重离子微孔膜MABR技术在污水厂改造提标中应用

重离子微孔膜MABR技术在污水厂改造提
标中应用
摘要：采用重离子微孔膜MABR技术对广东某污水处理站进行了改造，通过
在原接触氧化工艺中增加重离子微孔膜MABR膜组件，并新建二沉池，从而实现
对原生化系统的升级改造；同时，新建了混凝反应池和斜管沉淀池，以控制出水
水质。

重离子微孔膜MABR 膜曝气生物膜工艺的改造仅新增了曝气膜组件，无需
在原生化池内新增设备和土建，且膜曝气效率高、能耗低，无需新增加鼓风机，
一次性投资约为800元/m3。

改造工期约30d。

具有改造工期短和运行成本低的优势。

关键词：重离子微孔膜MABR、生物膜、高总氮、提标改造
1.项目概况
项目污水厂主要收集其所在片区生活污水。

站点总占地面积为7000平方米，一期工程设计处理规模为2000吨/天，实际运行处理规模为 800 吨/天。

处理后
达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）表1一级B标准排入
东排渠，汇入东江。

改造后，重离子微孔膜MABR膜曝气生物膜反应器改造后，
系统的氨氮进水均值为41.18 mg/L，出水均值为0.77mg/L"，平均去除率为98%。

TN进水均值为43.16 mg/L，出水均值为15.32 mg/L，平均去除率为64.5%。

TP
进水均值为6.09 mg/L"，出水均值为0.39 mg/L，平均去除率为93.6%；COD进
水均值为111.91mg/L"，出水均值为15.14mg/L，平均去除率为86.5%。

此外，结
合后续的深度处理段，通过化学除磷可保持污水处理站出水TP低于0. 5mg/L。

改造后污水处理站出水水质可稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准。

1.1.处理规模和水质情况
该污水处理站原设计处理规模为2000 m³/d，实际运行处理规模为800 m³/d。

污水处理站原设计出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918-2002)》中“一级B标准”。

升级改造后，污水处理站出水水质要求达到“一级A
标准”。

1.2.改造后处理工艺流程
改造后污水处理站工艺流程为：管网收集生活污水→粗格栅及集水池提升泵
→水力细格栅及沉砂池→MABR生化反应系统→混凝反应及池沉淀池→消毒池→出
水巴歇槽→达标出水
本次工程对原系统的生化系统及排泥系统进行了优化，改造的核心工艺采用
重离子微孔膜MABR工艺进行。

MABR 是一种依靠膜材料曝气传氧和提供载体的具
有硝化反硝化功能的生物膜反应器。

空气中的氧气通过膜材料表面的膜孔扩散到
膜材料表面附着的生物膜。

生物膜依次形成好氧层、兼氧层和缺氧层，并同步实
现有机物降解和营养物去除。

生物膜内硝化菌为优势菌，好氧硝化作用为主导，
氨氮去除率高。

重离子微孔膜MABR膜组件在缺氧段设置，与后续好氧曝气段和
二沉池形成一个工艺组合系统，悬浮活性污泥系统与生物膜系统相辅相成。

该
工艺组合系统中，硝化反应发生在好氧曝气段，也发生在缺氧段重离子微孔膜MABR 生物膜上，因此该新型工艺技术具有氧传质效率高、底物氧气异向传质等
特点，在污水高效脱氮、节能降耗、污泥减量化等方面优势明显。

2.方案设计
2.1.方案设计
重离子微孔膜MABR是一种依靠膜材料曝气传氧和提供载体的具有硝化反硝
化功能的生物膜反应器，其工作原理主要是利用氧气选择性透气膜与附着生长型
生物膜之间的协同作用，在跨膜压差的作用下，氧气从相对高压的气相透过曝气
膜扩散到生物膜中，再经过生物膜传递到液相污水中，同时氨氮和有机物等污染
物从生物膜外侧扩散进入生物膜内侧，氧气和污染物从相反的方向向生物膜内扩散，形成异向传质的效果。

同时曝气膜可以作为微生物生长的载体，由于生物膜
中存在较明显的溶解氧和底物浓度梯度，这有助于形成生物膜分层结构的相对好
氧区和缺氧区，硝化菌等好氧菌可以在生物膜溶解氧浓度较高的区域进行硝化过程，反硝化菌在溶解氧浓度较低的区域发生反硝化作用，这样使得重离子微孔膜MABR能够实现同步硝化反硝化来强化对污水中氨氮和总氮的去除。

实际工艺流程中，通常在缺氧段设置重离子微孔膜MABR膜组件，与后续好氧曝气段和二沉池形成一个工艺组合系统(见图1)，悬浮活性污泥系统与生物膜系统相辅相成。

图1 MABR主工艺单元改造示意图
3.运行结果与分析
3.1.调试运行情况
MABR主体工艺运行调试大致分为 3 个阶段:初始投加阶段(0~10 d)；生物膜形成阶段(11~20d)；生物膜成熟阶段（21~30 d）。

调试期间水温为15~23 ℃，MABR主体工艺稳定后，总体进出水水质情况见表1。

其中，进水取样点为 MABR 生化系统进水，出水取样点为终沉池出水。

主要出水水质指标可达到设计出水水质要求，总磷和SS指标配合后续深度处理也可稳定达到一级Ａ排放标准。

表1 改造后运行进出水水质
4.改造前后运行情况对比
4.1.MABR主工艺的项目投资
本升级改造工程项目建设总造价为2195009.80万元，其中分部分项工程费1997593.22元，包括人工费 329601.25元，措施项目费16177.24元，增值税销项税额181239.34元。

本次改造完成后，系统处理水量将提升至2000m³/d，同比每年可增加一倍水费收入。

满负荷运行3年即可完成改造投资成本回收。

4.2.运行费用对比分析
提标改造后工程的处理规模为2000m³/d生化段由接触氧化工艺改造为 MABR 工艺，改造投资强度约为850元/m³（不含填料清理）。

改造前接触氧化工艺段运行能耗为0.63 kw·h/(m³·d)，电价以0.5元/(kW·h)计，电费0.32 元
/(m³·d)；改造后MABR工艺段运行能耗为0.59 kw·h/(m³·d)，电费0.31元/(m³·d)。

5.结语
采用重离子微孔膜MABR工艺对市政污水厂进行了改造，改造后的生化系统出水氨氮、TN、TP和 COD均能稳定达标，重离子微孔膜MABR工艺对主要污染物质的去除效果得到了初步验证。

值得注意的是重离子微孔膜MABR生化系统氨氮去除率水平较高，体现了其硝化速率高的优势；但该系统抗冲击负荷能力较差，系统工艺设计需要进一步研究和优化。

同时，整个提标改造项目工期较短，后期运行成本较也体现了重离子微孔膜MABR工艺系统简单、高效节能的优势低。

参考文献
魏爱书,牛晓君.MABR 工艺在污水处理站提标改造中的应用[.环境工程学报，2021,15(6): 2174-2180.
李玫,李保安,兰美超,等.新型MABR生物脱氮过程研究进展J.膜科学与技
术,2020,40(1): 260-265.。