看完這座世界最大MBR工廠，99%的MBR問題都將迎刃而解
近些年來，由于我國大力倡導清潔生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟、節(jié)能降耗、集約用地的大環(huán)境下，MBR項目大批量建設，而這則得益于MBR高負荷、長泥齡、高效截流、占地少等突出優(yōu)點。
因此，不少水友都想了解MBR、熟悉MBR、掌握MBR。
與其干巴巴的羅列知識點，不如來看看實例。接下來，就讓我們一起走進瑞典亨利克斯達爾（Henriksdal）污水處理廠，世界上最大的MBR污水處理廠之一。
01
亨利克斯達爾污水處理廠概況
亨利克斯達爾污水處理廠位于瑞典首都斯德哥爾摩市，耗資40億，共安裝了1008個膜生物反應器，膜表面積約160萬米，相當于230個足球場。
1、進、出水參數(shù)
進出水參數(shù)表
2、處理設施
亨利克斯達爾污水處理設施概覽
該廠使用機械，化學，生物和砂濾工藝處理廢水，然后將處理后的水通入波羅的海。產(chǎn)生的沼氣在該廠的供熱系統(tǒng)中用作燃料，用于發(fā)電和生產(chǎn)用于為車輛加油的生物甲烷，而產(chǎn)生的污泥則用作土壤改良劑。
現(xiàn)場約有90％的設施位于地下。地面設施包括控制中心大樓，機械處理設施，污泥池和污泥濃縮器，沼氣池，儲氣罐以及氣體收集和儲氣設施的部。
該廠的舊通風煙囪高80m，直徑7m，目前正在用混凝土加固。
其他設備見下表：
亨利克斯達爾污水廠設施表
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亨利克斯達爾污水處理廠處理工藝
亨利克斯達爾污水廠的廢水處理主要分為三個階段：機械、化學和生物處理。其中，生物處階段，為活性污泥與MBR。
首先通過A2O工藝，利用微生物分解有機物將氨轉化為氮氣（通過預反硝化去除氮，然后使用補充碳進行反硝化）。接著，膜將取代傳統(tǒng)沉降法而作為廢水處理的最后階段。
亨利克斯達爾污水處理工藝流程
與傳統(tǒng)沉降相比，MBR技術能夠更有效的去除氮，氮排放量能夠下降約40％，從每升10mg降至6mg。
另外，MBR可以通過具有細小孔的物理屏障（膜）過濾水，有效的將污泥與處理后的廢水分離，因此可以在較小的體積內處理更多的水，并且處理效果更好。
如前文所述，亨利克斯達爾共安裝了1008個膜生物反應器（GE Zenon公司的Zeeweed 500），膜表面積約160萬米。
這些濾膜是中空纖維，可以比作吸管。在中空纖維從外面向里過濾，就像一個微小的屏障，有非常細的孔（40 nm）。它們不允許顆粒和與顆粒結合的污染物通過，這使處理后的廢水變得幾乎不含顆粒物。同時，這種薄膜還能過濾掉微塑料、細菌、病毒和藥物殘留。
MBR設備
通過向上方吹空氣來保持膜的清潔，這樣可以除去污泥和被卡住的顆粒。
活性污泥被抽回曝氣池，在生物處理過程中重復利用。剩余污泥則被送至污泥處理設施，在那里污泥被消化成沼氣。
此外，MBR設備易受可能在生物處理設備中堆積并破壞設備的垃圾的侵害。因此，亨利克斯達爾在生物處理設施的入口處安裝了多孔板篩。
為了確定MBR設備的處理效果，亨里克斯達爾在2013年設置了一條初試污水處理線，處理工藝與水廠相同，處理量為水廠水量的0.015%（約120噸/天）。
在處理線上設立了17個監(jiān)測點，對水質不斷監(jiān)測，監(jiān)測內容包括TN、TP和微污染物。此外，還監(jiān)測了不同處理過程中的N2O排放和生物濾膜的特性。
根據(jù)兩年的持續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，亨里克斯達爾基本可以實現(xiàn)出水TN低于6mg/L和TP低于0.2mg/L。生物濾膜的平均通透性很高，在監(jiān)測期間完全除去了水中的顆粒物。
03
關于MBR工藝，
10個水處理人最關心的問題
但在實際應用過程中，MBR工藝常常會出現(xiàn)高成本、高污染等問題。
一方面原因是，MBR優(yōu)缺點明顯不一定適合所有污水項目，因地制宜最重要。比如，亨利克斯達爾是一座地下式污水廠，其對用地面積緊張、景觀環(huán)境要求高，MBR工藝流程短、出水效果高的特點便可完美匹配。脫離使用場景談工藝的優(yōu)缺點是沒有任何意義的。
另一方面原因則是，MBR項目相關人員在設計、運營上常常存在誤解，甚至認識不足，從而導致很多MBR項目出現(xiàn)各式各樣的問題。比如：MBR膜通量設計越高越好×；為了不堵膜，就要盡可能地降低污泥濃度×......
