【武漢純水設(shè)備m.taozhaisz.com】MBＲ工藝因?yàn)槌鏊|(zhì)好，迎合了特許經(jīng)營(yíng)服務(wù)協(xié)議對(duì)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)提高的要求，然而其能耗高以及用于脫氮除磷的化學(xué)藥劑費(fèi)等會(huì)增加污水廠的可控成本。以北京某 10 × 104 m3 /d MBＲ工藝再生水廠為例，從優(yōu)化控制溶解氧入手，對(duì)氣水比、水力停留時(shí)間、污泥濃度等關(guān)鍵因素進(jìn)行管理，在高效脫氮、生物除磷和節(jié)能降耗方面取得較好的效果。另外，從化學(xué)清洗、膜吹掃、鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量配置、膜池進(jìn)水量、膜泄漏等方面介紹了膜的抗污染和穩(wěn)定運(yùn)行的措施。

1 工藝簡(jiǎn)介

1. 1 改擴(kuò)建背景

北京某再生水廠投產(chǎn)于 1990 年，處理規(guī)模為4 × 104 m3/d，采用 AO 工藝，2008 年改造為 AAO工藝，同時(shí)擴(kuò)建了 6 × 104 m3 /d 規(guī)模處理設(shè)施，采用MBＲ 工藝，其中 1 × 104m3 /d MBＲ 出水進(jìn)一步反滲透處理，總規(guī)模為 10 × 104 m3 /d，共用一套預(yù)處理設(shè)施，出水水質(zhì)一次性達(dá)到回用要求，可向奧林匹克森林公園地區(qū)提供城市綠化、住宅區(qū)沖廁等用途的市政雜用水，及向奧運(yùn)湖等河湖水系定期補(bǔ)、換水。

2012 年改造 4 × 104 m3 /d AAO 工藝為 MBＲ 工藝，2014 年 6 × 104 m3 /d膜 系 統(tǒng) 換 膜，2015 年嘗試對(duì)6 ×104 m3 /d 膜系統(tǒng)在未投加碳源條件下脫氮。2016年特許經(jīng)營(yíng)服務(wù)協(xié)議簽訂后要求更穩(wěn)定的水質(zhì)，因此改造增加 6 ×104 m3 /d 碳源投加系統(tǒng)，導(dǎo)致運(yùn)行成本提高。2017 年采取措施控氧脫氮，效果較好。

1. 2 工藝流程

污水在集水池經(jīng) 8 mm 格柵后由提升泵提升至出水井，進(jìn)入曝氣沉砂池，然后分別經(jīng)過(guò) 1 mm 細(xì)格柵進(jìn)入6 × 104 m3 /d 系列 MBＲ 和3 mm + 1 mm 的細(xì)格柵進(jìn)入 4 × 104 m3 /d 系列 MBＲ。

再生水廠工藝流程見(jiàn)圖 1。

為避免曝氣后含氧高的回流混合液影響前端脫氮效果，膜池混合液采用三級(jí)回流，先回流到好氧池末端，回流比為 500% ; 武漢純水設(shè)備厭氧段的出水進(jìn)入缺氧段，好氧段的混合液 400% ～ 500% 回流到此進(jìn)行反硝化反應(yīng)，缺氧段到厭氧段回流比約 100% 。好氧段采用類(lèi)似氧化溝的方式，混合液在渠道內(nèi)不斷循環(huán)流動(dòng)。

進(jìn)、出水水質(zhì)見(jiàn)表 1。

2 溶解氧控制措施及效果

運(yùn)行實(shí)踐表明，從溶解氧入手進(jìn)行工藝調(diào)控簡(jiǎn)單有效，方便實(shí)施，出水水質(zhì)穩(wěn)定?？捎贸鏊钡g接表示溶解氧量，出水氨氮為 0． 5 ～ 1． 0 mg /L 都視為安全達(dá)標(biāo)區(qū)域，出水氨氮 ＜ 0． 5 mg /L 表明此時(shí)溶解氧或者氣水比可適當(dāng)降低，反之亦然。此時(shí)溶解氧在 1． 5 ～ 3． 5 mg /L 合理范圍內(nèi)。

