MBR工藝即膜生物反應器，由膜分離系統(tǒng)和生物處理系統(tǒng)組成，常見的組合形式是一體化工藝，也就是將膜組件放置于生物處理系統(tǒng)內(nèi)部，被處理污水進入膜生物反應器，其中大部分污染物被活性污泥降解，在抽吸泵營造的壓差作用下，通過膜過濾出水。其工藝特點是污泥濃度高，占地緊湊，自動化程度高。MBR工藝在工業(yè)廢水和生活污水的處理中都有廣泛研究和應用。
1、工程概況
1.1 工程簡介
某煤礦屬于內(nèi)蒙地區(qū)露天煤礦區(qū)，不產(chǎn)生礦井水，但因地上作業(yè)較多，管理人員及工人數(shù)近千人，有較多生活污水產(chǎn)生。煤礦生活污水 >
1.2 設計進出水水質(zhì)
污水中含有一定濃度的有機物和表面活性劑，并含有較多含量的油類物質(zhì)，污染物指標以CODCr、BOD5、濁度、NH3-N和動植物油為主。污水處理工程設計規(guī)模800m3/d?！冻鞘形鬯偕贸鞘须s用水水質(zhì)》(GB/T18920-2002)中的道路清掃、消防用水標準。標準中對CODCr和動植物油沒有要求，考慮到提高污水回用品質(zhì)，將CODCr的排放標準定為50mg/L，將動植物油的排放標準定為5mg/L。
設計進出水主要水質(zhì)指標如表1所示。
2、處理工藝描述
2.1 機械格柵
生活污水由于 >
2.2 旋流沉砂
由于礦區(qū)污水點源分散，匯集路徑分布廣泛，在收集過程中，會混入一部分泥砂。泥砂進入系統(tǒng)后會造成沉積，破壞設備原有功能并造成磨損。旋流沉砂器的作用是，利用水力旋流模型，實現(xiàn)泥砂的加速沉淀效果，將其從污水中分離出來，保證后續(xù)系統(tǒng)不受其影響。旋流沉砂比平流沉砂的效率更高。
2.3 溶氣氣浮
污水含有的動植物油類物質(zhì)，會影響生化系統(tǒng)對溶解氧的利用，油類物質(zhì)濃度過高時，還會影響MBR膜的過濾效果。溶氣氣浮工藝是通過向水中供入高壓空氣，在常壓條件下釋放，形成的微小氣泡可將污水中的絕大多數(shù)油類物質(zhì)以及一部分懸浮物去除。
2.4 豎流沉淀
污水經(jīng)過前序處理，其殘留污染物基本是溶解性污染物，但污染物濃度仍處于較高水平。為降低后續(xù)生化系統(tǒng)的壓力，特設置豎流沉淀工藝，通過聚凝劑和絮凝劑的綜合作用，可將污水中一部分溶解性有機物加以去除。
2.5 MBR工藝
MBR系統(tǒng)選用中空纖維膜，平均孔徑僅為0.1μm。MBR膜可以截留活性污泥，提高系統(tǒng)容積效率，可以避免活性微生物的流失，使得系統(tǒng)的污泥齡延長，有利于微生物尤其是硝化細菌的生長，廢水中的有機物在反應器內(nèi)停留較長時間，最終得以分解去除。MBR膜還有一定的細菌截留作用，對大腸桿菌的去除率可達到99%。系統(tǒng)末端配套消毒設施。
具體的工藝流程如圖1所示。
3、詳細設計參數(shù)
3.1 機械格柵
格柵安裝于調(diào)節(jié)池內(nèi)的格柵渠。調(diào)節(jié)池1座，采用鋼砼結構，尺寸為12m×6m×4.5m，總容積324m3，格柵渠1座，采用鋼砼結構，尺寸為3.5m×1.2m×3m，總容積12.6m3。設置有機械格柵2臺(1用1備)，回轉(zhuǎn)格柵，304不銹鋼材質(zhì)，單臺寬度1m，柵條間隙5mm，提升泵3臺(2用1備)，單級臥式離心泵，鑄鐵材質(zhì)，單臺Q=20m3/h，H=25m，N=2.2kW，超聲波液位計1套。
