某污水处理厂设计处理规模为10万m³/d，主体工艺采用AAO+MBR，尾水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18919-2002）一级A出水排放标准。MBR膜系统自2013年投入运行，采用浸没式聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维超滤膜组件，膜孔径为0.1μm。由于膜已达到设计寿命，出现膜通量正常衰减及部分膜纤维断裂脱落现象，膜通量下降，产水能力下降，膜系统能力不足，无法保障污水处理厂10万吨/日的产水能力。另外，随着城市的进一步发展，环保督查、黑臭水体治理要求，周边污水处理需求增加。 因此为满足生产要求和社会需要，迫切需要对MBR膜系统进行改造，提高其产量，本次改造项目对象为单组规模5万t/d的膜系统及配套设备。

第二部分 污水处理厂概述

2.1 工艺流程

该厂污水处理工艺流程如图1所示。一级处理采用粗格栅、细格栅、曝气沉砂池、膜格栅，主要处理来自管网水中的生活垃圾及无机物。为了保护后续的MBR膜系统，专门设置了间距为1mm的膜格栅。二级处理主要采用AAO+MBR工艺，为增加脱氮除磷效果，在好氧池后设置预缺氧池，同时在好氧池中增加化学除磷，作为强化除磷或应急措施。尾水采用紫外消毒技术处理后达标后就近内港排放。污泥处理采用物理浓缩+板框深度脱水工艺，污泥脱水至含水率为50%～60%后外运处置。

2.2 进出水水质设计

该厂设计出水水质为国家一级A排放标准，进出水水质指标见表1。由于该厂地处南部地区，进水中含有一定量的雨水，进水浓度难以达到设计值，因此生化处理段的脱氮除磷效果将是运行的重点，出水总磷、总氮指标的达标是运行控制的难点。

第三部分MBR膜系统运行现状及存在的问题

3.1 MBR膜系统设备现状

（1）MBR膜池及设备房（一体化结构内部）

MBR膜池上接AAO池，下接紫外消毒池。MBR膜池为钢筋混凝土地下矩形池，共2组，每组11块格栅，每块格栅8个膜箱，共计176套膜组件。采用PVDF帘式膜，孔径为

MBR膜区由22套独立控制的产水单元组成，水力过程分为两个独立系统，便于维护。膜组件可在线、离线清洗。膜设备间有膜系统配套设备，包括产水泵、真空泵、反冲洗泵、污泥泵及各类管路系统；膜清洗风机为空气悬浮离心风机，共计4台，3台在用，1台备用，单台机组参数为：Q=208Nm3/min，P=50kPa。

（2）膜清洗及加药室

膜清洗加药间位于膜制水车间上方，膜清洗加药间的加药系统是MBR生化系统的配套系统，设置三个储罐，分别储存酸、碱、NaClO。

（3）MBR运行方式

膜池运行周期为产水8分钟，停止生产后露水2分钟；单个膜池CEB（在线清洗）时间为1小时，即CEB流程：化学洗10分钟→停止15分钟→化学洗5分钟→清水洗8分钟→停止17分钟；离线清洗：一周清洗一个膜池。