2. 1 脫氮

早在 2015 年，經(jīng)過(guò)優(yōu)化調(diào)節(jié)溶解氧控制氨氮在合理范圍的方法，獲得較好的脫氮效果，較低的溶解氧有利于缺氧區(qū)的反硝化脫氮，在沒(méi)有外加碳源的情況下出水總氮可以達(dá)標(biāo)。出水總氮月平均值如表2 所示。

6 × 104m3 /d MBＲ 系列因?yàn)榻ㄔO(shè)早，未投加碳源，出水平均值略高。4 × 104m3/d MBＲ 系列生物池缺氧區(qū)設(shè)置了碳源投加系統(tǒng)，當(dāng)反硝化過(guò)程中偶爾出現(xiàn)碳源不足時(shí)可補(bǔ)充碳源。醋酸鈉碳源投加率為 23． 5 mg /L。

2016 年初開(kāi)始執(zhí)行特許經(jīng)營(yíng)服務(wù)協(xié)議，為了獲得更穩(wěn)定、更好的出水水質(zhì)，6 × 104 m3/d MBＲ 系列提標(biāo)改造，增加了外碳源投加系統(tǒng)，當(dāng)年用于碳源和化學(xué)除磷藥劑的費(fèi)用超過(guò)千萬(wàn)元，在運(yùn)行費(fèi)用中占比高達(dá) 25% ，占動(dòng)力費(fèi)用的一半多，僅次于鼓風(fēng)機(jī)電耗。

2. 3 生物除磷

在生物除磷無(wú)法滿(mǎn)足要求時(shí)，可向污水中投加濃度為 10% 的液體 PAC( 按 Al2O3 計(jì)) 。受當(dāng)前國(guó)家控制產(chǎn)能政策綜合因素影響，用于聚合氯化鋁生產(chǎn)的原材料( 鋁礦土和鋁酸鈣等) 價(jià)格上漲，生產(chǎn)廢渣在原材料產(chǎn)地堆積易造成二次污染; 藥劑質(zhì)量欠佳，容易堵塞管路; 首都大型活動(dòng)期間供貨車(chē)輛進(jìn)京受限，廠區(qū)內(nèi)的藥罐受到占地限制需采用轉(zhuǎn)運(yùn)形式，擴(kuò)容后需一天 2 次 30 min 頻繁操作等，上述因素給依賴(lài)化學(xué)藥劑控制出水達(dá)標(biāo)的污水廠帶來(lái)了不穩(wěn)定的因素，可見(jiàn)生物除磷對(duì)穩(wěn)定運(yùn)行意義重大。

在 MBＲ 工藝中，通過(guò)雙向優(yōu)化控制 DO 實(shí)現(xiàn)生物除磷，此時(shí)溶解氧 DO 的閾值范圍較窄，為 2 ～ 3mg /L，需要精細(xì)化及時(shí)調(diào)節(jié)。當(dāng) DO 較低時(shí)通過(guò)抑制硝化進(jìn)程來(lái)完成生物除磷。當(dāng)然并不是一味降低生物池 DO，除磷菌是兼性菌，好氧池 DO 過(guò)低，活性污泥會(huì)發(fā)黑，影響好氧過(guò)程磷的吸收。除了調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)開(kāi)度，還可通過(guò)增加剩余污泥排放量達(dá)到系統(tǒng)增氧，反之亦然，進(jìn)而實(shí)現(xiàn) DO 的雙向控制。