下面，我們將圍繞10個水處理技術人最關心的MBR問題，給大家一一解答。
01
中空纖維膜和平板膜哪個更好？
02
哪種MBR膜膜材質最好？
PVDF、PES、還是PTFE？
03
MBR膜孔徑多少最為合適？
膜按照孔徑分可以分為以下4類，國內外使用的膜生物反應器大部分濾膜孔徑集中在0.05-0.4μm之間，基本介于超濾、微濾膜臨界點附近。
目前，超濾膜應用呈增加趨勢。雖然微濾膜首次采購成本比超濾膜略低，但超濾膜在膜化學清洗和消毒方面節(jié)約的藥劑費用即可彌補膜的差價；又由于超濾膜使用壽命長、換膜成本低，對傳統(tǒng)污染物和新污染物的去除效率更高。
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MBR膜通量設計越高越好嗎？
膜的通量是由膜材料和結構決定的，對于某一特定的膜處理單元，其孔隙率和通量是存在上限的。膜材料在減小孔徑的同時必須犧牲通過量，同時還要兼顧強度、保證長期運行，這就導致了通量是一個定值。
因此，在設計和應用過程中，應該根據(jù)膜廠家的建議參數(shù)進行設計。城鎮(zhèn)污水處理廠設計膜通量需按照國家標準和規(guī)程的取值范圍，平均膜通量不宜低于15L/(m2·h)，否則會造成設備投資和膜池土建投資的浪費，也會造成膜吹掃氣量的增加，增加鼓風機投資成本和運行成本。
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考慮低碳節(jié)能要求，MBR工藝有哪些設計要點？
1）合理的設計膜通量。膜通量應按照國家標準和規(guī)程取值，不宜小于15L/(m2·h)。合理地設計膜通量，可以減少工程投資、占地面積、運行能耗、運營成本及碳排放量等。
2）膜吹掃曝氣形式。宜采用節(jié)能的大氣泡脈沖曝氣，設計膜吹掃標準氣水比宜≤6m3/m3 。
3）MBR膜。宜選用膜孔徑≤0.05µm的PVDF 材質的中空纖維膜，膜絲拉伸強力不宜＜200N。在保證足夠的開孔率的前提下，選擇膜孔徑≤0.05µm的小孔徑超濾膜，能有效提升膜抗通量衰減的能力，延長膜的使用壽命，降低膜的維護成本，提高污水廠出水的可靠性和生物安全性。
4）膜池污泥濃度。最佳取值為10~12g/L。
5）處理工藝。宜采用脫氮效果好、運行能耗低的改良型兩級AO-MBR 工藝，生化系統(tǒng)及膜池一級回流。
6）鼓風系統(tǒng)。調節(jié)需考慮不同水質/水量的匹配，必要時可利用模型進行多工況計算驗證，以便更好地節(jié)能調控。
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與其他工藝相比，MBR的投資運營成本如何？
膜組件的價格基本和污水處理廠的規(guī)模成正比，而常規(guī)污水處理廠的規(guī)模越大越經(jīng)濟。
MBR工藝的土建成本較傳統(tǒng)活性污泥工藝低17%；MBR工藝的機械設備以及電氣投資比傳統(tǒng)活性污泥法高7%；膜組件的費用占整個污水處理廠投資的10%~30%。
在相同的出水水質前提下，在生物處理基本工藝相同的條件下，MBR工藝的出水水質與活性污泥+膜過濾工藝基本相同。從一些實際情況來看，MBR工藝的投資要比活性污泥工藝+膜過濾工藝低一些。
MBR的運行維護費用主要在膜曝氣以及膜更換費用
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MBR哪些運行參數(shù)對膜污染影響最大？
