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【西安純水設(shè)備http://www.108clf.cn】MBＲ工藝因為出水水質(zhì)好，迎合了特許經(jīng)營服務(wù)協(xié)議對水質(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)藥劑費等會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，對氣水比、水力停留時間、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)定運行的措施。

1 工藝簡介

1. 1 改擴建背景

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，同時擴建了 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，及向奧運湖等河湖水系定期補、換水。西安純水設(shè)備

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 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回流，先回流到好氧池末端，回流比為 500% ; 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% 。好氧段采用類似氧化溝的方式，混合液在渠道內(nèi)不斷循環(huán)流動。

進(jìn)、出水水質(zhì)見表 1。

2 溶解氧控制措施及效果

運行實踐表明，從溶解氧入手進(jìn)行工藝調(diào)控簡單有效，方便實施，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 表明此時溶解氧或者氣水比可適當(dāng)降低，反之亦然。此時溶解氧在 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 系列因為建設(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)反硝化過程中偶爾出現(xiàn)碳源不足時可補充碳源。醋酸鈉碳源投加率為 23． 5 mg /L。

2016 年初開始執(zhí)行特許經(jīng)營服務(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)除磷藥劑的費用超過千萬元，在運行費用中占比高達(dá) 25% ，占動力費用的一半多，僅次于鼓風(fēng)機電耗。

2. 3 生物除磷

在生物除磷無法滿足要求時，可向污水中投加濃度為 10% 的液體 PAC( 按 Al2O3 計) 。受當(dāng)前國家控制產(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; 首都大型活動期間供貨車輛進(jìn)京受限，廠區(qū)內(nèi)的藥罐受到占地限制需采用轉(zhuǎn)運形式，擴容后需一天 2 次 30 min 頻繁操作等，上述因素給依賴化學(xué)藥劑控制出水達(dá)標(biāo)的污水廠帶來了不穩(wěn)定的因素，可見生物除磷對穩(wěn)定運行意義重大。

在 MBＲ 工藝中，通過雙向優(yōu)化控制 DO 實現(xiàn)生物除磷，此時溶解氧 DO 的閾值范圍較窄，為 2 ～ 3mg /L，需要精細(xì)化及時調(diào)節(jié)。當(dāng) DO 較低時通過抑制硝化進(jìn)程來完成生物除磷。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 過低，活性污泥會發(fā)黑，影響好氧過程磷的吸收。除了調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機開度，還可通過增加剩余污泥排放量達(dá)到系統(tǒng)增氧，反之亦然，進(jìn)而實現(xiàn) DO 的雙向控制。

當(dāng)好氧區(qū)末端 DO ＞ 4． 0 mg /L 時出水總磷容易升高，此時生物除磷調(diào)控不能通過剩余污泥排放完成。隨著生物池曝氣量降低總磷會逐漸下降，氣水比由 11 調(diào)整為 7( 見表 3) 。為了更快降低出水總磷，實際運行管理中還會通過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 強化生物除磷。此時如果增加剩余污泥排放量反而會使 DO 和出水總磷升高。

西安純水設(shè)備

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卻因為氣水比的下降由超標(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，通過雙向優(yōu)化控制 DO和剩余污泥的合理排放實現(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)荷運行

出水總磷、氨氮等隨著季節(jié)轉(zhuǎn)換會有較大變化，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優(yōu)化運行。

污泥負(fù)荷低時參與反應(yīng)的生物量相對多，此時能耗和成本也會增加，為克服透水率異常衰減需提高膜曝氣量，導(dǎo)致鼓風(fēng)機能耗增加。當(dāng)污泥負(fù)荷在設(shè)計值 0． 059 kgBOD5 /( kgMLSS·d) 附近，MBＲ 工藝可以穩(wěn)定運行。當(dāng)污泥負(fù)荷 ＞ 0． 064 kgBOD5 /( kgMLSS·d) 時，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，脫氮除磷機理也不適用。出水 COD 穩(wěn)定也有賴于足夠的生物量，兼顧生物系統(tǒng)和膜池兩者的穩(wěn)定運行，生物池 MLSS為 6 000 ～ 9 000 mg /L 較為合理。冬季水溫 ＜ 12 ℃時，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，此時還需增加膜吹掃氣量耗能來抵抗膜污染。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)水量和水力停留時間

為實現(xiàn)脫氮除磷，MBＲ厭氧段和缺氧段的停留時間總和占到生物池總停留時間的 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、長泥齡下運行，抗污染負(fù)荷沖擊能力強，受膜通量的限制，抗水量負(fù)荷沖擊弱。進(jìn)水量變化會影響出水水質(zhì)和膜污染。進(jìn)水量過高會加速膜污染，當(dāng)水量超負(fù)荷運行 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 工藝對停留時間變化更敏感，例如 6 × 104 m3/d MBＲ系列在 4、5 月進(jìn)水停留時間不足 13． 2 h( 低于設(shè)計值) 時出水出現(xiàn)異常，4 × 104 m3 /d MBＲ 系列生物池停留時間稍長，約 17． 6 h，出水相對穩(wěn)定。設(shè)計停留時間短的系統(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間稍長更有利于穩(wěn)定運行。

