一、項目背景

　　某污水處理廠(chǎng)設計處理規模10萬(wàn)m3/d，主要工藝采用AAO+MBR，尾水滿(mǎn)足《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》一級A出水排放標準(GB18919―2002)。MBR膜系統自2013年開(kāi)始運行，采用孔徑為0.1μm的浸沒(méi)式聚偏氟乙烯(PVDF)中空纖維超濾膜組件。由于膜使用年限已達設計年限，出現膜通量的正常衰減以及部分膜絲斷裂、脫落現象，膜通量降低，產(chǎn)能下降，膜系統產(chǎn)能不足，無(wú)法保證污水處理廠(chǎng)10萬(wàn)t/d產(chǎn)水能力。另外，隨著(zhù)城市進(jìn)一步發(fā)展以及環(huán)保督察、黑臭水體治理要求，周邊污水處理的需求增加。因此，為滿(mǎn)足生產(chǎn)要求、社會(huì )需求，亟需對MBR膜系統進(jìn)行改造，提升其產(chǎn)量。本次改造工程對象為單組規模為5萬(wàn)t/d的膜系統及配套設備。

　　二、污水處理廠(chǎng)概況

　　2.1 工藝流程

　　該廠(chǎng)污水處理工藝流程如圖1所示。一級處理采用粗格柵、細格柵、曝氣沉砂池、膜格柵，主要處理管網(wǎng)來(lái)水中的生活垃圾、無(wú)機物，為保護后續MBR膜系統，特設置間距為1mm的膜格柵。二級處理主要采用AAO+MBR工藝，為增加脫氮除磷效果，特在好氧池后設置預缺氧池，同時(shí)在好氧池增設化學(xué)除磷，作為強化除磷或應急措施。尾水采用紫外線(xiàn)消毒工藝處理達標后排放就近內港。污泥處理采用物理濃縮+板框深度脫水工藝，脫水至含水率為50%～60%后外運處置。

　　2.2 設計進(jìn)水及出水水質(zhì)

　　該廠(chǎng)設計出水水質(zhì)為國家一級A排放標準，進(jìn)出水水質(zhì)指標如表1所示。由于該廠(chǎng)在南方地區，進(jìn)水包括一定的雨水量，進(jìn)水濃度難以達到設計值。因此，生化處理工段的脫氮除磷效果將是運行重點(diǎn)，而出水總磷、總氮指標達標為運行控制難點(diǎn)。

　　三、MBR膜系統運行現狀及存在的問(wèn)題

　　3.1 MBR膜系統設備狀況

　　(1)MBR膜池與設備間(一體化構筑物內)

　　MBR膜池上接AAO池，下聯(lián)紫外消毒池。MBR膜池為鋼筋砼地下式矩形池，共2組，每組11格，每格8個(gè)膜箱，共176套膜組件。采用PVDF材質(zhì)簾式膜，孔徑<0.1μm，每套膜組件64片膜，每片膜面積為25m2，共計約281600m2。

　　MBR膜區由22組獨立控制產(chǎn)水單元組成，水力流程上又分為兩套獨立系統運行，便于檢修。膜組件可實(shí)現在線(xiàn)、離線(xiàn)清洗。膜設備間有膜系統配套設備，包括產(chǎn)水泵、真空泵、反洗泵、污泥泵及各類(lèi)管路系統;膜擦洗鼓風(fēng)機為空氣懸浮離心鼓風(fēng)機，共4臺，3用1備，單臺參數：Q=208Nm3/min，P=50kPa。

　　(2)膜清洗加藥間

　　膜清洗加藥間設置在膜產(chǎn)水車(chē)間的上部。膜清洗加藥間加藥系統為MBR生化系統配套，設置3個(gè)儲藥罐，分別儲備酸、堿和NaClO這3種藥劑。

