MBR工艺即膜生物反应器，由膜分离系统和生物处理系统组成，常见的组合形式是一体化工艺，也就是将膜组件放置于生物处理系统内部，被处理污水进入膜生物反应器，其中大部分污染物被活性污泥降解，在抽吸泵营造的压差作用下，通过膜过滤出水。其工艺特点是污泥浓度高，占地紧凑，自动化程度高。MBR工艺在工业废水和生活污水的处理中都有广泛研究和应用。
1、工程概况
1.1 工程简介
某煤矿属于内蒙地区露天煤矿区，不产生矿井水，但因地上作业较多，管理人员及工人数近千人，有较多生活污水产生。煤矿生活污水 >
1.2 设计进出水水质
污水中含有一定浓度的有机物和表面活性剂，并含有较多含量的油类物质，污染物指标以CODCr、BOD5、浊度、NH3-N和动植物油为主。污水处理工程设计规模800m3/d。《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T18920-2002)中的道路清扫、消防用水标准。标准中对CODCr和动植物油没有要求，考虑到提高污水回用品质，将CODCr的排放标准定为50mg/L，将动植物油的排放标准定为5mg/L。
设计进出水主要水质指标如表1所示。
2、处理工艺描述
2.1 机械格栅
生活污水由于 >
2.2 旋流沉砂
由于矿区污水点源分散，汇集路径分布广泛，在收集过程中，会混入一部分泥砂。泥砂进入系统后会造成沉积，破坏设备原有功能并造成磨损。旋流沉砂器的作用是，利用水力旋流模型，实现泥砂的加速沉淀效果，将其从污水中分离出来，保证后续系统不受其影响。旋流沉砂比平流沉砂的效率更高。
2.3 溶气气浮
污水含有的动植物油类物质，会影响生化系统对溶解氧的利用，油类物质浓度过高时，还会影响MBR膜的过滤效果。溶气气浮工艺是通过向水中供入高压空气，在常压条件下释放，形成的微小气泡可将污水中的绝大多数油类物质以及一部分悬浮物去除。
2.4 竖流沉淀
污水经过前序处理，其残留污染物基本是溶解性污染物，但污染物浓度仍处于较高水平。为降低后续生化系统的压力，特设置竖流沉淀工艺，通过聚凝剂和絮凝剂的综合作用，可将污水中一部分溶解性有机物加以去除。
2.5 MBR工艺
MBR系统选用中空纤维膜，平均孔径仅为0.1μm。MBR膜可以截留活性污泥，提高系统容积效率，可以避免活性微生物的流失，使得系统的污泥龄延长，有利于微生物尤其是硝化细菌的生长，废水中的有机物在反应器内停留较长时间，最终得以分解去除。MBR膜还有一定的细菌截留作用，对大肠杆菌的去除率可达到99%。系统末端配套消毒设施。
具体的工艺流程如图1所示。
3、详细设计参数
3.1 机械格栅
格栅安装于调节池内的格栅渠。调节池1座，采用钢砼结构，尺寸为12m×6m×4.5m，总容积324m3，格栅渠1座，采用钢砼结构，尺寸为3.5m×1.2m×3m，总容积12.6m3。设置有机械格栅2台(1用1备)，回转格栅，304不锈钢材质，单台宽度1m，栅条间隙5mm，提升泵3台(2用1备)，单级卧式离心泵，铸铁材质，单台Q=20m3/h，H=25m，N=2.2kW，超声波液位计1套。
3.2 旋流沉砂
设置有旋流沉砂器1台，处理能力50m3/h，碳钢防腐材质，池径1.8m，气提负荷2m3/min，配套提砂器和螺旋输送机。
3.3 溶气气浮
设置有溶气气浮机1套，处理能力50m3/h，总体尺寸为10m×2.8m×2.8m，絮凝反应区尺寸2.8m×1.4m×2.8m，溶气释放区尺寸2.8m×0.8m×1.6m，碳钢防腐材质，溶气水泵2台(1用1备)，铸铁材质，单台Q=25m3/h，H=50m，N=7.5kW，空压机1台，功率N=1.5kW，配套溶气罐1套，刮渣机1台，链条中心距4m，宽度2.8m，N=0.75kw，另配套加药装置1套。
3.4 竖流沉淀
竖流沉淀池2座，采用钢砼结构，尺寸为φ4.5m×7m，表面负荷1.1m/h，设置有PAC加药装置1套，药液容量200L，加药能力100L/h，设置有PAM加药装置1套，药液容量200L，加药能力100L/h，系统配置2台电动闸阀，程序设定自动排泥。
3.5 MBR系统