1）污泥停留時間（SRT）：SRT由排泥頻率和排泥量決定，直接影響著膜污染。當SRT降低時污泥混合液中的生物污染物質濃度增加，加重了膜污染。
2）曝氣強度和方式：好氧微生物的氧氣來源于反應器底部的曝氣設備，曝氣產(chǎn)生水流剪切力沖刷膜表面，減輕膜污染。曝氣不足時會導致污泥懸浮液中細菌種群的變化并且影響相關的生物溶解產(chǎn)物的釋放，造成嚴重的膜污染。
3）出水方式：在間歇性的出水模式下，MBR 中會產(chǎn)生一定的反沖刷效果，在曝氣作用的擾動下，達到控制膜污染的效果。
4）溫度和pH：pH值主要對污泥的性能產(chǎn)生較大的影響；一方面溫度的上升會導致污泥懸浮液粘度降低，另一方面促進微生物釋放SMP和EPS，導致嚴重的膜污染。
5）進水水質和污泥負荷：污泥負荷與水力停留時間、污泥濃度以及進水水質是密切相關的，直接影響著污水生物處理的效果。
6）錯流速率：在膜表面產(chǎn)生的剪切力以及由剪切力引起的反向擴散主要由錯流行為產(chǎn)生，進而減輕膜污染。
7）跨膜壓差：濃差極化作用和濾餅層污染在壓力超過臨界跨膜壓差時加強，此時膜污染行為更加明顯。
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為了不堵膜就要盡可能地降低污泥濃度？
堵膜是MBR應用中的常見的問題，而堵膜的是污泥，尤其是污泥濃度過高的時候，因此就有降低污泥濃度來避免堵膜的誤解，這恰恰又陷入了另一個誤區(qū)。
過低濃度和過高濃度的污泥都會讓膜很快堵塞，正確的做法是將濃度保持在一個合適的范圍。另外，曝氣有沖刷膜表面的作用，也應該保持在相應的保持量。
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MBR膜污染，究竟該如何控制？
MBR膜污染的控制方法是綜合性的，主要分為預防和清洗兩大類，其中改良膜性質、優(yōu)化工藝參數(shù)和操作條件、調控污泥混合液膜過濾性、膜污染清洗方法等。
1）通過對水力學的控制可以防止污泥懸浮液在膜表面產(chǎn)生的濾餅層，進而減輕膜污染。
2）預處理可以改善原水水質，并除去固體類型懸浮態(tài)物等。
3）通過混凝劑、氧化劑、粉末活性炭等處理由溶解性有機污染物產(chǎn)生的膜孔堵塞和凝膠層污染，適用于混合液膜過濾性比較差的情況。
4）在線清洗：在線物理清洗可去除由懸浮污泥產(chǎn)生的濾餅層膜污染，適用于濾餅層膜污染比較明顯的情況。由膠體和溶解性有機物產(chǎn)生的膜孔堵塞和凝膠層污染更合適用在線化學清洗方法加以去除。
5）超聲波清洗可去除濾餅層和凝膠層污染。
6）改善膜面流體力學條件：反應器布局結構的改變可以影響膜組件表面的濃差極化進而降低膜污染；或通過加大反應器內部水流攪動、加強曝氣對膜表面的剪切力，使截留在膜表面的溶質被及時去除。
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如何使用化學清洗解決膜污染問題？
物理清洗無法阻止不可逆污染的發(fā)生，必須通過化學清洗手段來恢復通量，即用化學藥劑對膜進行浸泡和清洗。
化學清洗包括維護清洗和強力（恢復）清洗。目前常用的清洗劑有NaClO溶液，用于去除有機污染物，檸檬酸，用于去除無機污染物等。
眾所周知，MBR供應商都有自己的強力清洗配方，主要區(qū)別是清洗劑濃度和清洗方法。以MBR供應商Z公司為例：
原標題：《看完這座世界最大MBR工廠，99%的MBR問題都將迎刃而解》
