MBR处理工艺主要设备选型及常见问题探讨

给水排水Vol.38No.4201291施工、材料与设备MBR处理工艺主要设备选型及常见问题探讨刘燕云(北京市市政工程设计研究总院，北京100082)摘要随着城市对再生水利用量的需求加大，提高污水处理厂出水水质已成为必然趋势。在用地有限的条件下，MBR工艺在污水处理厂新建及升级改造工程中广泛应用。介绍了MBR工艺的类型及其主要配套设备，重点针对配套设备的结构型式及其在运行中出现的常见问题进行分析，并针对设备选型提出建议。关键词污水处理厂MBR工艺设备选型膜格栅冲击负荷ProbeintonormalproblemsofthemainMBRequipmentsLiuYanyun(BeijingGeneralMunicipalEngineeringDesign&~ResearchInstitute，Beijing100082，China)Abstract：Withtheincreasingofdemandforreclaimedwater，itbecomesaninevitabletrendtoimprovethewastewatertreatmentplanteffluentquality.Inconditionsoflimitedland，theMBRprocessiswidelyusedinwastewatertreatmentplantbuildingandupgradingproject.ThisarticleintroducesthetypesandmainequipmentsofMBRprocess，focusesonthecommonproblemsanalysisoftheequipmentsstructureandoperation，andrecommendationsareputforwardfortheselectionofequipment.Keywords:Wastewatertreatmentplant；MBRprocess；Equipmentselection；Membranegrille；Impactload由于北方地区水资源短缺，河湖天然补给水极端匮乏，对污水再生利用的需求不断提高。因此，提高污水处理厂出水水质，将污水资源再生利用，已成为必然趋势。MBR工艺在有限的用地范围内，无疑是完成污水处理厂升级改造的最佳处理工艺之一，采用MBR工艺时，以往更多的关注集中在膜元件上，其他配套设备往往容易被忽视。但是，好的处理工艺还需要有与之相适合的配套设备来支持，如果设备选型合理，既可以方便工艺系统的运行和管理，也可以延长膜元件的使用寿命，减少设备改造所造成的麻烦，从而可以大大降低污水处理厂的运行费用。1MBR工艺简介膜生物反应器（MBR)工艺是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术。它利用膜分离设备截留生化反应池中的活性污泥和大分子有机物，节省了二沉池。MBR工艺通过膜的分离技术大大强化了生物反应器的功能，使活性污泥浓度大大提高，其水力停留时间（HRT)和污泥停留时间（SRT)也可以分别控制。比较常见的MBR系统，根据膜组件和生物反应器的组合方式，可分为一体式和分置式两种基本类型。一体式是膜组件置于生物反应池内，进水进入膜生物反应池，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，再在负压作用下由膜过滤出水。分置式的膜池和生物反应池分开设置。生物反应池中的混合液流入膜池后，在抽吸泵的抽吸作用下混合液中的液体透过膜，成为系统处理水。图1和图2为一体式和分置式（浸没膜）MBR工艺流程简图。92给水排水Vol.38No.42012图1—体式MBRMtfl-----------------------------------------------------------------------------W生物反应池_出水^6泵图2分置式MBR由于一体式MBR—般适于规模较小的污水处理项目，而市政污水处理规模比较大，分置式MBR的实际应用项目比较多。