MBR一体化反应池1座，采用碳钢防腐结构，尺寸为15m×5m×5m，总容积375m3，分缺氧区和好氧区，缺氧区配套搅拌机，304不锈钢材质，BOD污泥负荷0.13kgBOD/(kg?d)，污泥浓度4500mg/L，配套曝气器，膜通量18L/(m2?h)，单帘面积20m2，配套穿孔管曝气装置，抽吸泵2台(1用1备)，铸铁材质，单台Q=35m3/h，H=10m，N=3kW，污泥泵2台(1用1备)，铸铁材质，单台Q=10m3/h，H=8m，N=0.75kW，反洗泵2台(1用1备)，铸铁材质，单台Q=20m3/h，H=20m，N=2.2kW，配置清洗加药系统及超声波液位计1套，配置溶氧仪1套，在系统末端配置二氧化氯投加系统，以保证产水用作饮用水的余氯需求，设备有效氯产量400g/h，配套盐酸、次氯酸钠PE储罐、计量加药泵、卸料泵、射流器、增压泵、余氯检测仪等。
3.6 污泥处理系统
污泥浓缩池1座，采用钢砼结构，尺寸为4.5m×4.5m×5m，总容积100m3，设置有气动隔膜泵2台(1用1备)，单台Q=15m3/h，H=60m，配套消音器，空压机，储气罐，膜片材质为PTFE，外壳材质为铝合金，PAM加药装置1套，药液容量200L，加药能力200L/h，板框压滤机1台，过滤面积70m2，自动压紧、保压，手动拉板，配套明流接液槽，槽型履带输送机，长度5m，宽400mm，功率N=3.0kw，材质为碳钢防腐，皮带材质为耐腐蚀橡胶，倾斜无轴螺旋输送机，倾斜角度20度，输送量5m3/h，长度5m，功率N=3.0kw，材质为碳钢防腐。
4、运行效果分析
调试阶段向生化系统引入当地生活污水处理厂的剩余污泥，按污泥培养方法进行闷曝、低负荷过水、正常负荷过水等步骤。根据行业经验，调试完成后，污泥浓度控制在8000mg/L[11]，溶解氧维持在1.5~2mg/L[12]，系统已经具备了良好的降解效果。正式运行开始后，正值夏季，水量基本满负荷，操作人员对连续日平均污染物浓度监测进行了30日记录。在此期间，进水CODCr基本维持在400mg/L，高峰波动至460mg/L，系统去除率维持在90%左右，进水BOD5基本维持在200mg/L，高峰波动至220mg/L，系统去除率维持在95%左右，进水NH3-N基本维持在40mg/L，高峰波动至48mg/L，系统去除率维持在80~83%，进水浊度(NTU)稳定在180，出水浊度(NTU)稳定在5，进水动植物油浓度稳定在35mg/L，出水动植物油浓度稳定在1mg/L。CODCr、BOD5、NH3-N的运行处理效果见图2～图4。
MBR生化系统经过调试后达到稳定运行状态，间歇运行的稳定产水量在28m3/h，跨膜压差稳定在0.015~0.03MPa，污水原水进水浊度(NTU)为180，经过溶气气浮及竖流沉淀后浊度(NTU)稳定在20，经由生化系统处理并过滤后，浊度(NTU)稳定在5，污水原水进水动植物油浓度为35mg/L，经过溶气气浮及竖流沉淀后动植物油浓度稳定在2mg/L，经由生化系统处理和MBR膜过滤后，植物油浓度稳定在1mg/L。经评估，此含油浓度不会对膜系统产生较大污染，长期运行后可通过清洗恢复膜的性能。
在系统运行过程中，膜的维护性清洗是稳定运行的关键点，要能够将绝大部分污染物都被清洗，以下三点需要重点要求。第一，要有足够的反冲洗水量，保证整个膜系统内都充满反洗药剂。本项目反冲水量应达到10m3/h，第二，要保证冲洗时间。根据运行经验，反洗的周期设定在每72h一次是最佳状态(此时跨膜压差接近0.03MPa)，每次反洗15~20min，第三，先碱洗后酸洗，以保证污染物能够在酸碱交替环境下得到充分清洗。根据运行经验，碱性三次后进行一次酸洗是最佳状态。
MBR生化系统的主要进出水指标(月平均值)见表2。
5、经济分析
项目建设投资420万元，日常运行费用包括电费(日耗电量803kW?h)、药剂费(日消耗药剂167元)、人工费(定员2人，总日薪200元)，每日运行直接费用为1.41元/m3。项目产水约能替代煤矿一部分外购水，按外购水4元/m3计算，日节省费用为2072元，年节省费用为75.63万元，经济效益显著。
6、结语
采用以机械格栅+旋流沉砂+溶气气浮+MBR的工艺处理北方露天煤矿的生活污水，最终出水CODCr小于50mg/L，BOD5小于15mg/L，NH3-N小于10mg/L，浊度(NTU)小于5，满足《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T18920-2002)中的道路清扫、消防用水标准。MBR膜由于浸泡在活性污泥中，所以容易受到污染，在运行中选择合适的清洗药剂以及合理的清洗周期，是系统达到设计水平并且稳定运行的关键。( >
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