3.2 旋流沉砂
設置有旋流沉砂器1臺，處理能力50m3/h，碳鋼防腐材質(zhì)，池徑1.8m，氣提負荷2m3/min，配套提砂器和螺旋輸送機。
3.3 溶氣氣浮
設置有溶氣氣浮機1套，處理能力50m3/h，總體尺寸為10m×2.8m×2.8m，絮凝反應區(qū)尺寸2.8m×1.4m×2.8m，溶氣釋放區(qū)尺寸2.8m×0.8m×1.6m，碳鋼防腐材質(zhì)，溶氣水泵2臺(1用1備)，鑄鐵材質(zhì)，單臺Q=25m3/h，H=50m，N=7.5kW，空壓機1臺，功率N=1.5kW，配套溶氣罐1套，刮渣機1臺，鏈條中心距4m，寬度2.8m，N=0.75kw，另配套加藥裝置1套。
3.4 豎流沉淀
豎流沉淀池2座，采用鋼砼結構，尺寸為φ4.5m×7m，表面負荷1.1m/h，設置有PAC加藥裝置1套，藥液容量200L，加藥能力100L/h，設置有PAM加藥裝置1套，藥液容量200L，加藥能力100L/h，系統(tǒng)配置2臺電動閘閥，程序設定自動排泥。
3.5 MBR系統(tǒng)
MBR一體化反應池1座，采用碳鋼防腐結構，尺寸為15m×5m×5m，總容積375m3，分缺氧區(qū)和好氧區(qū)，缺氧區(qū)配套攪拌機，304不銹鋼材質(zhì)，BOD污泥負荷0.13kgBOD/(kg?d)，污泥濃度4500mg/L，配套曝氣器，膜通量18L/(m2?h)，單簾面積20m2，配套穿孔管曝氣裝置，抽吸泵2臺(1用1備)，鑄鐵材質(zhì)，單臺Q=35m3/h，H=10m，N=3kW，污泥泵2臺(1用1備)，鑄鐵材質(zhì)，單臺Q=10m3/h，H=8m，N=0.75kW，反洗泵2臺(1用1備)，鑄鐵材質(zhì)，單臺Q=20m3/h，H=20m，N=2.2kW，配置清洗加藥系統(tǒng)及超聲波液位計1套，配置溶氧儀1套，在系統(tǒng)末端配置二氧化氯投加系統(tǒng)，以保證產(chǎn)水用作飲用水的余氯需求，設備有效氯產(chǎn)量400g/h，配套鹽酸、次氯酸鈉PE儲罐、計量加藥泵、卸料泵、射流器、增壓泵、余氯檢測儀等。
3.6 污泥處理系統(tǒng)
污泥濃縮池1座，采用鋼砼結構，尺寸為4.5m×4.5m×5m，總容積100m3，設置有氣動隔膜泵2臺(1用1備)，單臺Q=15m3/h，H=60m，配套消音器，空壓機，儲氣罐，膜片材質(zhì)為PTFE，外殼材質(zhì)為鋁合金，PAM加藥裝置1套，藥液容量200L，加藥能力200L/h，板框壓濾機1臺，過濾面積70m2，自動壓緊、保壓，手動拉板，配套明流接液槽，槽型履帶輸送機，長度5m，寬400mm，功率N=3.0kw，材質(zhì)為碳鋼防腐，皮帶材質(zhì)為耐腐蝕橡膠，傾斜無軸螺旋輸送機，傾斜角度20度，輸送量5m3/h，長度5m，功率N=3.0kw，材質(zhì)為碳鋼防腐。
4、運行效果分析
調(diào)試階段向生化系統(tǒng)引入當?shù)厣钗?a href="http://m.jintianmj.com/" target="_blank" class="keylink">水處理廠的剩余污泥，按污泥培養(yǎng)方法進行悶曝、低負荷過水、正常負荷過水等步驟。根據(jù)行業(yè)經(jīng)驗，調(diào)試完成后，污泥濃度控制在8000mg/L[11]，溶解氧維持在1.5~2mg/L[12]，系統(tǒng)已經(jīng)具備了良好的降解效果。正式運行開始后，正值夏季，水量基本滿負荷，操作人員對連續(xù)日平均污染物濃度監(jiān)測進行了30日記錄。