當(dāng)好氧區(qū)末端 DO ＞ 4． 0 mg /L 時(shí)出水總磷容易升高，此時(shí)生物除磷調(diào)控不能通過(guò)剩余污泥排放完成。隨著生物池曝氣量降低總磷會(huì)逐漸下降，氣水比由 11 調(diào)整為 7( 見(jiàn)表 3) 。為了更快降低出水總磷武漢純水設(shè)備，實(shí)際運(yùn)行管理中還會(huì)通過(guò)減少剩余污泥的排放，用增加污泥濃度的方式增加系統(tǒng)需氧量，進(jìn)而減少DO 強(qiáng)化生物除磷。此時(shí)如果增加剩余污泥排放量反而會(huì)使 DO 和出水總磷升高。

表 3 表明，4 × 104m3 /d 系列 MBＲ 每日剩余污泥排放量基本穩(wěn)定不變，但是出水總磷變化趨勢(shì)卻因?yàn)闅馑鹊南陆涤沙瑯?biāo)轉(zhuǎn)為達(dá)標(biāo)。分析認(rèn)為剩余污泥排放量增加是相

對(duì)增加系統(tǒng)內(nèi) DO，有利于硝化進(jìn)程，不利于磷的去除，反之亦然。2015 年至今，通過(guò)雙向優(yōu)化控制 DO和剩余污泥的合理排放實(shí)現(xiàn)了階段性生物除磷。

3 其他工藝因素的優(yōu)化控制

3. 1 根據(jù)季節(jié)轉(zhuǎn)換優(yōu)化污泥濃度和污泥負(fù)荷運(yùn)行

出水總磷、氨氮等隨著季節(jié)轉(zhuǎn)換會(huì)有較大變化，應(yīng)根據(jù)季節(jié)采取不同的污泥負(fù)荷和污泥濃度的控制策略?xún)?yōu)化運(yùn)行。

污泥負(fù)荷低時(shí)參與反應(yīng)的生物量相對(duì)多，此時(shí)能耗和成本也會(huì)增加，為克服透水率異常衰減需提高膜曝氣量，導(dǎo)致鼓風(fēng)機(jī)能耗增加。當(dāng)污泥負(fù)荷在設(shè)計(jì)值 0． 059 kgBOD5 /( kgMLSS·d) 附近，MBＲ 工藝可以穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)污泥負(fù)荷 ＞ 0． 064 kgBOD5 /( kgMLSS·d) 時(shí)，池面白色泡沫增多，調(diào)控難度增加。較低的污泥濃度雖然有利于膜池透水率的正常衰減，卻容易使生物系統(tǒng)遭到破壞，脫氮除磷機(jī)理也不適用。出水 COD 穩(wěn)定也有賴(lài)于足夠的生物量，兼顧生物系統(tǒng)和膜池兩者的穩(wěn)定運(yùn)行，生物池 MLSS為 6 000 ～ 9 000 mg /L 較為合理。冬季水溫 ＜ 12 ℃時(shí)，生物系統(tǒng)的硝化作用受到抑制，MLSS 不宜低于7 000 mg /L，膜池污泥濃度很容易超出 12 000mg /L，避免因膜池污泥濃度過(guò)高和出水水質(zhì)的變化，發(fā)生不可逆的膜污染加劇和透水率衰減，此時(shí)還需增加膜吹掃氣量耗能來(lái)抵抗膜污染。在好氧池硝化速率較高的夏季，采用較低的生物池污泥濃度( 6 000 mg /L) 運(yùn)行，有利 于節(jié)能降耗和降低膜污染。