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)水膜過濾壓力逐漸升高，抗膜污染多以化學(xué)反洗和離線清洗來解決，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 系列開始運行，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)計能力的 82% ，運行到第 5 年操作壓力最高到 50kPa，化學(xué)清洗后透水率高點僅為 700 L /( ㎡·h·MPa) ，最低衰減到 200 L /( ㎡·h·MPa) ，已經(jīng)無法通過提高操作壓力達(dá)到最大的通量，也不能通過有效的化學(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 系列對比見表 4。

運行初期膜吹掃系統(tǒng)鼓風(fēng)機 3 用 3 備，總氣量為 36 000 m3/h，膜吹掃量為 0． 21 m3/( ㎡·h) ，運行一個月膜絲表面積泥嚴(yán)重，透水率衰減嚴(yán)重，平均每天透水率下降超過 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，洗后運行一周透水率迅速衰減。

針對這一狀況采取措施，2015 年 7 月增開一臺膜吹掃風(fēng)機，由 3 用 3 備改為 4 用 2 備，總氣量為 41 000 ～ 43 000 m3 /h，此時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，膜污染得到及時有效的控制，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。

4. 2 合理配置鼓風(fēng)機氣量

4 × 104 m3 /d MBＲ 系列生物池設(shè)計需氣量為17 649 Nm3 /h，實 際 需 氣 量 為 7 000 ～ 11 000Nm3 /h，6 × 104 m3/d MBＲ系列生物池設(shè)計需氣量為 37 600 Nm3/h，實 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)機系統(tǒng)，采用單級高速離心鼓風(fēng)機 3 臺，風(fēng)量為 508 m3 /min，實際使用 1 用 2備，全年 2 /3 時間由一臺鼓風(fēng)機提供最高約 23 000m3 /h 的風(fēng)量給全廠好氧池曝氣，其余時間 2 用 1 備運行，可見設(shè)計需氣量和實際需氣量有較大差異。

膜擦洗鼓風(fēng)機設(shè)計上稍顯不足，例如 6 × 104 m3/dMBＲ 系列膜擦洗是 4 用 1 備，鼓風(fēng)機風(fēng)量為 228m3 /min; 4 × 104 m3 /d MBＲ 系列膜擦洗鼓風(fēng)機 3 臺，單臺風(fēng)量 Q = 180 m3 /min，由于沒有備用鼓風(fēng)機，當(dāng)有故障時，膜池只能減產(chǎn)。西安純水設(shè)備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，但是膜池泄漏會引起出水異常。初期泄漏一般不容易察覺，但是會引起出水如總磷等指標(biāo)的攀升，如果不能及時判斷采取措施會最終導(dǎo)致超標(biāo)，錯失調(diào)控的良機。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。

斷裂的膜絲增多時會在投入產(chǎn)水的初期出水混濁，但是隨著產(chǎn)水不斷進(jìn)行，斷絲處會很快被高濃度的膜池混合液堵塞住，最終不會影響到產(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)運行，次日出水總磷持續(xù)上升，總氮、氨氮指標(biāo)相對穩(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1、2 號膜池對比樣，發(fā)現(xiàn) 1 號膜池出水混濁。22 日經(jīng)過排查隔離膜組器后，出水總磷和總氮大幅降低。醫(yī)院用純水設(shè)備

在此過程中，隨著調(diào)低溶解氧，氨氮指標(biāo)升高趨勢，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，價格昂貴，初期投入較高，敏感性差異和局限性對于工藝調(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)避免過度依賴。在實踐中根據(jù)實際運行狀況，結(jié)合部分常規(guī)手持溶解氧儀進(jìn)行出水趨勢判斷、邏輯技術(shù)分析來調(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，可在沒有外加碳源的情況下實現(xiàn)高效脫氮和生物除磷，反硝化脫氮也不會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)約藥劑成本的同時不引入有機物的二次污染，年節(jié)約藥劑費用千萬余元。

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)，水力停留時間≥13． 2 h，出水可滿足特許經(jīng)營服務(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 B 標(biāo)準(zhǔn)要求，獲得其他工藝不易得到的出水水質(zhì)的同時可降低鼓風(fēng)機單耗。

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，同時控制膜池污泥濃度不超過 12 000 mg /L?？刂七M(jìn)水量有利于抗膜污染，延長膜的使用壽命。

④ MBＲ 回流混合液所帶回的氧可以給生物池補給作用，在設(shè)計上 MBＲ 膜擦洗鼓風(fēng)機備用普遍稍顯不足，而好氧池鼓風(fēng)機配置有余。建議在今后的 MBＲ 工藝設(shè)計和運行中改進(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)。西安純水設(shè)備，西安水處理設(shè)備，西安去離子水設(shè)備。醫(yī)院用純水設(shè)備