膜生物反應器(MBR)采用膜組件代替二沉池進行固液分離，污泥濃度可高達普通活性污泥法的3~4倍，污泥齡長，污泥負荷低，有利于降解廢水中各類有機污染物和氨氮，近年來被廣泛應用于有機廢水處理、有機廢水脫氮等方面。
不同類型的膜組件處理印染等廢水的對比研究已有報道，但多為實驗室研究，應用于煤化工廢水實際項目的案例較少。筆者以陜西某煤化工廢水處理項目為例，介紹了MBR工藝在煤間接液化廢水處理項目中的應用情況，并對比了傳統簾式和海藻式膜生物反應器的設計與運行參數，以期為同類工程提供參考。
1、工程概況
陜西某煤間接液化工業示范裝置以煤為原料，生產液化油品。該項目排放的生產、生活廢水經污水處理裝置集中處理后再進行深度處理，大部分產水作為循環水站補水回用，深度處理產生的濃鹽水排入濃水處理裝置的蒸發結晶單元進行最終處理。
污水處理裝置主工藝采用多級A/O+MBR組合工藝，其中MBR單元分別采用傳統簾式和海藻式MBR系統，2套系統獨立運行，各占50%處理能力，處理水量均為370m3/h。
2、工程設計
2.1 進、出水水質
裝置污水主要由氣化污水、合成高濃度污水、含硫污水等組成，廢水水質、水量波動大，氨氮、有機物濃度高，并含有一定濃度的油、硫化物等。根據分質分流的處理原則，各股廢水分別經預處理后匯入調節池，后經多級A/O+MBR工藝處理，出水進入回用水裝置進行軟化脫鹽。本項目污水出水要求在《黃河流域(陜西段)污水綜合排放標準》(DB61/224—2011)一級標準基礎上執行更嚴格的控制指標。進、出水設計水質見表1。
2.2 工藝選擇
污水處理工藝流程如圖1所示。
2.2.1 預處理系統
氣化污水硬度較高，影響后續工藝設備的運行，在初沉池前投加除硬劑，可去除水中的硬度和部分懸浮物。高濃度污水含有一定濃度的有機酸，首先進入中和池，投加堿液使廢水近中性，后經渦凹、溶氣兩級氣浮除油，再經UASB降解大部分有機物。含硫污水先經溶氣氣浮除油，后經化學沉淀法除硫化物(投加硫酸亞鐵溶液)。以上預處理后的3股廢水進入調節池均質混合。
2.2.2 生化處理系統
該項目處理規模大，同時含有較高濃度的氨氮和COD，因此選用A/O變型工藝——多級A/O工藝作為生化工藝，該工藝可根據進水狀況靈活調節各段的回流比等參數，適合與后端的MBR池有機結合。
2.2.3 MBR系統
采用處理規模相同的傳統簾式和海藻式MBR2組系統，參數對比如表2所示。
傳統簾式MBR兩端固定在出水口，產水時通過抽吸泵產生的負壓作用，使混合液中的水往膜內滲透，經過膜的中空管收集，最后進入兩端的出水收集管中。由于它的膜絲比較穩定，附著在膜絲上的生物不易被曝氣吹走，所以附著生物較多，可以更有效地去除污水中的各種有害物質。
海藻式MBR則由底部固定在出水口、上部不固定的膜絲組件組成的。其主要特點是不固定的一端隨著曝氣的進行不停抖動，有利于去除膜表面污染物質，尤其可避免頂部毛發纖維的纏繞，大大降低了膜的污染程度。且在膜單元中間曝氣，優化了曝氣位置，減少了污泥在底部的沉積。
3、MBR單元主要設計參數
3.1 生化池
生化反應池采用多級A/O工藝，其中一級O池停留時間67h，分2格，每格尺寸68.0m×60.0m×7.0m，有效水深6.2m，每格設5個廊道，污泥質量濃度4g/L，池底設置旋流式曝氣器。
一級A池停留時間67h，分2格，每格尺寸68.0m×60.0m×7.0m，有效水深6.2m，設置推流式攪拌器共16臺，設2臺一級A池至一級O池的混合液回流泵，回流比200%。
二級A池停留時間12h，分2格，每格尺寸32.0m×22.0m×7.0m，有效水深6.2m，設置推流式攪拌器共4臺。
二級O池停留時間7h，分2格，每格尺寸20m×22m×7.0m，有效水深6.2m，污泥質量濃度4g/L，池底設置旋流式曝氣器，配6臺從二級O池回流至一級A池的硝化液回流泵，回流比800%。
3.2 MBR設備間
為方便設備維護、管理，MBR池設置在MBR設備間內。MBR設備間內設置產水泵、反洗泵、污泥回流泵、曝氣風機及膜清洗設備等。
膜池共設8格，其中海藻式MBR和傳統簾式MBR各設4組規格相同的膜池。單組膜池尺寸11.0m×3.2m×4.3m，有效水深3.4m。每組膜池安裝膜組件5套，共40套。每套膜組件過濾面積1500m2，總過濾面積30000m2。膜池設計平均膜通量13L/(m2·h)，最大時膜通量15L/(m2·h)，設計污泥質量濃度8.0g/L。2套MBR系統共用1座產水池，尺寸16.0m×11.0m×4.3m，有效水深3.8m，停留時間0.9h。
每套膜池對應1臺產水泵及污泥回流泵。其中產水泵采用臥式離心泵，變頻控制，以實現不同工況下產水量的靈活控制。海藻式MBR系統的產水泵流量比傳統簾式MBR系統大1倍，以實現定期大流量抽吸，去除膜絲頂部積累的空氣。與膜池一對一的污泥回流泵可以靈活控制各組膜池的回流量，以保證污泥濃度均勻，污泥回流比為400%。
