MBR工藝，即膜生物反應(yīng)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，即在生物處理系統(tǒng)內(nèi)部放置膜組件，處理后的污水進入膜生物反應(yīng)器，其中大部分污染物被活性污泥降解，水在抽吸泵產(chǎn)生的壓差下通過膜過濾。其工藝特點是污泥濃度高，占地面積小，自動化程度高。MBR工藝在工業(yè)廢水和生活污水處理中得到了廣泛的研究和應(yīng)用。

1.項目概述

1.1項目介紹

某煤礦屬于內(nèi)蒙古露天煤礦區(qū)，不產(chǎn)生礦井水。但由于地面作業(yè)較多，管理人員和工人近千人，產(chǎn)生的生活污水也較多。煤礦生活污水的來源是工人辦公室、工人住宅區(qū)和食堂的污水。由于員工按照輪班制工作和用餐，廢水的水質(zhì)和水量有一定的影響。北方高油飲食結(jié)構(gòu)也導(dǎo)致污水含油量高。

1.2進出口設(shè)計水質(zhì)

污水中含有一定濃度的有機物和表面活性劑，并含有大量的油。污染物指標主要是CODCr、BOD5、濁度、NH3-N和動植物油。污水處理工程設(shè)計規(guī)模為800m3/d《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T18920-2002)中道路清洗和消防用水標準。標準中對CODCr和動植物油沒有要求。考慮到提高廢水回用質(zhì)量，CODCr排放標準定為50mg/L，動植物油排放標準定為5mg/L。

設(shè)計進出水的主要水質(zhì)指標見表1。

2.處理過程描述

2.1機械格柵

由于生活污水來源多樣，排水綜合管理水平低，會混入大量生活垃圾，無法通過生物處理降解，需要在系統(tǒng)前端進行攔截。機械格柵選用細格柵，其5mm的間隙用于有效攔截雜物。

2.2旋風(fēng)沉砂

由于礦區(qū)污水點源分散，收集路徑分布較廣，在收集過程中會混合一些泥沙。泥砂進入系統(tǒng)會造成沉積，破壞設(shè)備原有功能，造成磨損。旋流沉砂器的作用是利用水力旋流模型實現(xiàn)泥砂的加速沉淀作用，將其與污水分離，并保證后續(xù)系統(tǒng)不受其影響。旋流沉砂比平流沉砂更有效。

2.3溶解空氣浮選

污水中含有的動植物油會影響生化系統(tǒng)中溶解氧的利用。當(dāng)油濃度過高時，也會影響MBR膜的過濾效果。溶氣氣浮工藝是向水中供給高壓空氣，在常壓下釋放，形成的微小氣泡可以去除污水中大部分的油類物質(zhì)和一部分懸浮物。

2.4垂直流沉淀

經(jīng)過預(yù)處理后，污水的殘留污染物基本為可溶性污染物，但污染物濃度仍處于較高水平。為了減輕后續(xù)生化系統(tǒng)的壓力，特別設(shè)置了垂直流沉淀工藝。通過混凝劑和絮凝劑的綜合作用，可以去除污水中的一部分溶解性有機物。

2.5 MBR工藝

MBR系統(tǒng)使用平均孔徑僅為0.1微米的中空纖維膜..MBR可以截留活性污泥，提高系統(tǒng)容積效率，避免活性微生物流失，延長系統(tǒng)泥齡，有利于微生物特別是硝化細菌的生長。廢水中的有機物在反應(yīng)器中停留時間較長，最終被分解去除。MBR還具有一定的細菌攔截作用，對大腸桿菌的去除率可達99%。系統(tǒng)末端的消毒設(shè)施。

具體工藝流程如圖1所示。

3.詳細設(shè)計參數(shù)

3.1機械格柵

格柵安裝在調(diào)節(jié)池的格柵渠中。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)池1座，尺寸12m×6m×4.5m，總?cè)莘e324m3鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)柵渠1座，尺寸3.5m×1.2m×3m，總?cè)莘e12.6m3。機械格柵2臺(1用1備)，304不銹鋼旋轉(zhuǎn)格柵，每臺寬度1m，格柵間距5mm，提升泵3臺(2用1備)，鑄鐵單級臥式離心泵，每臺Q=20m3/h，H=25m，N=2.2kW，超聲波液位計1臺。

3.2旋風(fēng)沉砂

設(shè)有處理能力為50m3/h的旋風(fēng)沉砂器，碳鋼防腐材料，池徑1.8m，氣舉負荷2m3/min，抽砂機，螺旋輸送機。

3.3溶解空氣浮選

溶氣浮選機一臺，處理能力H=50m/h，外形尺寸10m×2.8m×2.8m，絮凝反應(yīng)面積2.8m×1.4m×2.8m，溶氣釋放面積2.8m×0.8m×1.6m，碳鋼防腐材料，溶氣泵兩臺(一用一備)，鑄鐵材料，每臺Q = 25m3/1。功率= 1.5 kW，溶氣罐1套，刮渣機1套，鏈條中心距4m，寬度2.8m，N=0.75kw，加藥裝置1套。

3.4垂直流沉淀

兩座立式沉淀池，鋼筋混凝土制成，尺寸為φ4.5m×7m，表面負荷為1.1m/h，配有一臺藥液容量為200L、加藥容量為100L/h的PAC加藥裝置和一臺藥液容量為200L、加藥容量為100l/h的PAM加藥裝置，系統(tǒng)配有兩個電動閘閥，程序設(shè)定為自動排泥。

