看完這座世界最大MBR工廠，99%的MBR問題都將迎刃而解
近些年來，由于我國大力倡導(dǎo)清潔生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能降耗、集約用地的大環(huán)境下，MBR項(xiàng)目大批量建設(shè)，而這則得益于MBR高負(fù)荷、長泥齡、高效截流、占地少等突出優(yōu)點(diǎn)。
因此，不少水友都想了解MBR、熟悉MBR、掌握MBR。
與其干巴巴的羅列知識點(diǎn)，不如來看看實(shí)例。接下來，就讓我們一起走進(jìn)瑞典亨利克斯達(dá)爾（Henriksdal）污水處理廠，世界上最大的MBR污水處理廠之一。
01
亨利克斯達(dá)爾污水處理廠概況
亨利克斯達(dá)爾污水處理廠位于瑞典首都斯德哥爾摩市，耗資40億，共安裝了1008個膜生物反應(yīng)器，膜表面積約160萬米，相當(dāng)于230個足球場。
1、進(jìn)、出水參數(shù)
進(jìn)出水參數(shù)表
2、處理設(shè)施
亨利克斯達(dá)爾污水處理設(shè)施概覽
該廠使用機(jī)械，化學(xué)，生物和砂濾工藝處理廢水，然后將處理后的水通入波羅的海。產(chǎn)生的沼氣在該廠的供熱系統(tǒng)中用作燃料，用于發(fā)電和生產(chǎn)用于為車輛加油的生物甲烷，而產(chǎn)生的污泥則用作土壤改良劑。
現(xiàn)場約有90％的設(shè)施位于地下。地面設(shè)施包括控制中心大樓，機(jī)械處理設(shè)施，污泥池和污泥濃縮器，沼氣池，儲氣罐以及氣體收集和儲氣設(shè)施的部。
該廠的舊通風(fēng)煙囪高80m，直徑7m，目前正在用混凝土加固。
其他設(shè)備見下表：
亨利克斯達(dá)爾污水廠設(shè)施表
02
亨利克斯達(dá)爾污水處理廠處理工藝
亨利克斯達(dá)爾污水廠的廢水處理主要分為三個階段：機(jī)械、化學(xué)和生物處理。其中，生物處階段，為活性污泥與MBR。
首先通過A2O工藝，利用微生物分解有機(jī)物將氨轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓ㄍㄟ^預(yù)反硝化去除氮，然后使用補(bǔ)充碳進(jìn)行反硝化）。接著，膜將取代傳統(tǒng)沉降法而作為廢水處理的最后階段。
亨利克斯達(dá)爾污水處理工藝流程
與傳統(tǒng)沉降相比，MBR技術(shù)能夠更有效的去除氮，氮排放量能夠下降約40％，從每升10mg降至6mg。
另外，MBR可以通過具有細(xì)小孔的物理屏障（膜）過濾水，有效的將污泥與處理后的廢水分離，因此可以在較小的體積內(nèi)處理更多的水，并且處理效果更好。
如前文所述，亨利克斯達(dá)爾共安裝了1008個膜生物反應(yīng)器（GE Zenon公司的Zeeweed 500），膜表面積約160萬米。
這些濾膜是中空纖維，可以比作吸管。在中空纖維從外面向里過濾，就像一個微小的屏障，有非常細(xì)的孔（40 nm）。它們不允許顆粒和與顆粒結(jié)合的污染物通過，這使處理后的廢水變得幾乎不含顆粒物。同時，這種薄膜還能過濾掉微塑料、細(xì)菌、病毒和藥物殘留。
MBR設(shè)備
通過向上方吹空氣來保持膜的清潔，這樣可以除去污泥和被卡住的顆粒。
活性污泥被抽回曝氣池，在生物處理過程中重復(fù)利用。剩余污泥則被送至污泥處理設(shè)施，在那里污泥被消化成沼氣。
此外，MBR設(shè)備易受可能在生物處理設(shè)備中堆積并破壞設(shè)備的垃圾的侵害。因此，亨利克斯達(dá)爾在生物處理設(shè)施的入口處安裝了多孔板篩。
為了確定MBR設(shè)備的處理效果，亨里克斯達(dá)爾在2013年設(shè)置了一條初試污水處理線，處理工藝與水廠相同，處理量為水廠水量的0.015%（約120噸/天）。
在處理線上設(shè)立了17個監(jiān)測點(diǎn)，對水質(zhì)不斷監(jiān)測，監(jiān)測內(nèi)容包括TN、TP和微污染物。此外，還監(jiān)測了不同處理過程中的N2O排放和生物濾膜的特性。
根據(jù)兩年的持續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，亨里克斯達(dá)爾基本可以實(shí)現(xiàn)出水TN低于6mg/L和TP低于0.2mg/L。生物濾膜的平均通透性很高，在監(jiān)測期間完全除去了水中的顆粒物。
03
關(guān)于MBR工藝，
10個水處理人最關(guān)心的問題
但在實(shí)際應(yīng)用過程中，MBR工藝常常會出現(xiàn)高成本、高污染等問題。
一方面原因是，MBR優(yōu)缺點(diǎn)明顯不一定適合所有污水項(xiàng)目，因地制宜最重要。比如，亨利克斯達(dá)爾是一座地下式污水廠，其對用地面積緊張、景觀環(huán)境要求高，MBR工藝流程短、出水效果高的特點(diǎn)便可完美匹配。脫離使用場景談工藝的優(yōu)缺點(diǎn)是沒有任何意義的。
另一方面原因則是，MBR項(xiàng)目相關(guān)人員在設(shè)計(jì)、運(yùn)營上常常存在誤解，甚至認(rèn)識不足，從而導(dǎo)致很多MBR項(xiàng)目出現(xiàn)各式各樣的問題。比如：MBR膜通量設(shè)計(jì)越高越好×；為了不堵膜，就要盡可能地降低污泥濃度×......