傳統簾式和海藻式MBR各設1套反洗泵，變頻控制，反洗水采用產水池出水，反沖洗通量30~34L/(m2·h)。
傳統簾式MBR采用常規的連續曝氣，曝氣風機采用2臺單級高速離心風機(1用1備)，單臺風機Q=141m3/min，p=50kPa，P=220kW。海藻式MBR采用間歇曝氣，即4組膜池依次曝氣，曝氣量占總風量的25%，曝氣風機采用2臺羅茨風機(1用1備)，單臺風機Q=83m3/min，p=50kPa，P=110kW。通過管路上設置的電動蝶閥控制每組膜池曝氣開閉。為避免曝氣管道上的銹渣進入膜池損壞膜絲，MBR曝氣管道均采用不銹鋼材質，另風機均采用無油風機，避免帶入油分。
由于產水抽吸時會有空氣進入膜絲中，2套MBR系統在產水管頂部設置真空水射器定期抽吸去除積累的空氣，抽吸工況在每個產水周期前進行1次，持續時間10~30s。
采用檸檬酸和次氯酸鈉作為化學清洗劑，清洗方式均采用清水+化學藥劑，不同的是，傳統簾式MBR采用反洗泵作為清洗泵，而海藻式MBR單獨設置清洗水泵。2套膜系統分別設置檸檬酸及次氯酸鈉的清洗裝置各1套，分別供維護性清洗及恢復性清洗使用。所有清洗裝置單獨放置在MBR加藥間內。恢復性清洗在膜池中進行，無需將膜組件吊出，減少了人工工作量。
MBR產水管均采用UPVC管，MBR曝氣管道采用不銹鋼(SS304)材質，避免銹渣等雜質進入系統，損壞膜絲。
4、運行效果
4.1 MBR的啟動調試
MBR系統正常運行的前提是前端A/O池活性污泥系統的成功啟動，一般建議膜池污泥質量濃度>3g/L時再啟動產水程序。該裝置自2016年初開始調試運行，在A/O池分次投加某市政污水廠活性污泥，同時逐漸增加廢水比例，直至污泥質量濃度增加至3g/L左右，廢水進入MBR系統并開始正常產水。
由于進水不含生活污水，因此工藝前端未設計配置膜格柵。運行一段時間后發現傳統簾式MBR的膜絲尤其是上部出水端纏繞了部分絲狀纖維等雜質，分析原因認為，由于生化池調試時采用市政污水廠污泥作為接種污泥，其中混有較多絲狀物，纏繞在膜絲上難以分離。另外，由于生化池露天設計，池面漂浮的雜質也會進入膜池，影響膜組件的運行。后期在生化池出水口設置1~2mm的人工篩網，并定期打撈生化池表面的雜物，并對膜組件進行離線人工清理，纏繞物的影響得以消除。而海藻式MBR的膜絲上未發現明顯的纏繞物，也體現了該膜結構的優勢。
4.2 實際進出水水質
至今2套MBR系統運行良好。檢測常規進出水水質如表3所示。
在進水COD、氨氮濃度較高且水質波動較大的條件下，2套MBR系統均保持了較高的污染物去除率，MBR系統可截留生化混合液中的硝化菌及優勢菌種，使生化系統維持在較高的污泥濃度下運行，保證了氨氮和有機物的去除效果。
相比傳統簾式MBR，海藻式MBR對總氮的去除效果更佳，這得益于該系統采用的循環曝氣模式，增加了缺氧反應時間，但其氨氮去除率相對較低。傳統簾式MBR去除有機物的效果更佳。
4.3 清洗頻率對比
項目通過控制化學清洗的頻率，有效控制MBR膜污染�？偨Y運行經驗后對清洗頻率進行推薦，結果見表4。
相比傳統簾式MBR，海藻式MBR維護性清洗頻率略高，這是由于該系統采用循環曝氣方式，膜曝氣擦洗空氣量較低，但曝氣的總體能耗更低。
2套系統的檸檬酸清洗頻率相比其他廢水較高，是因為氣化廢水所含硬度較高，經分析，硬度以碳酸鹽為主，后期化學清洗通過輔助投加鹽酸以保證碳酸鹽的徹底去除。
4.4 MBR運行成本
相比化學清洗藥劑費用，MBR系統的運行成本主要體現在能耗上。傳統簾式MBR運行電費為0.57元/m3，而海藻式MBR運行電費為0.45元/m3，這是由于海藻式MBR采用間歇曝氣方式，選用的風機功率更小。
5、結論與建議
將MBR工藝應用于煤間接液化廢水處理，克服了廢水水質波動大，COD、氨氮濃度高的影響，出水水質優良，完全滿足設計要求。其中，海藻式MBR受進水絲狀雜質影響較小，去除總氮效果更佳，化學清洗頻率略高，總體運行能耗較低;傳統簾式MBR去除有機物的效果更佳，運行更穩定。實際工程中應根據進水水質情況，結合投資、能耗等，綜合考慮選擇合適的膜組件類型。
考慮到煤化工廢水含有較高濃度的油、硬度、重金屬離子，前端預處理單元應保證運行穩定，避免對膜系統造成不可逆影響。應根據進水水質變化及時調整MBR運行參數及清洗周期。同時提高運營管理水平，堅持膜的定期清洗策略，使膜污染得到合理控制。今后需重點考慮MBR系統與生化處理的有機結合(如將硝化液回流與污泥回流合并)，采用更經濟有效的MBR曝氣方式以減少能耗，并研發可用于煤化工廢水的親水性強、更耐污染的膜材料。(來源：博天環境集團股份有限公司)