3. 2 進(jìn)水量和水力停留時(shí)間

為實(shí)現(xiàn)脫氮除磷，MBＲ厭氧段和缺氧段的停留時(shí)間總和占到生物池總停留時(shí)間的 40% ～ 50% ，比傳統(tǒng) A2O 工藝占比大。MBＲ 工藝在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷、長(zhǎng)泥齡下運(yùn)行，抗污染負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)，受膜通量的限制，抗水量負(fù)荷沖擊弱。進(jìn)水量變化會(huì)影響出水水質(zhì)和膜污染。進(jìn)水量過(guò)高會(huì)加速膜污染，當(dāng)水量超負(fù)荷運(yùn)行 4 h 以上，常規(guī)在線化學(xué)反洗在恢復(fù)通量方面效果變差，所以要延長(zhǎng)膜的使用壽命還需嚴(yán)格控制 MBＲ 進(jìn)水量。小規(guī)模 MBＲ 工藝對(duì)停留時(shí)間變化更敏感，例如 6 × 104 m3/d MBＲ系列在 4、5 月進(jìn)水停留時(shí)間不足 13． 2 h( 低于設(shè)計(jì)值) 時(shí)出水出現(xiàn)異常，4 × 104 m3 /d MBＲ 系列生物池停留時(shí)間稍長(zhǎng)，約 17． 6 h，出水相對(duì)穩(wěn)定。設(shè)計(jì)停留時(shí)間短的系統(tǒng)要完成充分的硝化需要更高的氣水比和更高的能耗，所以小型水廠停留時(shí)間稍長(zhǎng)更有利于穩(wěn)定運(yùn)行。

4 膜污染控制措施和效果

4. 1 化學(xué)清洗與膜吹掃

連續(xù)產(chǎn)水膜過(guò)濾壓力逐漸升高，抗膜污染多以化學(xué)反洗和離線清洗來(lái)解決，化學(xué)反洗 3 ～ 7 天一次，可解決膜的輕度污染，離線清洗每年兩次。不可逆的膜污染大多源于吹掃不足，如 2008 年 6 × 104m3 /d MBＲ 系列開(kāi)始運(yùn)行，2009 年最大平均產(chǎn)水能力為 4． 6 × 104 m3 /d，以后逐年下降，最高僅達(dá)到設(shè)計(jì)能力的 82% ，運(yùn)行到第 5 年操作壓力最高到 50kPa，化學(xué)清洗后透水率高點(diǎn)僅為 700 L /( ㎡·h·MPa) ，最低衰減到 200 L /( ㎡·h·MPa) ，已經(jīng)無(wú)法通過(guò)提高操作壓力達(dá)到最大的通量，也不能通過(guò)有效的化學(xué)清洗恢復(fù)透水率。膜吹掃氣量不足是造成膜污染不可逆的主要原因。2014 年 6 × 104 m3 /d系列換膜，與 4 × 104 m3 /d 系列對(duì)比見(jiàn)表 4。

運(yùn)行初期膜吹掃系統(tǒng)鼓風(fēng)機(jī) 3 用 3 備，總氣量為 36 000 m3/h，膜吹掃量為 0． 21 m3/( ㎡·h) ，運(yùn)行一個(gè)月膜絲表面積泥嚴(yán)重，透水率衰減嚴(yán)重，平均每天透水率下降超過(guò) 10 L /( ㎡ ·h·MPa) 。圖 2是膜吹掃氣量不足導(dǎo)致的膜絲表面積泥，用人工沖洗加上化學(xué)浸泡清洗恢復(fù)透水率、膜通量的效果并不理想。

透水率最低衰減到 400 L /( ㎡ ·h·MPa) ，停產(chǎn)進(jìn)行離線化學(xué)清洗，即人工沖洗之后用 1% 氫氧化鈉 + 2 000 mg /L 次氯酸鈉洗浸泡 10 h，曝氣，pH值為 12． 1。然后以 1% 檸檬酸浸泡、曝氣，pH值為 3． 4，透水率可恢復(fù)到平均 1 850 L /( ㎡·h·MPa)，效果較好。但是由于吹掃氣量不足，洗后運(yùn)透水率最低衰減到 400 L /( ㎡ ·h·MPa) ，停產(chǎn)進(jìn)行離線化學(xué)清洗，即人工沖洗之后用 1% 氫氧化鈉 + 2 000 mg /L 次氯酸鈉洗浸泡 10 h，曝氣，pH值為 12． 1。然后以 1% 檸檬酸浸泡、曝氣，pH值為 3． 4，透水率可恢復(fù)到平均 1 850 L /( ㎡ ·h·MPa)，效果較好。但是由于吹掃氣量不足，洗后運(yùn)行一周透水率迅速衰減。

