即可，柠檬酸可以慢慢投加到生化处理系统中;

6、每个浸泡槽的搅拌空气量按照剧烈搅拌来设计，并安装有调节阀;

7、浸泡槽要设有自来水加入管道，管道要粗，避免在自来水注水上浪费时间，注满时间以10min为宜，参考数据，在自来水压力2~3公斤时，DN50的自来水管流量约18~22m3/hr;

8、常用化学清洗药剂及浓度：

NaOH(用来杀菌和清洗掉有机污染物)：浓度1%~2%，浸泡时间>2h;

柠檬酸(用来除去无机结垢，没有则省略)：浓度2%，浸泡时间>2h;

NaClO(10%液体，用来深度杀菌，恢复膜丝过滤功能)：浓度5%，浸泡时间>2h;

酒精(95%工业级酒精)单片浸泡2min，用来恢复失水后的膜丝，未脱水则省略;

9、清洗步骤：水冲洗→水浸洗→碱液浸洗→柠檬酸浸洗→NaClO浸洗→水冲洗→复位

10、注意，柠檬酸为有机酸，使用不受限制，但如果距离下次使用超过1个月，就会在储存过程中发霉变质，建议一次性使用;

11、注意，每次清洗完需要检查膜丝断丝，对于断丝单根打结处理。

1.7在线反冲洗：

1、首先不要对在线反冲洗抱有太大依赖，MBR的反冲洗跟传统意义的反冲洗的效果不同，MBR的正常堵塞大部分是由微生物在膜丝内部的滋生繁殖引起的，而由颗粒物引起的硬堵塞占很小的分量;

2、但在线反冲洗还是要加，用来应对非正常堵塞的情况，比如污泥状态恶化、MBR抽吸泵流量被误操作调的很大或进入了微小颗粒物，引起了硬堵塞，反冲洗还是很有效果的;

在线反冲洗由PLC自动控制，每天一次(前提是采购的膜片支持在线反冲，不要不支持而却做了，造成膜丝孔径扩大)，反冲用的水至少是自来水，末端装自来水过滤器，反冲水量约正常过滤通量的3~5倍，压力不要超过2.5公斤，否则会对膜丝造成损坏，可以直接由自来水管路接入，不用装加压泵，但务必要装压力表和流量计。

2、MBR工艺主要设备选型及常见问题：

膜生物反应器(MBR)工艺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。它利用膜分离设备截留生化反应池中的活性污泥和大分子有机物，节省了二沉池。MBR工艺通过膜的分离技术大大强化了生物反应器的功能，使活性污泥浓度大大提高，其水力停留时间(HRT)和污泥停留时间(SRT)也可以分别控制。

比较常见的MBR系统，根据膜组件和生物反应器的组合方式，可分为一体式和分置式两种基本类型。一体式是膜组件置于生物反应池内，进水进入膜生物反应池，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，再在负压作用下由膜过滤出水。分置式的膜池和生物反应池分开设置生物反应池中的混合液流入膜池后，在抽吸泵的抽吸作用下混合液中的液体透过膜，成为系统处理水。图1和图2为一体式和分置式(浸没膜)MBR工艺流程简图。

由于一体式MBR一般适于规模较小的污水处理项目，而市政污水处理规模比较大，分置式MBR的实际应用项目比较多。所以，下述内容主要针对分置式MBR工艺进行设备选型问题分析和探讨。

2.1粗、中格栅除污机：

由于粗、中格栅的进水渠道比较深，多采用链式或钢丝绳式格栅除污机。

2.1.1链式格栅除污机：

用于粗、中格栅的链式格栅除污机主要有前耙式、背耙式、高链式等。前耙式和背耙式这两种格栅运行的主要问题是：①水下有转动部件，在转动轴上容易缠绕纤维，尤其是前耙式结构水下旋转部件更易被缠住;②链条运转一段时间后链节伸长，如不及时张紧，链与链轮会脱开，发生掉链，在水流速度较高时也易发生掉链故障;③由于水下有转动部件，当进水渠道较深时设备维修难度大。

