目前，MBR應用日漸增多，但其設計和運行經驗不足，其風險也未引起足夠的重視。與傳統的活性污泥工藝有很大的不同，浸沒式MBR工藝在設計時應考慮流量變化適應性、嚴格的預處理、污泥回流挾帶溶解氧、供氣量不足、管材設備腐蝕等諸多問題。
1 流量變化的應對
受膜組件透水量的制約，MBR適應進水流量變化的能力較弱。設計MBR時，應充分分析流量的變化，根據最大時、最大日、平均時、最大月和年均流量等適當選取膜面積。
當流量變化過大時，如最大流量超過2倍的平均流量，一般采取增設調節池、加大生化池超高和增設膜組件等措施。調節池應考慮臭味、攪拌、曝氣和加蓋等問題。如增加生化池超高，則應考慮生化池水位變化對風機供氣量的影響。如果采用離心風機，則生化池水位變化不宜超過0.5~1.0m，否則應采用帶變頻的多級離心泵或容積式風機。小型MBR建議采用羅茨風機。渦輪風機的應用不多，尚需更多的工程經驗積累和驗證。
為了適應流量變化，也可將MBR工藝和其他工藝（強化一級處理或活性污泥法工藝）平行設置，二者出水混合后排放。現有污水廠改造擴容時，可考慮這種方式。
2 預處理單元
2.1 超細格柵
污水中的毛發等纖維類雜物會對膜造成傷害。因此除了設置傳統的粗細格柵外，幾乎所有的MBR都需要設置1~3mm的超細格柵。超細格柵的參數要求一般根據膜設備廠家的要求確定。鑒于超細格柵對膜的重要性,超細格柵必須設置備用。為了減小超細格柵的負荷，或原有污水廠改造時，也可將超細格柵放置在初沉池后、曝氣池和膜池之間，或回流污泥和混合液等側流渠道處。超細格柵可能還需考慮油脂黏附問題,用熱水去除油脂也是一個有效可行的辦法。
2.2 除砂和除油脂
污水中的砂會對膜造成損壞,小型MBR也可考慮利用流量調節池甚至生化池沉砂。如果污水中的油脂濃度超過50~100mg/L或污水中存在礦物油，則應考慮增設除油裝置。目前國內常用的做法是曝氣沉砂池加設除油裝置。在除砂的同時，利用曝氣將油脂浮至水面，再依靠除油裝置去除。
2.3 初沉池
設初沉池能夠減輕生化池負荷，降低曝氣能耗；采用深池型初沉池，并增加發酵污泥回流，可增加污水中揮發性脂肪酸（VFA）比例，從而有利于生物脫氮除磷；初沉池還可去除油脂和細小砂粒；給超細格柵提供備選位置（超細格柵可置于初沉池后）。若不設初沉池，則可減小占地面積、減小污泥處理規模，并為生物脫氮除磷提供更多的碳源。是否設置初沉池，應結合污泥處理和現場條件綜合考慮。
3 生化單元
3.1 流程和參數
由于膜組件需要大量的擦洗空氣，因此膜池內的溶解氧濃度很高，但設計時一般不考慮膜池內發生的生化反應。MBR的污泥回流比較高，因此回流污泥中挾帶有大量的溶解氧。在僅僅考慮去除碳的工藝中，這部分溶解氧可抵消一部分供氧量，從而減少風機需求量。但在脫氮除磷工藝中，這部分溶解氧如進入厭氧池或缺氧池，則會起到相反作用。另外，回流污泥中也會含有大量硝酸鹽，因此污泥回流也會起到硝酸鹽回流的作用。綜上，MBR脫氮除磷工藝應謹慎選擇回流方式。
MBR常用三種流程如圖1所示。
圖1MBR脫氮除磷生化池及回流的布置形式
典型設計參數如表1所示。
表1MBR生化池的典型設計參數（城鎮污水）
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參數 |
典型數值 |
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生化池MLSS |
<8000-10000 mg/L |
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膜池MLSS |
8000-12000mg/L， 最大允許15000mg/L |
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污泥回流比 |