　　(3)MBR運行方式

　　膜池運行周期為產(chǎn)水8min、停產(chǎn)水空曝2min;單個(gè)膜池CEB(在線(xiàn)清洗)時(shí)間為1h，即CEB流程：藥洗10min→停15min→藥洗5min→清水洗8min→停17min;離線(xiàn)清洗：1周清洗1個(gè)膜池。

　　3.2 MBR膜系統存在的問(wèn)題及原因分析

　　目前，MBR膜系統存在膜通量降低、產(chǎn)能下降、部分膜絲斷裂及脫落、部分膜絲污堵嚴重、清洗頻次及強度增加等問(wèn)題。經(jīng)討論，主要原因如下。

　　(1)膜使用年限已達設計年限，出現膜性能的正常衰減，導致膜通量下降、產(chǎn)能下降。

　　(2)人工清洗頻次和強度過(guò)大，導致清洗過(guò)程中部分膜絲斷絲以及脫落現象，有效膜面積減少，同時(shí)對出水水質(zhì)帶來(lái)一定影響。

　　(3)受運行時(shí)長(cháng)和進(jìn)水水質(zhì)的影響，部分膜絲逐漸出現不可逆的污堵現象、跨膜壓差增大，較難通過(guò)清洗的方式來(lái)恢復通量，導致通量下降。

　　(4)隨著(zhù)清洗的頻次和強度增加，膜系統有效運行時(shí)間降低，進(jìn)一步導致產(chǎn)能下降。

　　(5)前期維護運行中，存在著(zhù)一些操作維護、運行管理不到位、清洗方式不合適等現象，加劇了膜絲性能的衰減。

　　四、解決方案

　　4.1 總體思路

　　由于外部環(huán)境形式嚴峻，考慮到現場(chǎng)實(shí)際運行情況，在不大規模停產(chǎn)、減產(chǎn)情況下，保持現有膜箱尺寸不變，對膜箱內部結構進(jìn)行調整，同時(shí)更換更高性能和通量、過(guò)濾孔徑<0.1μm的浸沒(méi)式超濾MBR膜組件，并對運行管理方式進(jìn)行優(yōu)化，以保證膜系統的產(chǎn)水量。

　　4.2 設計計算

　　(1)現狀膜通量

　　現狀單格膜池內有8套膜箱，單個(gè)膜箱的膜面積為1600m2，單格膜池內膜面積為12800m2?，F狀膜的通量為7.8～15.6L/(m2?h)。

　　(2)計算條件參數選取

　　更換后運行方式仍按開(kāi)8停2，單側膜池共11組，單側規模為5萬(wàn)m3/d；為滿(mǎn)足清洗要求，假定每天有1組膜池進(jìn)行離線(xiàn)清洗或其它工況無(wú)法運行；每天有1組膜池需要進(jìn)行1h的在線(xiàn)清洗；本次更新后，在膜箱結構不改變的情況下，單側膜池膜系統總面積至少為140800m2，單組膜池膜面積為12800m2。經(jīng)計算，本次更新所需膜的通量為13.6～22.7L/(m2?h)。

　　為保證本次更新后膜系統產(chǎn)水量，膜系統必須滿(mǎn)足表2要求。

　　4.3 改造總體方案

　　本次改造方案由于受到投資成本及時(shí)間因素的限制，在不改變膜池和膜架結構下，主要通過(guò)更換更高性能和通量的膜來(lái)實(shí)現，并同步更新相關(guān)配套設備。

　　通過(guò)本次系統更新，單組膜系統產(chǎn)水規模達到5萬(wàn)m3/d。

　　本次更新在維持原有膜架尺寸、集水管路、曝氣管路現狀的基礎上進(jìn)行。

　　本次更新后，單組膜系統的膜面積應≥140800m2，產(chǎn)水期間平均膜通量≥18.2L/(m2?h)，最大膜通量應≥22.7L/(m2?h)，最小膜通量應≥13.6L/(m2?h)。