針對(duì)這一狀況采取措施，2015年 7 月增開(kāi)一臺(tái)膜吹掃風(fēng)機(jī)，由 3 用 3 備改為 4 用 2 備，總氣量為 41 000 ～ 43 000 m3 /h，此時(shí)單位膜面積吹掃氣量提高到 0． 25 m3 /( ㎡ ·h) ，膜池污泥濃度 12 000mg /L，武漢純水設(shè)備膜污染得到及時(shí)有效的控制，透水率衰減正常。膜吹掃氣量充足還可抗水量負(fù)荷的波動(dòng)。

4. 2 合理配置鼓風(fēng)機(jī)氣量

4 × 104 m3 /d MBＲ 系列生物池設(shè)計(jì)需氣量為17 649 Nm3 /h，實(shí) 際 需 氣 量 為 7 000 ～ 11 000Nm3 /h，6 × 104 m3/d MBＲ系列生物池設(shè)計(jì)需氣量為 37 600 Nm3/h，實(shí) 際 需 氣 量 為 12 000 ～ 18 000Nm3/h。

4 × 104 m3/d MBＲ 系列和 6 × 104 m3 /d MBＲ系列生物池共用一套鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，采用單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī) 3 臺(tái)，風(fēng)量為 508 m3 /min，實(shí)際使用 1 用 2備，全年 2 /3 時(shí)間由一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)提供最高約 23 000m3 /h 的風(fēng)量給全廠好氧池曝氣，其余時(shí)間 2 用 1 備運(yùn)行，可見(jiàn)設(shè)計(jì)需氣量和實(shí)際需氣量有較大差異。

膜擦洗鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)上稍顯不足，例如 6 × 104 m3/dMBＲ 系列膜擦洗是 4 用 1 備，鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量為 228m3 /min; 4 × 104 m3 /d MBＲ 系列膜擦洗鼓風(fēng)機(jī) 3 臺(tái)，單臺(tái)風(fēng)量 Q = 180 m3 /min，由于沒(méi)有備用鼓風(fēng)機(jī)，當(dāng)有故障時(shí)，膜池只能減產(chǎn)。

5 膜泄漏和解決措施

膜池取代傳統(tǒng)二沉池進(jìn)行泥水分離后，污泥上浮和膨脹不再影響出水水質(zhì)，雖然不受污泥沉降性能限制和影響，但是膜池泄漏會(huì)引起出水異常。初期泄漏一般不容易察覺(jué)，但是會(huì)引起出水如總磷等指標(biāo)的攀升，如果不能及時(shí)判斷采取措施會(huì)最終導(dǎo)致超標(biāo)，錯(cuò)失調(diào)控的良機(jī)。這種情況一般發(fā)生在離線清洗后，由于安裝不到位或者膜局部損壞所致。

斷裂的膜絲增多時(shí)會(huì)在投入產(chǎn)水的初期出水混濁，但是隨著產(chǎn)水不斷進(jìn)行，斷絲處會(huì)很快被高濃度的膜池混合液堵塞住，最終不會(huì)影響到產(chǎn)水水質(zhì)。

解決措施: 根據(jù)出水水質(zhì)變化進(jìn)行分析，在線儀表失靈的情況下也適用。4 月 17 日有一組膜池離線清洗恢復(fù)運(yùn)行，次日出水總磷持續(xù)上升，總氮、氨氮指標(biāo)相對(duì)穩(wěn)定，總氮不隨總磷一起上升，初步判斷不是由于溶解氧過(guò)高所致，而是與膜池物理泄漏相關(guān)。4 月 21 日總磷 0． 25 mg /L 接近超標(biāo)，取樣觀測(cè)1、2 號(hào)膜池對(duì)比樣，發(fā)現(xiàn) 1 號(hào)膜池出水混濁。22 日經(jīng)過(guò)排查隔離膜組器后，出水總磷和總氮大幅降低。

