膜處理技術(shù)在國內(nèi)污水處理廠的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)與設(shè)想
行業(yè)動態(tài)
國內(nèi)市政污水廠的膜處理技術(shù)開始應(yīng)用在2006年左右，至今已運(yùn)行近6年時間，文章將對近年來國內(nèi)市政污水處理廠在膜處理技術(shù)運(yùn)行管理的研究與應(yīng)用進(jìn)行介紹，結(jié)合多廠實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，針對膜生物反應(yīng)器的存在問題進(jìn)行分析，提出工藝優(yōu)化及改造的設(shè)想。
1 膜生物反應(yīng)器的技術(shù)原理
膜生物反應(yīng)器（Membrane Bioreactor，簡稱MBR）在污水處理，水資源再利用領(lǐng)域，MBR又稱膜生物反應(yīng)器（Membrane Bio-Reactor），是一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)合的新型水處理技術(shù)。它利用膜分離設(shè)備將生化反應(yīng)池中的活性污泥和大分子物質(zhì)截留住，省掉二沉池?；钚晕勰酀舛纫虼舜蟠筇岣?/span>，水力停留時間（HRT）和污泥停留時間（SRT）可以分別控制，而難降解的物質(zhì)在反應(yīng)器中不斷反應(yīng)、降解。在環(huán)保工業(yè)領(lǐng)域，特別是在水質(zhì)凈化、污水治理和廢水回用等方面已成為不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。近年，由于該項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢及廣泛的應(yīng)用前景，得到國內(nèi)眾多新建小型市政污水處理廠的應(yīng)用。
2 膜生物反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)分析
在膜生物反應(yīng)器中，由于用膜組件代替?zhèn)鹘y(tǒng)活性污泥工藝中的二沉池，可以進(jìn)行高效的固液分離，克服了傳統(tǒng)活性污泥工藝中出水水質(zhì)不夠穩(wěn)定、污泥容易膨脹等不足，從而具有下列優(yōu)點(diǎn)：
（1）能高效地進(jìn)行固液分離，出水水質(zhì)良好且穩(wěn)定，滿足國家一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。
（2）出水水質(zhì)可以通過簡單工序?qū)崿F(xiàn)再生水回用，有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。
（3）能有效處理含工業(yè)廢水或難降解有機(jī)物，且出水水質(zhì)不受影響。
（4）生物反應(yīng)器內(nèi)能維持高濃度的微生物量，處理裝置容積負(fù)荷高，占地面積省。
（5）有利于增殖緩慢的微生物如硝化細(xì)菌的截留和生長，系統(tǒng)硝化效率較高。
（6）較適用處理量為1～5萬t/d小型污水處理廠。
3 膜生物反應(yīng)器的存在問題及解決辦法的設(shè)想
（1）預(yù)處理效果要求高，其效果將直接影響膜的正常運(yùn)行。
國內(nèi)污水廠預(yù)處理均設(shè)有精細(xì)格柵，格柵柵距大部分設(shè)計為1mm，運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，大部分污水廠對污水中的纖維狀物質(zhì)、毛發(fā)、小顆粒攔截?zé)o法達(dá)到膜系統(tǒng)精度要求，導(dǎo)致膜快速污堵，直接影響生產(chǎn)運(yùn)行。因此，提高預(yù)處理效果為該工藝的正常運(yùn)行的基本保障，建議從以下方面改善優(yōu)化：
①新污水廠中在設(shè)計階段增加精細(xì)格柵（0.3-0.5mm柵距），或采用其他工藝增強(qiáng)預(yù)處理效果。
②既有污水廠加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)清堵，確保預(yù)處理效果。
（2）膜過濾面積已經(jīng)決定了濾水量的最大值，當(dāng)污水廠來水處于高峰時，其進(jìn)水量大于膜的濾水量，膜系統(tǒng)將無法完成全部污水的處理要求。如果時間過長，膜處理系統(tǒng)達(dá)到最高允許液位，膜系統(tǒng)將無法處理多余污水，存在隱患，在僅有膜生物反應(yīng)器（MBR）單一工藝的污水廠尤其明顯。
建議在設(shè)計中增加膜池預(yù)留處理能力，這將提高處理水量的預(yù)留能力，保障出水水質(zhì)安全。
（3）在運(yùn)行過程中，膜易受到污染，導(dǎo)致產(chǎn)水量降低，直接影響出水水量，且設(shè)計中膜污染沖洗系統(tǒng)不能達(dá)到較好效果，實(shí)際維護(hù)勞動強(qiáng)度較大。影響膜污染主要有以下3個方面內(nèi)容：
①預(yù)處理效果不理想。
②污泥濃度過高。
③膜池膜擦洗效果不佳。
第①點(diǎn)前面已作分析，現(xiàn)分析第②、第③點(diǎn)。
