周军1，甘一萍1，李艺2，龙安平2
（1. 北京城市排水集团有限责任公司，北京 100061；2. 北京市市政工程设计研究总院 100045） 1 前言 膜生物反应器（Membrane Bioreactor，缩写MBR）是将膜处理技术与活性污泥法相结合的一种新型工艺，在过去的30年中技术上取得了巨大的进步[1]。工程技术人员对MBR中污染物的去除机理、膜污染的机理掌握得越来越深入[2～6]，对工艺参数的选择也更加熟练[7～12]。目前，MBR的处理对象已经包括了绝大多数种类的污水，处理规模由小试逐步发展为每天数万吨以上[13～15]。
MBR采用的膜类型一般分中空纤维和板式两种。加拿大Zenon公司开发的Zeeweed系统是全球最大的中空纤维膜生物反应器生产厂商之一，目前世界上已有上百座采用加拿大Zenon公司Zeeweed工艺的MBR工艺的污水厂[16]。最大的两座分别位于德国Nordkanal/Kaarst（处理能力44300 m3/d）和意大利Verziano的Brescia污水厂（处理能力41800 m3/d）。美国西雅图市将采用此系统在两年内建造迄今最大的MBR污水厂，处理能力高达17万m3/d。本文介绍位于美国加利福尼亚州采用MBR工艺的Corona污水厂（City of Corona Wastewater Reclamation Plant No.3）工艺及运行状况。 2 建设背景 Corona市污水厂2001年12月投入运行，目的是处理该市Eagle Glen社区（截至2003年5月，社区共有居民1377户）的生活污水。出水主要回用于Eagle Glen高尔夫球场以及周围学校、公园的绿化，出水要求达到加利福尼亚州22号条例（Title 22）所规定的再生水水质标准，同时也达到了排入临近水体（Temescal Wash河）的标准。该MBR污水厂采用Zenon公司0.035微米超滤膜，处理水量4000 m3/d。基本处理流程是污水经粗格栅后潜水泵提升，经3 mm真空转鼓格栅进入曝气池，出水加氯消毒后经清水池打到高尔夫球场。 3 进出水水质 表1 2003年7月1日～15日进出水平均值 | 项目 | BOD
(mg/L) | SS
(mg/L) | 浊度
(NTU) | NH3-N
(mg/L) | 总无机氮
(mg/L) | 大肠杆菌
(MPN) | | 进水 | 480 | 814 | | 47.6 | | | | 出水 | 0.67 | 2.2 | 0.085 | 0.03 | 2.11 | 0 | | 水质标准 | 20 | 20 | | 4.5 | 10 | |
由表1的结果可以看出，该厂出水不仅SS和浊度很低，而且出水BOD、大肠杆菌远低于普通二级污水处理厂，这体现了MBR工艺与普通生物处理出水水质的巨大差别。 4 工艺流程 处理工艺流程见图1。 
图1 工艺流程图
5 曝气池结构 曝气池结构见图2。 
图2 曝气池结构简图
6 运行参数 曝气池采用穿孔管曝气，使用变频罗茨鼓风机。曝气池污泥浓度11 g/L，溶解氧5 ～ 7 mg/L，泥龄8 ～ 10 d，设计污泥回流比100% ～ 400%，一般控制为200%。采用2台自动排泥泵瞬时排泥，每天排泥54.5 m3。
超滤膜共2组，每组9框，每框22个膜组件，每个膜组件长约1.5米。总膜面积450 m2。膜透过压力（transmembrane pressure，TMP）为3.4 ～ 10.3 kPa，每10秒切换一次。超滤膜每2年采用盐酸和12.5%的次氯酸钠溶液清洗一次。消毒采用次氯酸钠，投加量为10 ～ 15 mg/L，接触时间2小时，余氯控制在5 mg/L。如出水排入河道，必须使用SO2进行脱氯处理。
此处理厂仅对格栅处进行生物除臭。臭气经填满碎树皮的除臭池，除臭池尺寸3 m×5 m×1.5 m。另外将污泥消味剂打入污泥中除臭。处理厂另备用600 kW发电机。 7 经济分析 表2 不同工艺污水处理厂投资估算 | 工艺 | 投资费用（百万美元） | 年运行费（美元/m3） | 占地面积（m2） | | 二沉后加石灰（不含石灰再生） | 161 | 0.53 | 160 000 | | 二沉后微滤 | 145 | 0.45 | 150 000 | | 二沉后加铝盐 | 137 | 0.43 | 130 000 | | MBR+活性炭 | 133 | 0.47 | 40 000 | | 处理水量 (m3/d) | 45 400 |
表3 污水处理厂经济分析 单位：美元 | 土建费用 | 夏季月电力费用 | 冬季月电力费用 | 制水成本（/m3） | 处理水量（m3/d） | | 9500 000 | 21 000 | 11 000 | 0.30 | 4000 |
8 小结 通过此实例，我们将MBR的特点归纳如下：
① 高效固液分离，分离效果大大高于传统沉淀池；
② 有效除菌，减少消毒剂的投加；
③ 反应器水力停留时间与污泥龄的完全分离，运行控制更加灵活；
④ 占地面积小，投资及运行费适中。 参考文献 [1] Tom Stephenson, Simon Judd, Bruce Jefferson, Keith Brindle. 张树国, 李咏梅译. 膜生物反应器污水处理技术. 北京: 化学工业出版社 环境科学与工程出版中心, 2003.