下面，我們將圍繞10個水處理技術(shù)人最關(guān)心的MBR問題，給大家一一解答。
01
中空纖維膜和平板膜哪個更好？
02
哪種MBR膜膜材質(zhì)最好？
PVDF、PES、還是PTFE？
03
MBR膜孔徑多少最為合適？
膜按照孔徑分可以分為以下4類，國內(nèi)外使用的膜生物反應(yīng)器大部分濾膜孔徑集中在0.05-0.4μm之間，基本介于超濾、微濾膜臨界點(diǎn)附近。
目前，超濾膜應(yīng)用呈增加趨勢。雖然微濾膜首次采購成本比超濾膜略低，但超濾膜在膜化學(xué)清洗和消毒方面節(jié)約的藥劑費(fèi)用即可彌補(bǔ)膜的差價；又由于超濾膜使用壽命長、換膜成本低，對傳統(tǒng)污染物和新污染物的去除效率更高。
04
MBR膜通量設(shè)計(jì)越高越好嗎？
膜的通量是由膜材料和結(jié)構(gòu)決定的，對于某一特定的膜處理單元，其孔隙率和通量是存在上限的。膜材料在減小孔徑的同時必須犧牲通過量，同時還要兼顧強(qiáng)度、保證長期運(yùn)行，這就導(dǎo)致了通量是一個定值。
因此，在設(shè)計(jì)和應(yīng)用過程中，應(yīng)該根據(jù)膜廠家的建議參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。城鎮(zhèn)污水處理廠設(shè)計(jì)膜通量需按照國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程的取值范圍，平均膜通量不宜低于15L/(m2·h)，否則會造成設(shè)備投資和膜池土建投資的浪費(fèi)，也會造成膜吹掃氣量的增加，增加鼓風(fēng)機(jī)投資成本和運(yùn)行成本。
05
考慮低碳節(jié)能要求，MBR工藝有哪些設(shè)計(jì)要點(diǎn)？
1）合理的設(shè)計(jì)膜通量。膜通量應(yīng)按照國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程取值，不宜小于15L/(m2·h)。合理地設(shè)計(jì)膜通量，可以減少工程投資、占地面積、運(yùn)行能耗、運(yùn)營成本及碳排放量等。
2）膜吹掃曝氣形式。宜采用節(jié)能的大氣泡脈沖曝氣，設(shè)計(jì)膜吹掃標(biāo)準(zhǔn)氣水比宜≤6m3/m3 。
3）MBR膜。宜選用膜孔徑≤0.05µm的PVDF 材質(zhì)的中空纖維膜，膜絲拉伸強(qiáng)力不宜＜200N。在保證足夠的開孔率的前提下，選擇膜孔徑≤0.05µm的小孔徑超濾膜，能有效提升膜抗通量衰減的能力，延長膜的使用壽命，降低膜的維護(hù)成本，提高污水廠出水的可靠性和生物安全性。
4）膜池污泥濃度。最佳取值為10~12g/L。
5）處理工藝。宜采用脫氮效果好、運(yùn)行能耗低的改良型兩級AO-MBR 工藝，生化系統(tǒng)及膜池一級回流。
6）鼓風(fēng)系統(tǒng)。調(diào)節(jié)需考慮不同水質(zhì)/水量的匹配，必要時可利用模型進(jìn)行多工況計(jì)算驗(yàn)證，以便更好地節(jié)能調(diào)控。
06
與其他工藝相比，MBR的投資運(yùn)營成本如何？
膜組件的價格基本和污水處理廠的規(guī)模成正比，而常規(guī)污水處理廠的規(guī)模越大越經(jīng)濟(jì)。
MBR工藝的土建成本較傳統(tǒng)活性污泥工藝低17%；MBR工藝的機(jī)械設(shè)備以及電氣投資比傳統(tǒng)活性污泥法高7%；膜組件的費(fèi)用占整個污水處理廠投資的10%~30%。
在相同的出水水質(zhì)前提下，在生物處理基本工藝相同的條件下，MBR工藝的出水水質(zhì)與活性污泥+膜過濾工藝基本相同。從一些實(shí)際情況來看，MBR工藝的投資要比活性污泥工藝+膜過濾工藝低一些。
MBR的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用主要在膜曝氣以及膜更換費(fèi)用