高链式格栅除污机的底部从动链轮虽然安装在液位以上，但当进水液位波动较大时也会被淹没。当进水渠液位较深时，耙臂悬出长度大;渠道较宽时，机耙的整体刚性差，运行容易出现问题，不宜采用。

2.1.2钢丝绳式格栅除污机：

传统二索和三索钢丝绳式格栅除污机的运行问题主要有以下几点：①重力靠耙结构清污效果不佳;强制靠耙结构易发生卡耙故障;② 二索钢丝绳是用翻耙导轨控制机耙强制翻耙，容易出现翻耙死点;③尽管配有防乱扣装置，但钢丝绳卷筒仍容易出现乱扣现象;④由于钢丝绳是柔性的，如果有污物卡住，钢丝绳易偏载，造成机耙歪斜卡死。

根据污水处理厂的运行经验，抓爪式格栅除污机现在成为最常选用的粗格栅之一，结构型式见图3。这种格栅的特点是运行可靠，清污能力强，一个抓爪可负责几条渠道的清污;水下无转动部件，设备维修方便，尤其适用于进水渠道较深的情况。但是，当进水条件为雨污合流制时，这种格栅有一定弱点：①因为抓爪清污是按渠道顺序进行的，暴雨时，栅渣量突增，会发生抓爪清污不及时、格栅被堵塞的状况;②如果实际运行液位高于最初设计的最高液位，抓爪下降时可能会因为水流冲击而无法就位。(如有此类情况，应加设导轨);③当需要除臭时，加罩的空间和除臭的风量比较大。

由于这种格栅的删隙一般不能小于25mm，所以不能用于中格栅。现在常用尼龙耙齿回转格栅作为中格栅，但其漏渣率高，给后续工艺造成很大负担，所以，目前在中格栅除污机机型的选择上还留有空白，需要有更合适的机型来填补。

2.2细格栅：

2.2.1孔板式格栅除污机：

孔板式格栅除污机是近5年内由国外引进的种新机型，由于其具有截污效率高，过水能力强，且设备为全封闭结构，安全、卫生等优点，成为已建污水处理厂设备更新改造或再生水厂的细格栅最佳选择之一。孔板式格栅的结构型式见图4。

孔板式格栅除污机是由一个电机驱动的连续旋转的孔板放置于一个固定框架中组成。待过滤的污水从细格栅中部开口进入，从内向外通过两侧的孔板进行杂质过滤后流出。随着过滤孔板的不断旋转，淤积在孔板内侧的杂质被孔板上的提升板提升到顶部栅渣排放区，并被格栅除污机顶部的冲洗水冲洗至污物收集槽中，后导出。

这种格栅的过滤孔板有两种材质，一种为不锈钢孔板，金属孔板的格栅由于打孔时，在孔的边缘会有一些细小的毛刺，容易挂住纤维，造成滤孔堵塞;另外，由于金属板比较薄(1~2mm)，过孔的纤维容易形成回穿搭桥，造成过滤孔板的堵塞板结。所以，金属孔板格栅冲洗水压力一般不小于70bar(1bar=0.1Mpa)。另一种过滤孔板是由工程塑料制成(最小孔径一般为3mm)，其滤板厚度在9mm左右，纤维在穿过滤孔时不易形成回穿搭桥，这种孔板式细格栅的冲洗水压力约2bar，不用配高压冲洗装置。孔板式格栅除污机需要配备高水力负荷的栅渣压榨机。

由于孔板式格栅除污机为全封闭结构，只需将进出水渠道加盖玻璃钢盖板即可进行封闭除臭处理。另外，为了便于观察滤板的污堵情况，设备两侧封板应设置可清洗的观察视窗。

2.2.2转鼓式格栅除污机：

转鼓式格栅除污机倾斜安装在污水渠道内，倾角为30~35°。污水流入格栅圆形滤鼓，滤后水从滤鼓周围流出。当滤鼓截留的滤渣积累到一定量，形成阻力压差时，滤鼓在入口端预先设定的液位下开始转动，在转鼓外侧上部沿滤鼓全长设有清洗喷嘴，转鼓旋转过程中清洗装置将鼓内截留的滤渣冲入中央的螺旋输送器，滤渣在输送的过程中进入压榨腔，滤渣被压榨脱水后排出，固体含量达到35～40°。结构型式参见图5。