300%～500% |
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SRT |
根據硝化需要 |
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好氧區溶解氧 |
1～3mg/L |
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氧傳遞速率 |
50～150mg/L/h |
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池底面積與曝氣面積比 |
一般不超過2.5～3， 最大為3～6 |
3.2 污泥濃度
MBR的MLSS值遠比傳統活性污泥法大,提高MLSS會降低占地面積，但可能導致好氧池供氣不足。較高的MLSS也可能會降低膜通量并增加膜清洗頻率。關于膜通量和MLSS之間的關系，尚無一致結論,應慎重選擇生化池和膜池的MLSS值。
沿著水流方向，生化池內的MLSS存在濃度梯度,可采取多點進水或延長進水區長度的方式降低這個梯度。生化池和膜池MLSS濃度差異較大，二者與污泥回流比R的關系為：MLSS生化池=MLSS膜池×R/(1+R)。如果生化池MLSS為8000mg/L，膜池MLSS為10000mg/L，則所需的污泥回流比為400%。
較大的混合液回流和污泥回流量可能會導致生化池產生短流,回流量的大幅度變化也會導致生化池和膜池水位發生較大漲幅。因此，生化池和膜池超高宜取大值，一般不少于0.90m。
3.3 供氧
MBR采用了較高的MLSS,這不僅僅加大了供氣量的要求，而且也降低了供氣效率。MBR一般采用供氣效率較高的微孔曝氣器或曝氣管,工程中嚴格控制池底面積和曝氣器面積的比值（見表1）是經驗的做法。
3.4 其他問題
絲狀菌膨脹會導致膜污染，因此MBR仍需考慮污泥膨脹問題。MBR的SRT較長，F/M值相對較低，較易出現低負荷導致的污泥膨脹。較長的SRT也會加劇泡沫的出現,選擇消泡劑時應充分考慮膜的耐受性。MBR的生化池也會產生浮渣，浮渣進入膜池后會對膜組件產生不利影響,在生化池設置浮渣溢流裝置是值得考慮的方法。
4 膜池
4.1 基本參數
選擇低通量能減少膜的維護量，延長膜壽命，更能應對流量變化，但增加了膜面積和初期投資。因此，應綜合設計流量、水溫、MLSS和SRT等因素來選擇膜通量。膜組件維護和檢修時需要停運，因此確定膜組件數量時應富余1~2組。確定膜池面積時，應考慮膜的更換、清洗和吊裝維護所需的空間。考慮到工程運行后期可能會更換膜廠，因此確定膜池尺寸時應留出足夠的安裝和施工空間，一般宜富余10%~50%的量。膜池的供氣量一般為0.1~0.6Nm3/m2膜面積,具體數值遵照膜廠家的要求。膜的清洗液一般為檸檬酸、草酸和次氯酸鈉,大中型污水廠可采用混合液稀釋的方法處理這些清洗液,小型MBR污水廠混合液少則可能需要單獨的池子進行酸堿中和。
4.2 管材和設備
為了防止抽吸管道內積氣，膜池和抽吸泵之間的管道應設氣水分離裝置,采用自吸泵也是一個備選方案。膜池進水管處宜設置擋板，以減少進水對膜組件的強烈水流沖擊。膜的化學清洗液有腐蝕性,可能接觸到化學藥劑的水泵、管路和膜池等均應考慮防腐。膜池或膜的清洗池常采用HDPE或玻璃鋼材質,混凝土池應采取防腐措施，可采用聚氨酯防腐涂層，也可采用傳統的環氧樹脂襯層。氣動閥門可靠性高、耐腐蝕，一般優先采用，確定起吊裝置時應考慮膜絲上黏附的污泥質量。鑒于PLC的重要性，PLC必須設有備用。另外，還應設膜的完整性檢測裝置,如果采用中空纖維膜，也可采用反沖氣來檢測膜絲是否出現斷裂和泄漏。
來源：中國給水排水
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