在此過(guò)程中，隨著調(diào)低溶解氧，氨氮指標(biāo)升高趨勢(shì)，總磷和總氮下降。泄漏原因是膜片產(chǎn)水收集管處斷裂，拆開(kāi)更換后恢復(fù)正常產(chǎn)水，總磷也隨之下降。

最后，MBＲ 工藝在線儀表品質(zhì)參差不齊，價(jià)格昂貴，初期投入較高，敏感性差異和局限性對(duì)于工藝調(diào)控的參考作用也有限，日后維護(hù)需投入大量的人力、物力，應(yīng)避免過(guò)度依賴(lài)。在實(shí)踐中根據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀況，結(jié)合部分常規(guī)手持溶解氧儀進(jìn)行出水趨勢(shì)判斷、邏輯技術(shù)分析來(lái)調(diào)控，可減少部分在線儀表的一次性投入和后期的維護(hù)量。

① 進(jìn)水碳氮比不是制約 MBＲ工藝脫氮除磷的主要因素，在氨氮出水達(dá)標(biāo)的情況下優(yōu)化控制溶解氧閾值范圍在 1． 5 ～ 3． 5 mg /L，可在沒(méi)有外加碳源的情況下實(shí)現(xiàn)高效脫氮和生物除磷，反硝化脫氮也不會(huì)受到回流污泥所攜帶的氧影響，平均脫氮率達(dá)到 90% ，在節(jié)約藥劑成本的同時(shí)不引入有機(jī)物的二次污染，年節(jié)約藥劑費(fèi)用千萬(wàn)余元。

② 優(yōu) 化 控 制 污 泥 負(fù) 荷 在 0． 059 kgBOD5 /( kgMLSS·d) ，生物池污泥濃度在 6 000 ～ 9 000mg /L，生物池氣水比冬季 6 ～ 8，夏季 4 ～ 6 等關(guān)鍵工藝參數(shù)，水力停留時(shí)間≥13． 2 h，出水可滿(mǎn)足特許經(jīng)營(yíng)服務(wù)協(xié)議和北京市《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》( DB 11 /890—2012) 的一級(jí) B 標(biāo)準(zhǔn)要求，獲得其他工藝不易得到的出水水質(zhì)的同時(shí)可降低鼓風(fēng)機(jī)單耗。

③ 定期化學(xué)清洗可以抵抗輕度膜污染，膜吹掃氣量充足比膜的化學(xué)清洗來(lái)得重要，單位膜面積吹掃氣量≥0． 24 m3 /( ㎡·h) 可維持透水率正常衰減，同時(shí)控制膜池污泥濃度不超過(guò) 12 000 mg /L?？刂七M(jìn)水量有利于抗膜污染，延長(zhǎng)膜的使用壽命。

④ MBＲ 回流混合液所帶回的氧可以給生物池補(bǔ)給作用，在設(shè)計(jì)上 MBＲ 膜擦洗鼓風(fēng)機(jī)備用普遍稍顯不足，而好氧池鼓風(fēng)機(jī)配置有余。建議在今后的 MBＲ 工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行中改進(jìn)和改造。

⑤ MBＲ 工藝污泥濃度比傳統(tǒng)工藝高，出水水質(zhì)好，避免了污泥膨脹問(wèn)題，但需要防止由于膜泄漏引起的出水水質(zhì)異常。根據(jù)出水水質(zhì)和工藝參數(shù)變化的邏輯關(guān)系進(jìn)行分析判斷可以有效杜絕超標(biāo)。武漢醫(yī)用純水設(shè)備 ,武漢水處理設(shè)備，武漢去離子水設(shè)備。