这种格栅的主要问题是：受设备转鼓直径和倾角限制，过流面积有限，与孔板式格栅相比，在同样过水能力条件下占地面积较大。

2.3曝气沉砂池设备：

曝气沉砂池对油脂有一定的去除效果，所以常用于MBR工艺系统的预处理段，并配备行车式吸砂机排除池内的沉积物。如果需要对曝气沉砂池进行加盖除臭处理的，应采用不带侧向导轮的钢轮驱动方式的行车式除砂机。

2.4膜格栅：

膜格栅是MBR工艺系统中预处理段对膜元件保护的最后一道屏障，是最重要的设备之一，如果设备选择不当，膜格栅会成为整个工艺系统运行的瓶颈。常用的膜格栅主要为转鼓式(倾斜或水平转鼓)，也有用网板式格栅除污机。

2.4.1 倾斜转鼓式膜格栅：

倾斜转鼓式膜格栅的结构型式及工作原理同上述转鼓式细格栅(见图5)。但与转鼓式细格栅相比，滤鼓是由不锈钢丝网制成，过滤精度有0.5mm、0.75mm、1mm三种。鼓筐直径780~2600mm。转鼓式膜格栅除了中压冲洗水系统外，还配有一套高压冲洗水系统，高压冲洗水的冲洗压力在120~150bar。

这种膜格栅运行的主要问题是：①进水SS对膜格栅的过滤能力影响较大;②高压冲洗装置使污水雾化，车间环境较差。

如果在转鼓式膜格栅前面设置过滤精度为4~6mm 孔式细格栅，则会大大降低水中的SS，从而降低膜格栅的过滤负荷压力，解决MBR膜系统的瓶颈问题。另外，转鼓膜格栅的栅后面要设有一定高度的挡墙，保证栅后有一定液位高度，较小的液位差可以减小转鼓启动扭矩，防止设备损坏。

2.4.2水平转鼓式膜格栅：

水平转鼓式膜格栅的安装角度约为6°，其结构型式参见图6。

这种膜格栅的过滤孔径有0.6mm、1.0mm、1.5mm、2mm、2.5mm 五种规格。其工作原理是：污水由进水管流入转鼓，并被分布在滤鼓表面，液体通过滤鼓表面的网孔流进箱体下方的水槽内，鼓内被分离的栅渣，随着滤鼓的旋转被鼓内与转鼓为一体的螺旋叶片推送至鼓端的排渣口排出。滤鼓外侧上方沿滤鼓轴线长度上设有冲洗水喷头及尼龙刷，冲洗水压力约为4~6bar。由于这种膜格栅在国内尚无已投入运行的工程业绩，运行问题还不详，但与上述倾斜转鼓式膜格栅相比，由于可以采用管道进出水方式，设备为全封闭结构，车间环境好，价格较便宜，主要缺点是：①已运行的最大机型的过水能力比较小，对于大型处理厂，设备配置数量较多，占地面积较大;不过2011年新开发了大型机，比原最大机型过水能力增大了约50%;孔径2mm，SS 为200mg/L时的最大过滤能力为435L/s;②需要单独配备高水力负荷的压榨机。

2.4.3网板式膜格栅：

网板式膜格栅的结构型式与前述孔板式细格栅相同(见图3)。与细格栅相比，滤板一般是由不锈钢丝网制成(也有用孔板的)，过滤精度一般不大于1mm。这种格栅的过水能力与格栅的淹没深度有关，渠道比倾斜转鼓膜格栅深，占地面积小。网板式膜格栅除了中压冲洗水系统外，还须配备一套高压冲洗水系统，高压冲洗水的冲洗压力在100bar以上。由于这种格栅在国内用于 MBR工艺膜格栅的业绩较少，运行问题尚不明确。