所以，下述内容主要针对分置式MBR工艺进行设备选型问题分析和探讨。MBR工艺流程一般是污水经过栅隙40〜50mm的粗格栅和10〜20mm的中格栅后，由提升泵提升经过一道4〜6mm的细格栅，再进入曝气沉砂池，出水再经过孔径1mm的膜格栅后进入MBR生物池和膜池。通过透过液泵的抽吸，膜池混合液中的液体透过膜元件，成为系统处理水；固形物、大分子物质等则被膜截留在池内。膜池出水经过臭氧脱色处理及加药消毒后进入清水池，再通过配水泵房输送至厂外再生水利用管网向用户供水或排入河道作为景观补充用水。2MBR工艺主要设备2.1粗、中格栅除污机由于粗、中格栅的进水渠道比较深，多采用链式或钢丝绳式格栅除污机。2.1.1链式格栅除污机用于粗、中格栅的链式格栅除污机主要有前耙式、背耙式、高链式等。前耙式和背耙式这两种格栅运行的主要问题是：①水下有转动部件，在转动轴上容易缠绕纤维，尤其是前耙式结构水下旋转部件更易被缠住；②链条运转一段时间后链节伸长，如不及时张紧，链与链轮会脱开，发生掉链，在水流速度较高时也易发生掉链故障由于水下有转动部件，当进水渠道较深时设备维修难度大。高链式格栅除污机的底部从动链轮虽然安装在液位以上，但当进水液位波动较大时也会被淹没。当进水渠液位较深时，耙臂悬出长度大；渠道较宽时，机耙的整体刚性差，运行容易出现问题，不宜采用。2.1.2钢丝绳式格栅除污机传统二索和三索钢丝绳式格栅除污机的运行问题主要有以下几点：①重力靠耙结构清污效果不佳；强制靠耙结构易发生卡耙故障；②二索钢丝绳是用翻耙导轨控制机耙强制翻耙，容易出现翻耙死点；③尽管配有防乱扣装置，但钢丝绳卷筒仍容易出现乱扣现象；④由于钢丝绳是柔性的，如果有污物卡住，钢丝绳易偏载，造成机耙歪斜卡死。根据污水处理厂的运行经验，抓爪式格栅除污机现在成为最常选用的粗格栅之一，结构型式见图3。这种格栅的特点是运行可靠，清污能力强，一个抓爪可负责几条渠道的清污；水下无转动部件，设备维修方便，尤其适用于进水渠道较深的情况。但是，当进水条件为雨污合流制时，这种格栅有一定弱点：①因为抓爪清污是按渠道顺序进行的，暴雨时，栅渣量突增，会发生抓爪清污不及时、格栅被堵塞的状况；②如果实际运行液位高于最初设计的最高液位，抓爪下降时可能会因为水流冲击而无法就位。（如有此类情况，应加设导轨）；③当需要除臭时，加罩的空间和除臭的风量比较大。移动车液压抓爪单元悬架导轨图3抓爪式格栅机结构型式给水排水Vol.38No.4201293由于这种格栅的栅隙一般不能小于25mm，所以不能用于中格栅。现在常用尼龙耙齿回转格栅作为中格栅，但其漏渣率高，给后续工艺造成很大负担，所以，目前在中格栅除污机机型的选择上还留有空白，需要有更合适的机型来填补。2.2细格栅2.2.1孔板式格栅除污机孔板式格栅除污机是近5年内由国外引进的—种新机型，由于其具有截污效率高，过水能力强，且设备为全封闭结构，安全、卫生等优点，成为已建污水处理厂设备更新改造或再生水厂的细格栅最佳选择之一。孔板式格栅的结构型式见图4。图4孔板式格栅结构型式孔板式格栅除污机是由一个电机驱动的连续旋转的孔板放置于一个固定框架中组成。待过滤的污水从细格栅中部开口进入，从内向外通过两侧的孔板进行杂质过滤后流出。随着过滤孔板的不断旋转，淤积在孔板内侧的杂质被孔板上的提升板提升到顶部栅渣排放区，并被格栅除污机顶部的冲洗水冲洗至污物收集槽中，后导出。这种格栅的过滤孔板有两种材质，一种为不锈钢孔板，金属孔板的格栅由于打孔时，在孔的边缘会有一些细小的毛刺，容易挂住纤维，造成滤孔堵塞；另外，由于金属板比较薄（1〜2mm)，过孔的纤维容易形成回穿搭桥，造成过滤孔板的堵塞板结。所以，金属孔板格栅冲洗水压力一般不小于70bar(1bar=0.1MPa)。另一种过滤孔板是由工程塑料制成（最小孔径一般为3mm)，其滤板厚度在9mm左右，纤维在穿过滤孔时不易形成回穿搭桥，这种孔板式细格栅的冲洗水压力约2bar，不用配高压冲洗装置。