在此期間，進水CODCr基本維持在400mg/L，高峰波動至460mg/L，系統(tǒng)去除率維持在90%左右，進水BOD5基本維持在200mg/L，高峰波動至220mg/L，系統(tǒng)去除率維持在95%左右，進水NH3-N基本維持在40mg/L，高峰波動至48mg/L，系統(tǒng)去除率維持在80~83%，進水濁度(NTU)穩(wěn)定在180，出水濁度(NTU)穩(wěn)定在5，進水動植物油濃度穩(wěn)定在35mg/L，出水動植物油濃度穩(wěn)定在1mg/L。CODCr、BOD5、NH3-N的運行處理效果見圖2～圖4。
MBR生化系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試后達到穩(wěn)定運行狀態(tài)，間歇運行的穩(wěn)定產(chǎn)水量在28m3/h，跨膜壓差穩(wěn)定在0.015~0.03MPa，污水原水進水濁度(NTU)為180，經(jīng)過溶氣氣浮及豎流沉淀后濁度(NTU)穩(wěn)定在20，經(jīng)由生化系統(tǒng)處理并過濾后，濁度(NTU)穩(wěn)定在5，污水原水進水動植物油濃度為35mg/L，經(jīng)過溶氣氣浮及豎流沉淀后動植物油濃度穩(wěn)定在2mg/L，經(jīng)由生化系統(tǒng)處理和MBR膜過濾后，植物油濃度穩(wěn)定在1mg/L。經(jīng)評估，此含油濃度不會對膜系統(tǒng)產(chǎn)生較大污染，長期運行后可通過清洗恢復膜的性能。
在系統(tǒng)運行過程中，膜的維護性清洗是穩(wěn)定運行的關鍵點，要能夠?qū)⒔^大部分污染物都被清洗，以下三點需要重點要求。第一，要有足夠的反沖洗水量，保證整個膜系統(tǒng)內(nèi)都充滿反洗藥劑。本項目反沖水量應達到10m3/h，第二，要保證沖洗時間。根據(jù)運行經(jīng)驗，反洗的周期設定在每72h一次是最佳狀態(tài)(此時跨膜壓差接近0.03MPa)，每次反洗15~20min，第三，先堿洗后酸洗，以保證污染物能夠在酸堿交替環(huán)境下得到充分清洗。根據(jù)運行經(jīng)驗，堿性三次后進行一次酸洗是最佳狀態(tài)。
MBR生化系統(tǒng)的主要進出水指標(月平均值)見表2。
5、經(jīng)濟分析
項目建設投資420萬元，日常運行費用包括電費(日耗電量803kW?h)、藥劑費(日消耗藥劑167元)、人工費(定員2人，總日薪200元)，每日運行直接費用為1.41元/m3。項目產(chǎn)水約能替代煤礦一部分外購水，按外購水4元/m3計算，日節(jié)省費用為2072元，年節(jié)省費用為75.63萬元，經(jīng)濟效益顯著。
6、結語
采用以機械格柵+旋流沉砂+溶氣氣浮+MBR的工藝處理北方露天煤礦的生活污水，最終出水CODCr小于50mg/L，BOD5小于15mg/L，NH3-N小于10mg/L，濁度(NTU)小于5，滿足《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T18920-2002)中的道路清掃、消防用水標準。MBR膜由于浸泡在活性污泥中，所以容易受到污染，在運行中選擇合適的清洗藥劑以及合理的清洗周期，是系統(tǒng)達到設計水平并且穩(wěn)定運行的關鍵。( >
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