[2] W. Fuchs, H. Binder, G. Mavrias, R. Braun. Anaerobic treatment of wastewater with high organic content using a stirred tank reactor coupled with a membrane filtration unit. Water Research, 2003, 37: 902-908.
[3] Hang-Sik Shin, Seok-Tae Kang. Characteristics and fates of soluble microbial products in ceramic membrane bioreactor at various sludge retention times. Water Research, 2003, 37: 121-127.
[4] Viktoriya V. Konovalova, Galyna M. Dmytrenko, Rinat R. Nigmatullin, Mikhaylo T. Bryk, et al. Chromium(VI) reduction in a membrane bioreactor with immobilized Pseudomonas cells. Enzyme and Microbial Technology, 2003, 33: 899-907.
[5] F. Pagnanelli, F. Beolchini, A. Di Biase, F. Veglio. Effect of equilibrium models in the simulation of heavy metal biosorption in single and two-stage UF/MF membrane reactor systems. Biochemical Engineering Journal, 2003, 15.
[6] Ping Gui, Xia Huang, Ying Chen, Yi Qian. Effect of operational parameters on sludge accumulation on membrane surfaces in a submerged membrane bioreactor. Desalination, 2002, 151: 185-l94.
[7] Nong Xu, Weihong Xing, Nanping Xu, Jun Shi. Application of turbulence promoters in ceramic membrane bioreactor used for municipal wastewater reclamation. Journal of Membrane Science, 2002, 210: 307-313.
[8] Pierre Le Clech, Bruce Jefferson, In Soung Chang, Simon J. Judd. Critical flux determination by the flux-step method in a submerged membrane bioreactor. Journal of Membrane Science, 2003, 227: 81-93.
[9] Jin Kie Shim, Ik-Keun Yoo, Young Moo Lee. Design and operation considerations for wastewater treatment using a flat submerged membrane bioreactor. Process Biochemistry, 2002, 38: 279-285.
[10] Kaichang Yu, Xianghua Wen, QingJie Bu, Huang Xia. Critical flux enhancements with air sparging in axial hollow fibers cross-flow microfiltration of biologically treated wastewater. Journal of Membrane Science, 2003, 224: 69-79.
[11] Q. Gan, S.J. Allen, G. Taylor. Design and operation of an integrated membrane reactor for enzymatic cellulose hydrolysis. Biochemical Engineering Journal, 2002, 12: 223-229.
[12] Kyung-Guen Song, Youn-Kyoo Choung, Kyu-Hong Ahtf, Jinwoo Cho, Hojoon Yun. Performance of membrane bioreactor system with sludge ozonation process for minimization of excess sludge production. Desalination, 2003, 157: 353-359.
[13] 彭若梦, 王艳. A/O膜生物反应器处理炼油废水并回用. 中国给水排水, 2002, 18(8): 78-80.
[14] 李军, 傅金祥, 汪力, 赵玉华. IMBR法处理洗浴污水的试验研究. 沈阳建筑工程学院学报(自然科学版), 2003, 19(1): 53-57.
[15] Simon Judd & Bruce Jefferson. Membranes for Industrial Wastewater Recovery and Re-use. Published by Elsevier Adanced Technology, 2003.
[16] 顾国维, 何义量. 膜生物反应器—在污水处理中的研究和应用. 北京: 化学工业出版社, 2002. |