對于第②選擇合適的污泥濃度，不僅可有效降膜污堵，同時對生產(chǎn)運(yùn)行節(jié)能尤其重要，建議根據(jù)各廠實(shí)際數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型計算，降低污泥濃度運(yùn)行，建議膜池中污泥濃度控制在10g/L左右，生化池好氧段控制在7g/L左右。
第③點(diǎn)為膜生物反應(yīng)器普遍存在的問題，具有以下3個影響因素：
a.膜系統(tǒng)的使用時間。
b.沖洗的設(shè)置。
c.膜池曝氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
對于膜系統(tǒng)的使用時間參照廠家使用說明，一般為5年左右。在實(shí)際運(yùn)行中，上述最早應(yīng)用于膜生物反應(yīng)器的北京密云縣污水廠里廠，經(jīng)過6年的運(yùn)行使用，現(xiàn)在處理能力僅為設(shè)計50%，主要原因?yàn)槟ね繙p少所造成，具體可分為兩點(diǎn)：一是早期膜工藝技術(shù)尚不成熟;二是運(yùn)行管理缺乏經(jīng)驗(yàn)。由于膜工藝技術(shù)不斷成熟優(yōu)化，老廠運(yùn)行參數(shù)與新廠固然沒有必然的可比性，但參照老廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，我們可以得出，隨著處理水量的累積膜通量會造成不可逆轉(zhuǎn)的損壞，必然造成處理能力的下降，因此膜的清洗方式及藥劑對于膜系統(tǒng)尤為重要。
膜清洗的設(shè)置主要分為恢復(fù)性清洗和維護(hù)性清洗。
從無錫高新水務(wù)一污水廠（投運(yùn)1年半左右）膜池TMP（膜壓）變化數(shù)據(jù)可以看出：恢復(fù)性清洗效果明顯，TMP系數(shù)得到快速大幅度下降，系數(shù)由原來的38下降至18，該工序時間長，人力物力資源消耗大;維護(hù)下清洗效果較差，TMP系數(shù)只有小幅度下降，該工序?yàn)橄到y(tǒng)自動沖洗：在恢復(fù)性清洗運(yùn)行5天后達(dá)到自動的維護(hù)性清洗，周期較短。
在日常運(yùn)行的污水處理廠中一般以膜清洗作為主要手段，達(dá)到日常維護(hù)要求，而隨著膜系統(tǒng)運(yùn)行時間的累積，膜污染會產(chǎn)生一定的變化，此時可通過電子顯微鏡、原子吸收儀等工具幫助下進(jìn)行數(shù)據(jù)對比分析，選擇合適的清洗藥劑及工藝，對系統(tǒng)維護(hù)下清洗工序進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整而減少膜污堵，下面舉例以北京北小河污水處理廠對膜絲外表面做電鏡掃描膜數(shù)據(jù)及膜元素成分分析結(jié)果。
分析：已受污染膜纖維顯示了膜表面一層污污垢遮蔽，纖維的表面可能存在的磨損。
分析：膜纖維掃描電鏡圖像，清晰顯示膜表面很光滑。
通過對原膜、已污染的膜和已清洗后的膜進(jìn)行膜元素成分分析，絕大部分金屬物質(zhì)及有機(jī)物可以去除，與原膜的成分基本一致，結(jié)合掃描電子顯微鏡膜纖維圖像分析，該膜絲物理結(jié)構(gòu)上基本沒有受到破壞，仍保持原膜的光滑程度。進(jìn)一步得出：已污染的膜通過有效的清洗后沒有發(fā)現(xiàn)不可逆污染，該藥劑及清洗方式非常適合該膜清洗。
另外，在膜池曝氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中，曝氣管及膜的分布尤其重要，建議從氣量、氣壓、膜的密度等參數(shù)入手，通過對管道的改造，提高膜的沖刷效果，減少污泥在膜的積聚。
（4）剩余污泥的脫水處理相對困難。膜生物反應(yīng)器的污泥脫水相對困難，一般離心脫水機(jī)脫水后污泥含水率為79%～82%。
建議將膜生物反應(yīng)器和其他工藝處理后的污泥混合按比例脫水，混合后脫水后污泥含水率可達(dá)到80%以下，而單一MBR工藝可增加濃縮池進(jìn)行脫水，同時采用專用絮凝劑進(jìn)行污泥脫水。
（5）系統(tǒng)的運(yùn)行成本較高。
建議通過具體設(shè)備單耗優(yōu)化工藝，提高設(shè)備效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。
4 結(jié)束語
近幾年，隨著國內(nèi)對膜處理優(yōu)勢上的認(rèn)識，膜處理技術(shù)在我國市政污水處理方面得到廣泛推廣及應(yīng)用。在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐上，我們漸漸發(fā)現(xiàn)膜處理技術(shù)在運(yùn)行管理上仍需進(jìn)一步研討及優(yōu)化，在解決實(shí)際運(yùn)行中膜技術(shù)的應(yīng)用難點(diǎn)及要點(diǎn)顯得尤為重要，而通過技術(shù)創(chuàng)新、引用先進(jìn)檢測手段進(jìn)行評估分析是有效解決膜技術(shù)的主要途徑及手段。同時，在膜處理工藝的運(yùn)行管理上也應(yīng)投入一定比例的人、財、物用于研究及分析膜系統(tǒng)的改進(jìn)及優(yōu)化上，并應(yīng)通過產(chǎn)、學(xué)、研的緊密合作，進(jìn)一步加強(qiáng)研究開發(fā)以推動其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