孔板式格栅除污机需要配备高水力负荷的栅渣压榨机。由于孔板式格栅除污机为全封闭结构，只需将进出水渠道加盖玻璃钢盖板即可进行封闭除臭处理。另外，为了便于观察滤板的污堵情况，设备两侧封板应设置可清洗的观察视窗。2.2.2转鼓式格栅除污机转鼓式格栅除污机倾斜安装在污水渠道内，倾角为30〜35°。污水流入格栅圆形滤鼓，滤后水从滤鼓周围流出。当滤鼓截留的滤渣积累到一定量，形成阻力压差时，滤鼓在入口端预先设定的液位下开始转动，在转鼓外侧上部沿滤鼓全长设有清洗喷嘴，转鼓旋转过程中清洗装置将鼓内截留的滤渣冲入中央的螺旋输送器，滤渣在输送的过程中进入压榨腔，滤渣被压榨脱水后排出，固体含量达到35%〜40%。结构型式参见图5。图5转鼓式格栅除污机结构型式这种格栅的主要问题是：受设备转鼓直径和倾角限制，过流面积有限，与孔板式格栅相比，在同样过水能力条件下占地面积较大。2.3曝气沉砂池设备曝气沉砂池对油脂有一定的去除效果，所以常用于MBR工艺系统的预处理段，并配备行车式吸砂机排除池内的沉积物。如果需要对曝气沉砂池进行加盖除臭处理的，应采用不带侧向导轮的钢轮驱动方式的行车式除砂机。2.4膜格栅膜格栅是MBR工艺系统中预处理段对膜元件保护的最后一道屏障，是最重要的设备之_，如果设备选择不当，膜格栅会成为整个工艺系统运行的瓶颈。常用的膜格栅主要为转鼓式（倾斜或水平转鼓），也有用网板式格栅除污机。2.4.1倾斜转鼓式膜格栅倾斜转鼓式膜格栅的结构型式及工作原理同94给水排水Vol.38No.42012上述转鼓式细格栅（见图5)。但与转鼓式细格栅相比，滤鼓是由不锈钢丝网制成，过滤精度有0.5mm、0.75mm、1mm三种。鼓筐直径780〜2600mm。转鼓式膜格栅除了中压冲洗水系统外，还配有一套高压冲洗水系统，高压冲洗水的冲洗压力在120〜150bar。这种膜格栅运行的主要问题是：①进水SS对膜格栅的过滤能力影响较大丨②高压冲洗装置使污水雾化，车间环境较差。如果在转鼓式膜格栅前面设置过滤精度为4〜6mm孔式细格栅，则会大大降低水中的SS，从而降低膜格栅的过滤负荷压力，解决MBR膜系统的瓶颈问题。另外，转鼓膜格栅的栅后面要设有一定高度的挡墙，保证栅后有一定液位高度，较小的液位差可以减小转鼓启动扭矩，防止设备损坏。2.4.2水平转鼓式膜格栅水平转鼓式膜格栅的安装角度约为6°，其结构型式参见图6。冲洗进水口j溢流栅渣口图6水平转鼓式膜格栅结构型式这种膜格栅的过滤孔径有0.6mm、1.0mm、1.5mm、2mm、2.5mm五种规格。其工作原理是：污水由进水管流入转鼓，并被分布在滤鼓表面，液体通过滤鼓表面的网孔流进箱体下方的水槽内，鼓内被分离的栅渣，随着滤鼓的旋转被鼓内与转鼓为一体的螺旋叶片推送至鼓端的排渣口排出。滤鼓外侧上方沿滤鼓轴线长度上设有冲洗水喷头及尼龙刷，冲洗水压力约为4〜6bar。由于这种膜格栅在国内尚无已投入运行的工程业绩，运行问题还不详，但与上述倾斜转鼓式膜格栅相比，由于可以采用管道进出水方式，设备为全封闭结构，车间环境好，价格较便宜，主要缺点是：①已运行的最大机型的过水能力比较小，对于大型处理厂，设备配置数量较多，占地面积较大；不过2011年新开发了大型机，比原最大机型过水能力增大了约50%;孔径2mm，SS为200mg/L时的最大过滤能力为435L/s;②需要单独配备高水力负荷的压榨机。2.4.3网板式膜格栅网板式膜格栅的结构型式与前述孔板式细格栅相同（见图3)。与细格栅相比，滤板一般是由不锈钢丝网制成（也有用孔板的），过滤精度一般不大于1mm。这种格栅的过水能力与格栅的淹没深度有关，渠道比倾斜转鼓膜格栅深，占地面积小。网板式膜格栅除了中压冲洗水系统外，还须配备一套高压冲洗水系统，高压冲洗水的冲洗压力在100bar以上。由于这种格栅在国内用于MBR工艺膜格栅的业绩较少，运行问题尚不明确。2.5曝气器MBR生物池与污水处理厂生物处理段的曝气池类似，但运行的污泥浓度是其2〜4倍（8000〜12000mg/L)，曝气量很大，气水