07
MBR哪些運(yùn)行參數(shù)對膜污染影響最大？
1）污泥停留時間（SRT）：SRT由排泥頻率和排泥量決定，直接影響著膜污染。當(dāng)SRT降低時污泥混合液中的生物污染物質(zhì)濃度增加，加重了膜污染。
2）曝氣強(qiáng)度和方式：好氧微生物的氧氣來源于反應(yīng)器底部的曝氣設(shè)備，曝氣產(chǎn)生水流剪切力沖刷膜表面，減輕膜污染。曝氣不足時會導(dǎo)致污泥懸浮液中細(xì)菌種群的變化并且影響相關(guān)的生物溶解產(chǎn)物的釋放，造成嚴(yán)重的膜污染。
3）出水方式：在間歇性的出水模式下，MBR 中會產(chǎn)生一定的反沖刷效果，在曝氣作用的擾動下，達(dá)到控制膜污染的效果。
4）溫度和pH：pH值主要對污泥的性能產(chǎn)生較大的影響；一方面溫度的上升會導(dǎo)致污泥懸浮液粘度降低，另一方面促進(jìn)微生物釋放SMP和EPS，導(dǎo)致嚴(yán)重的膜污染。
5）進(jìn)水水質(zhì)和污泥負(fù)荷：污泥負(fù)荷與水力停留時間、污泥濃度以及進(jìn)水水質(zhì)是密切相關(guān)的，直接影響著污水生物處理的效果。
6）錯流速率：在膜表面產(chǎn)生的剪切力以及由剪切力引起的反向擴(kuò)散主要由錯流行為產(chǎn)生，進(jìn)而減輕膜污染。
7）跨膜壓差：濃差極化作用和濾餅層污染在壓力超過臨界跨膜壓差時加強(qiáng)，此時膜污染行為更加明顯。
08
為了不堵膜就要盡可能地降低污泥濃度？
堵膜是MBR應(yīng)用中的常見的問題，而堵膜的是污泥，尤其是污泥濃度過高的時候，因此就有降低污泥濃度來避免堵膜的誤解，這恰恰又陷入了另一個誤區(qū)。
過低濃度和過高濃度的污泥都會讓膜很快堵塞，正確的做法是將濃度保持在一個合適的范圍。另外，曝氣有沖刷膜表面的作用，也應(yīng)該保持在相應(yīng)的保持量。
09
MBR膜污染，究竟該如何控制？
MBR膜污染的控制方法是綜合性的，主要分為預(yù)防和清洗兩大類，其中改良膜性質(zhì)、優(yōu)化工藝參數(shù)和操作條件、調(diào)控污泥混合液膜過濾性、膜污染清洗方法等。
1）通過對水力學(xué)的控制可以防止污泥懸浮液在膜表面產(chǎn)生的濾餅層，進(jìn)而減輕膜污染。
2）預(yù)處理可以改善原水水質(zhì)，并除去固體類型懸浮態(tài)物等。
3）通過混凝劑、氧化劑、粉末活性炭等處理由溶解性有機(jī)污染物產(chǎn)生的膜孔堵塞和凝膠層污染，適用于混合液膜過濾性比較差的情況。
4）在線清洗：在線物理清洗可去除由懸浮污泥產(chǎn)生的濾餅層膜污染，適用于濾餅層膜污染比較明顯的情況。由膠體和溶解性有機(jī)物產(chǎn)生的膜孔堵塞和凝膠層污染更合適用在線化學(xué)清洗方法加以去除。
5）超聲波清洗可去除濾餅層和凝膠層污染。
6）改善膜面流體力學(xué)條件：反應(yīng)器布局結(jié)構(gòu)的改變可以影響膜組件表面的濃差極化進(jìn)而降低膜污染；或通過加大反應(yīng)器內(nèi)部水流攪動、加強(qiáng)曝氣對膜表面的剪切力，使截留在膜表面的溶質(zhì)被及時去除。
10
如何使用化學(xué)清洗解決膜污染問題？
物理清洗無法阻止不可逆污染的發(fā)生，必須通過化學(xué)清洗手段來恢復(fù)通量，即用化學(xué)藥劑對膜進(jìn)行浸泡和清洗。
化學(xué)清洗包括維護(hù)清洗和強(qiáng)力（恢復(fù)）清洗。目前常用的清洗劑有NaClO溶液，用于去除有機(jī)污染物，檸檬酸，用于去除無機(jī)污染物等。
眾所周知，MBR供應(yīng)商都有自己的強(qiáng)力清洗配方，主要區(qū)別是清洗劑濃度和清洗方法。以MBR供應(yīng)商Z公司為例：
原標(biāo)題：《看完這座世界最大MBR工廠，99%的MBR問題都將迎刃而解》
