前沿：MABR在芝加哥污水廠的最新中試結果分析

時間：2018-05-09 來源：IWA國際水協會 作者：

 MABR工藝在過去幾年受到了水處理行業的注意，它的全名是膜曝氣生物膜反應器（Membrane Aerated Biofilm Reactor），是一種基于氧氣/空氣的MBfR工藝。MBfR指的是基于膜傳導的生物膜反應器 (MBfR-membrane biofilm reactor)，關于此工藝IWA微信公眾號曾在之前的推送《MABR工藝：污水廠實現能耗自給的可能性》里有關專門的介紹。

MABR工藝很好地結合了COD/BOD的去除、硝化/反硝化和厭氧氨氧化。目前MABR工藝的主要生廠商有蘇伊士水技術(Suez Water Technologies & Solutions-Suez WTS，原GE水處理公司)的 ZeeLung 、愛爾蘭的 OxyMem以及源自以色列技術的美國公司FLUENCE。其中位于芝加哥的O’Brien再生水廠是Suez WTS其中一個采用三級硝化的MABR示范項目，規模為2300PE。這是美國大芝加哥污水管理局（MWRD）在2015年開始與當時的GE水處理公司合作的項目。在2017年底，項目團隊的三方代表——Suez WTS、MWRD和COTE膜分離公司，將接近一年的試驗結果整理后發表在了IWA期刊Water Practice & Technology上。

背景介紹

美國大芝加哥污水管理局（MWRD）成立于1889年，其職能就是保護當地的河流湖泊。目前下轄7座再生水廠（WRPs）和22座提升泵站，每年的電耗約6億kWh，其制定的2023年目標就是通過一系列的節能行動并增加可再生能源開發利用，達到完全能量自給。其中MABR就是他們需要驗證的低能耗污水處理工藝之一。這個研究的目的是對MABR反應器在大型污水廠的低溫高水力負荷條件下TSS和氮的去除效果和能耗情況進行評估，同時測試它能否滿足未來的磷排放要求。他們在MWRD管理的O’Brien污水廠側流段安裝了一個商用級膜箱（membrane cassette），試驗期為2015的6月至2016年5月。這份報告涵蓋的是前9個月的結果。由于這個示范項目只能驗證該技術的部分優點，所以他們還運用模擬計算加以輔助分析。

O’brien再生水廠概況

O’brien再生水廠（OWRP），始建于1928年，原名North Side WRP。2012年為紀念MWRD委員會的前主席Terrence J. O’brien在24年任期內的卓越貢獻，委員會決定j將污水廠用他的名字命名。該污水廠采用初沉+傳統活性污泥法去除TSS（總懸浮固體）、BOD和氨氮。在污水廠含有四條平行的處理線，每條線處理1/4的進水量。平均處理量為870,000m³/d，春季峰值流量可達1,900,000m³/d，。雖然目前沒有關于磷的出水要求，但預計會在不久將來實施，而生物除磷是其首選方案。對目前的工藝配置而言，這意味著新增一條處理線來引入缺氧區。

項目組與著名的污水建模公司Hydromantis公司合作，基于成熟的MBBR工藝模型，開發了一個MABR生物膜模型。然后通過GPS-X模擬軟件對混合MABR的表現進行預測�；旌螹ABR指的是包含了懸浮生長和生物膜附著生長模式的微生物系統。

早在2013年，污水廠就用GPS-X軟件對OWRP污水廠的一條處理線進行模擬。模擬結果很好地反應了實際數據，也確認了污水廠在春季峰值運行時很難滿足氨氮的排放標準。在這期間，為了維持硝化菌的數量，MLSS濃度要增加到月2600mg/L，這導致二沉池超負荷運行，出水TSS也可能超標。另外模擬結果顯示結合了MABR技術的改造工程能在相同的處理能力且不影響硝化作用的前提下將SRT從11天減少到6天，這使MLSS降至低于2,000mg/L，解決了二沉池的負荷問題，而且能滿足1.0mg/L的磷出水標準，無需新增反應器體積或化學除磷。

MABR示范項目

為了更好地基于物料平衡來監測運行表現，示范項目放置在一個集裝箱內進行，并將反應器體積最小化（17m³），而不是按實際情況一樣將一個膜箱單元放到現有處理線內形成一個混合MABR系統。進入MABR系統的水為初沉池出水和回流污泥（RAS）的混合流，流速為65m³/h，出水進入現有生物反應池內，并跟其16min的HRT匹配（如下圖所示）。

圖1. MABR示范單元和工藝流程設計

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