2.5 曝气器：

MBR生物池与污水处理厂生物处理段的曝气池类似，但运行的污泥浓度是其2~4倍(8000~12000mg/L)，曝气量很大，气水比约为(8~10)∶1。因生物池内污泥浓度高，陶瓷曝气盘易堵塞，相比之下膜片式微孔曝气器适用性更强一些。由于MBR生物池曝气盘的布置密度很大，不利于曝气盘的维修更换，所以从设备维修角度来看，板式膜片式微孔曝气器更适用于MBR工艺。

2.6曝气鼓风机及气擦洗鼓风机：

目前经常使用的鼓风机有很多种型式，单级离心式鼓风机、多级离心式鼓风机、磁悬浮鼓风机、空气悬浮鼓风机等。由于单级离心式鼓风机的效率高，风量调节范围宽，而曝气能耗要占整个处理系统能耗的50%以上，所以在大中型处理厂中经常采用;磁悬浮鼓风机和空气悬浮鼓风机设备风量调节比较宽、维修量低、噪音低，常用于中小型规模的处理厂。多级离心鼓风机效率较低，风量调节范围窄，但因价格较便宜，所以常用作风量要求相对比较固定的膜元件气擦洗鼓风机。不论何种类型的鼓风机，都有其适应性、优势和不足，这些要区别分析。表1为几种不同结构型式鼓风机的比较，表中内容会因设备生产厂家不同而有所差别，仅供参考。

2.7膜元件：

MBR工艺用膜有很多种，一般为微滤膜(MF)和超滤膜(UF)。聚偏二氟乙烯(PVDF)由于其优良的物理和化学性能(强度和耐腐蚀性)，在国内外应用均为最广泛。

MBR工艺中使用最多的膜组件是中空纤维膜和板式膜，由于中空纤维膜具有装填密度高、价格较低等优点，在市政污水中的应用业绩更多一些。

MBR工艺系统的抗冲击能力较差，而市政污水的来水量、来水水质存在着很大的不确定因素，故在膜组件的配置上一定要留有足够的裕量，这体现在膜通量的选择上不能过高，还要考虑温度对膜通量的影响。

另外，如果膜通量高，清洗频率也会相应增加，膜元件的寿命会受影响。由于膜通量与进水的水质、膜元件的加工工艺、膜元件的物理性能(膜丝强度)及化学性能(耐药性)等有直接关系，建议市政污水用的平均名义膜通量使用范围13~20L/(mundefinedsup2;˙h)，水量变化大的建议选择低限。

2.8气动阀门和菱形空气调节阀：

气动阀门的气动执行器分齿轮齿条式气动执行器和拨叉式气动执行器。拨叉式气动执行器是采用单气缸双活塞-拨叉式变扭矩传动结构，输出力矩能随角度的改变而改变，在阀门开启或关闭位置，力矩值最大，与阀门的规律相符，没有力矩浪费，因而所需缸径可以更小。拨叉式气动执行器开关次数可达100万次，扭矩曲线参见图7。菱形空气调节阀采用 “V”阀座，阀板为倒 “V”型结构，流量与阀门开度变化曲线近似于直线，可以对生物反应池空气进行线性调节，保证曝气系统稳定供气。与电动空气调节蝶阀相比价格略贵，但曝气更精确，且节省能耗。图8是菱形空气调节阀的性能曲线(DN400)。

2.9污泥浓缩脱水设备：

由于MBR工艺系统的泥龄较长，污泥不易脱水，宜选用离心式污泥浓缩脱水机。表2为离心式污泥浓缩脱水机与带式污泥浓缩脱水机的比较。

3、结论：

MBR工艺设计关系到整个MBR工艺的运营，配套设备的选型关系到MBR工艺系统运行管理的难易，以及运行费用的高低，两者都必须重视。MBR工艺的设计要结合废水性质及水质处理要求来进行，配套设备的选型一定要结合工艺特点、进水水质条件、设备操作运行的环境条件、占地面积以及资金情况来进行。