3.2 MBR膜系统存在的问题及原因

目前MBR膜系统存在膜通量降低、生产能力下降、部分膜丝断裂脱落、部分膜丝污染严重[1]、清洗频率和强度加大[2]等问题，经探讨，其主要原因如下。

（1）膜已达到设计寿命，出现正常的膜性能衰减，导致膜通量和生产能力下降[3]。

（2）人工清洗频率和强度过高，导致清洗过程中部分膜丝断裂、脱落，降低了有效膜面积，一定程度上影响出水水质[4]。

（3）受运行时间及进水水质的影响，部分膜纤维逐渐发生不可逆的污垢堵塞，跨膜压差增大，通过清洗很难恢复通量，导致通量下降。

（4）随着清洗频率和强度的增加，膜系统有效运行时间减少，进一步导致生产能力下降[5]。

（5）在早期维护运行过程中，存在运行维护不到位、运行管理不到位、清洗方法不当等问题，加剧了膜纤维性能的下降。

第 4 部分解决方案

4.1 总体思路

由于外部环境恶劣，结合现场实际运行情况，在不进行大规模停产、减产的情况下，保持现有膜箱尺寸不变，调整膜箱内部结构，同时更换更高性能、通量及过滤孔径。

4.2 设计计算

（1）当前膜通量

现单池膜池共有8个膜箱，单个膜箱膜面积为1600m2，单池膜池膜面积为12800m2，现膜通量为7.8～15.6L/(m2·h)。

(2) 计算条件参数选取

更换后运行方式仍为8开2停，单侧膜池共11组，单侧规模为5万m3/d。为满足清洗要求，假定每天有1组膜池离线清洗或因其他工况无法运行；每天有1组膜池需在线清洗1小时。本次更新后，在膜箱结构不变的情况下，单侧膜系统总面积至少为14.08万m2，单组膜池膜面积为1.28万m2。经计算，本次更新所需膜的通量为13.6～22.7 L/(m2·h)[6]。

为保证本次更新后膜系统的产水量，膜系统必须满足表2的要求。

表2 膜系统参数

表2 膜系统参数

4.3 整体改造方案

由于投资成本及时间因素的限制，本次改造方案将主要通过在不改变膜池及膜架结构的情况下更换性能和通量更高的膜，并同步更新相关配套设备来实现。

通过本次系统更新，单套膜系统产水能力达到5万m3/d。

本次更新是在保持原有膜架尺寸、集水管路及曝气管路现状的基础上进行的。

本次更新后单套膜系统膜面积≥140 800 m2，产水时平均膜通量≥18.2 L/(㎡·h)，最大膜通量≥22.7 L/(㎡·h)，最小膜通量≥13.6 L/(㎡·h)。

光圈

膜使用寿命应≥5年，三年内最大膜通量衰减系数应≥0.9，五年内最大膜通量衰减系数应≥0.85，五年内膜损坏率应≥0.5%。

单片膜系统清洗前产水量（即运行期间最小产水量）应大于或等于运行期间最大产水量的60%；

根据膜系统更新的需要，配套设备如产水泵、真空泵等也同步进行校准更新。

第五部分 投资估算

单侧膜池（5万t/d）膜系统更新，主要包括膜丝更换及配套设施配套更新，新旧系统的统一兼容。设备单价按现行市场价格测算，今后需根据实际订货价格进行调整。本项目总投资2200.07万元，其中建筑安装费2063.23万元。

第六部分 改造后运行效果及运行优化

工程竣工后对系统进行了调试，经过一段时间的调试运行，改造后的单组系统最大处理能力达到6万m3/d，平均处理能力达到5.2万m3/d，满足了设计要求。

针对改造前运行过程中存在的膜丝断裂、脱落，部分膜丝堵塞严重，清洗频率和强度大等问题，结合运行经验对运行维护操作进行了优化。

（1）优化膜系统清洗维护方式，采用清水反洗与在线加药反洗相结合的方式，调整反洗加药浓度为300mg/L。

（2）优化清洗步骤[5]：将原清洗步骤及时长改为清水反冲洗每天1次，每次2分钟；在线加药反冲洗（CEB）：停止产水→加药15分钟→曝气浸泡15分钟→加药15分钟→清水反冲洗10分钟→曝气浸泡15分钟→恢复产水。

（3）通过合理调整清洗频率，增加自动清洗，尽可能减少人工清洗的频率，避免膜丝断裂。

（4）根据膜丝运行情况，及时观察膜丝吹扫、擦洗的效果，定期调整风量，减少膜丝内部泥渣的堆积。

（5）加强预处理效果，防止杂物进入后续工序而造成膜缠结、压实等。

第 7 部分结论

（1）该装置根据自身特点，在不增加膜箱体积、不改变原有土建结构的前提下，通过增加膜的总过滤面积、提高膜的结构性能和总通量，成功实现了生产能力的提升，满足了生产和社会环境发展的需要。

（2）设备改造完成后，通过调试计算出最大生产能力，同时结合以往的运行管理经验，针对存在的问题，总结出一套符合实际情况的膜清洗方式、清洗步骤、清洗频率等，进一步优化运行维护措施，确保膜系统安全稳定运行，有效避免因运行维护管理工作造成不可逆结垢和生产能力损失。

（3）MBR膜技术因占地面积小、出水水质稳定、脱氮除磷效果好等特点，在污水处理行业得到广泛应用。但其相对较高的运行管理要求，一直制约着膜技术在污水处理领域的推广应用。该污水厂膜系统的成功改造案例及优化运行维护管理经验，可为其他城镇污水厂膜系统改造及优化运行提供借鉴。