　　采用孔徑<0.1μm的浸沒(méi)式聚偏氟乙烯(PVDF)中空纖維超濾膜組件。

　　膜的使用壽命應≥5年，三年內最大膜通量折減系數≥0.9，五年最大膜通量折減系數≥0.85，5年內膜的破損率≥0.5%。

　　單格膜系統清洗前產(chǎn)水量(即運行最小產(chǎn)水量)應大于等于最大運行產(chǎn)水量的60%;

　　根據膜系統更新需要，同步校核、更新配套設備，如產(chǎn)水泵、真空泵等。

　　五、投資估算

　　單邊膜池(5萬(wàn)t/d)膜系統更新，主要包括膜絲更換以及配套設施匹配更新，新舊系統統一兼容等。設備單價(jià)按目前市場(chǎng)價(jià)計算，以后應按實(shí)際定貨價(jià)進(jìn)行調整。工程總投資為2200.07萬(wàn)元，其中建安工程費為2063.23萬(wàn)元。

　　六、改造后運行效果及運行優(yōu)化

　　在項目完工后組織進(jìn)行系統調試，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間調試運行，改造后的單組系統，最大產(chǎn)能達到6.0萬(wàn)m3/d，平均產(chǎn)能達5.2萬(wàn)m3/d，滿(mǎn)足設計要求。

　　針對改造前運行過(guò)程中存在的膜絲膜絲斷絲、脫落;部分膜絲污堵嚴重，清洗頻次及強度大等問(wèn)題，結合運行經(jīng)驗，優(yōu)化運行維護操作。

　　(1)優(yōu)化膜系統的清洗維護方式，采取清水反洗和在線(xiàn)加藥反洗組合方式，調整反洗加藥濃度至300mg/L。

　　(2)優(yōu)化清洗步驟：改變原有的清洗步驟及時(shí)長(cháng)，清水反洗1次/d，時(shí)間為2min;在線(xiàn)加藥反洗(CEB)：停止產(chǎn)水→進(jìn)藥15min→曝氣浸泡15min→進(jìn)藥15min→清水反洗10min→曝氣浸泡15min→恢復產(chǎn)水。

　　(3)通過(guò)合理調節清洗頻次、增加自動(dòng)清洗等方式，盡量減少人工清洗頻次，避免造成膜絲斷裂。

　　(4)根據膜絲運行情況，及時(shí)觀(guān)察膜絲鼓風(fēng)擦洗效果，定期調整風(fēng)量大小，減少膜絲內部積泥現象。

　　(5)強化前期預處理效果，避免雜物進(jìn)入后續工段，造成對膜絲纏繞、板結等現象。

　　七、結語(yǔ)

　　(1)該廠(chǎng)根據自身特點(diǎn)，采取不增加膜箱尺寸、不改變原有土建結構為前提，通過(guò)增加膜的總過(guò)濾面積、提升膜的結構性能和總體通量，成功實(shí)現產(chǎn)能的提升、滿(mǎn)足了生產(chǎn)和社會(huì )環(huán)境發(fā)展的需求。

　　(2)在設備改造完成后，通過(guò)調試，測算出最大產(chǎn)能;同時(shí)結合之前運行管理經(jīng)驗，針對存在的問(wèn)題，總結出符合自身實(shí)際情況的一套膜清洗方式、清洗步驟、清洗頻率等，進(jìn)一步優(yōu)化運行維護措施，確保膜系統運行安全、穩定，有效避免因運行維護管理工作對膜系統造成的不可逆污堵和產(chǎn)能的損失。

　　(3)MBR膜技術(shù)由于占地小、出水水質(zhì)穩定、脫氮除磷效果好，在污水處理行業(yè)有著(zhù)廣泛的需求，但由于其運行管理要求相對較高，一直制約著(zhù)膜技術(shù)在污水處理領(lǐng)域的推廣應用。該污水廠(chǎng)膜系統的成功改造案例及優(yōu)化后的運行維護管理經(jīng)驗，可為其他城市污水廠(chǎng)膜系統的改造、優(yōu)化運行提供借鑒意義。（來(lái)源：湖南株洲市城市排水有限公司；上海市城市建設設計研究總院）