3.5 MBR系統(tǒng)

1個MBR一體化反應(yīng)池，碳鋼防腐結(jié)構(gòu)，15m×5m×5m，總?cè)莘e375m3，缺氧區(qū)和好氧區(qū)。缺氧區(qū)裝有攪拌器，304不銹鋼，BOD污泥負荷為0.13kgBOD/(kg？d)、污泥濃度4500mg/L，配合曝氣器，膜通量18L/(m2？H)，單簾占地20m2，配有穿孔管曝氣裝置，兩臺抽水泵(一用一備)，鑄鐵材質(zhì)，單臺Q=35m3/h，H=10m，N=3kW，兩臺污泥泵(一用一備)，鑄鐵材質(zhì)，單臺Q=10m3/h，H=8m，n = 0。1套清洗加藥系統(tǒng)和超聲波液位計，1套溶解氧儀，并在系統(tǒng)末端設(shè)置二氧化氯加藥系統(tǒng)，以保證生產(chǎn)水中余氯對飲用水的需求。設(shè)備有效氯產(chǎn)量為400g/h，有鹽酸、次氯酸鈉PE儲罐、計量加藥泵、出料泵、噴射器、增壓泵、余氯檢測儀等。

3.6污泥處理系統(tǒng)

1座鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的污泥濃縮池，尺寸為4.5m×4.5m×5m，總?cè)莘e為100m3，配有2臺氣動隔膜泵(1用1備)，每臺Q=15m3/h，H=60m，配有消音器、空壓機、儲氣罐、PTFE隔膜、鋁合金外殼、PAM加藥裝置，藥液容量為200L。過濾面積70m2，自動加壓保壓，手動拉料，配明流接液罐，帶槽履帶式輸送機，長5m，寬400mm，功率N=3.0kw，碳鋼防腐材料，帶材防腐橡膠，傾斜無軸螺旋輸送機，傾角20度，輸送能力5m3/h，長5m，功率N=3.0kw，材料如下

4.運營效果分析

在調(diào)試階段，將當(dāng)?shù)貒鴥?nèi)污水處理工廠的剩余污泥引入生化系統(tǒng)，按照污泥培養(yǎng)法進行悶曝、低負荷溢流、正常負荷溢流等步驟。根據(jù)行業(yè)經(jīng)驗，經(jīng)過調(diào)試，污泥濃度控制在8000mg/L[11]，溶解氧維持在1.5~2mg/L[12]，系統(tǒng)取得了良好的降解效果。正式開始運營后是夏天，水量基本滿了。操作人員記錄了30天的連續(xù)日平均污染物濃度監(jiān)測。在此期間，進水CODCr基本保持在400mg/L，峰值波動到460mg/L，系統(tǒng)去除率保持在90%左右，進水BOD5基本保持在200mg/L，峰值波動到220mg/L，系統(tǒng)去除率保持在95%左右，進水NH3-N基本保持在40mg/L，峰值波動到48 mg/L，進水(NTU)濁度穩(wěn)定在180，出水(NTU)濁度穩(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1 mg/L，CODCr、BOD5和NH3-N的運行和處理效果見圖2 ~圖4。

經(jīng)過調(diào)試，MBR系統(tǒng)已經(jīng)達到穩(wěn)定運行狀態(tài)。間歇運行的穩(wěn)定產(chǎn)水量為28m3/h，跨膜壓差穩(wěn)定在0.015~0.03MPa，原污水濁度(NTU)為180，經(jīng)過溶氣氣浮和豎流沉淀后濁度(NTU)穩(wěn)定在20。經(jīng)生化系統(tǒng)處理過濾后，濁度(NTU)穩(wěn)定在5，原污水中動植物油濃度穩(wěn)定。經(jīng)過溶氣氣浮和垂直流沉淀后，動植物油濃度穩(wěn)定在2mg/L，經(jīng)過生化系統(tǒng)處理和MBR膜過濾后，植物油濃度穩(wěn)定在1 mg/L，經(jīng)評估，該油濃度不會對膜系統(tǒng)造成大的污染，長期運行后通過清洗可以恢復(fù)膜性能。

在系統(tǒng)運行過程中，膜的維護清洗是穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。要能夠清潔大部分污染物，需要強調(diào)以下三點。首先要有足夠的反洗水量，保證整個膜系統(tǒng)充滿反洗藥劑。本工程反沖洗水量要達到10m3/h，其次要保證沖洗時間。根據(jù)運行經(jīng)驗，反洗周期最好設(shè)置為72小時一次(此時跨膜壓差接近0.03MPa)，每次反洗時間為15 ~ 20分鐘。再次，要先堿后酸的洗，保證在酸堿交替的環(huán)境下，污染物能被充分清洗干凈。根據(jù)運行經(jīng)驗，三次堿度后進行酸洗比較好。

MBR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(shè)投資420萬元，日常運行費用包含電費(日用電量803kW？h)藥費(每日消耗藥劑167元)，人工費(2人每日工資合計200元)，每日直接運行成本1.41元/m3。本項目生產(chǎn)的水可以替代部分煤礦外購水。按購水4元/m3計算，日節(jié)約成本2072元，年節(jié)約成本75.63萬元，經(jīng)濟效益顯著。

6.結(jié)論

采用機械格柵+旋流沉砂+溶氣氣浮+MBR工藝處理北方露天煤礦生活污水。與最終出水相比，CODCr小于50mg/L，BOD5小于15mg/L，NH3-N小于10mg/L，濁度(NTU)小于5，符合《城市污水回用和城市雜用水水質(zhì)》(GB/T18920-2002)的要求。運行中選擇合適的清洗劑和合理的清洗周期是系統(tǒng)達到設(shè)計水平和穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。(來源:青島金源環(huán)境工程有限公司)

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