AAOA-MBR工藝在溫州市某污水處理廠的應(yīng)用

陳濱輝1，李求斌2

（1.浙江恩弗衛(wèi)環(huán)保科技有限公司，浙江杭州310000；2.百奧蘭（浙江）水務(wù)技術(shù)有限公司，浙江杭州310000）

摘要：MBR工藝相比于其他處理工藝有較大的優(yōu)勢(shì)。本文通過對(duì)A2OA-MBR工藝在溫州市某污水處理廠的應(yīng)用，從處理效果、建設(shè)成本、運(yùn)行成本以及膜污染控制措施幾個(gè)方面論述MBR工藝在市政污水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用前景，以期為相關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：MBR工藝；市政污水處理；膜污染控制；應(yīng)用前景；

膜-生物反應(yīng)器（Membrane-Bioreactor，簡(jiǎn)稱MBR）是膜分離技術(shù)和污水生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物。該技術(shù)的特點(diǎn)是以超、微濾膜分離過程取代傳統(tǒng)活性污泥處理過程中的泥水重力沉降分離過程。由于采用膜分離技術(shù)，因此可以將污泥停留時(shí)間和水力停留時(shí)間完全獨(dú)立，可以保持很高的生物相濃度和較長(zhǎng)的生物固體平均停留時(shí)間。有利于世代周期較長(zhǎng)的硝化細(xì)菌及反硝化細(xì)菌的生存，對(duì)于氨氮及TN的去除效果有較大的提升。本文通過對(duì)溫州市某污水處理廠運(yùn)行情況，分析MBR工藝在市政污水處理領(lǐng)域運(yùn)用中的實(shí)際處理效果以及應(yīng)用前景。

1 工程概況

1.1 概述

本次工程污水處理廠現(xiàn)狀處理規(guī)模為6.0萬m3/d，實(shí)際處理處理量達(dá)到5.5萬m3/d，部分時(shí)段已滿負(fù)荷甚至超負(fù)荷運(yùn)行。為了能滿足污水量增加后的處理需求，該地政府提出了本次擴(kuò)容工程。本次擴(kuò)容規(guī)模為3.0萬m3/d。

1.2 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

（1）設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

污水廠的進(jìn)水水質(zhì)，以生活污水為主，約有10%的工業(yè)廢水，主要為鹵制品加工廢水，近一年的污染物指標(biāo)統(tǒng)計(jì)頻率分布如下：

圖1 進(jìn)水TN頻率統(tǒng)計(jì)圖表進(jìn)水（mg/L）         圖2 NH3-N頻率統(tǒng)計(jì)圖表（mg/L）

圖3 進(jìn)水TP頻率統(tǒng)計(jì)圖表（mg/L）            圖4 進(jìn)水SS頻率統(tǒng)計(jì)圖表（mg/L）

圖5 進(jìn)水CODcr頻率統(tǒng)計(jì)圖表（mg/L）

表1 實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)各污染物統(tǒng)計(jì)頻率匯總表

通過對(duì)污水廠近一年的進(jìn)水水質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析，最終確定本次擴(kuò)容工程設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)如下：

表2 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)表

（2）設(shè)計(jì)出水水質(zhì)

本次擴(kuò)容工程設(shè)計(jì)出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠主要水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（ DB33/ 2169-2018）表 1 標(biāo)準(zhǔn)，具體如下：

表3 設(shè)計(jì)出水水質(zhì)表

注：括號(hào)內(nèi)數(shù)值為每年 11 月 1 日至 3 月 31 日?qǐng)?zhí)行；

1.3 設(shè)計(jì)工藝流程

經(jīng)過方案比選，本次擴(kuò)容工程采用A2OA-MBR工藝，具體如下：

圖6 工藝流程圖

2 主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

污水經(jīng)膜格柵后進(jìn)入A2OA-MBR反應(yīng)池，主要由厭氧池、缺氧池、好氧池、后置缺氧池及膜池組成。

圖7 A2OA-MBR反應(yīng)池平面布置圖

主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

（1）生化池

生化池總水力停留時(shí)間（平均流量）為12.7h；其中厭氧池1.5h；缺氧池4.5h；好氧池4.7h；后置缺氧池2.0h。

生化區(qū)污泥濃度8.0g/L；污泥負(fù)荷0.06kgBOD5/(kgMLVSS.d)；污泥齡19d。

由于膜池運(yùn)行過程中需要對(duì)膜組件進(jìn)行曝氣吹掃，以減緩膜絲被污染的程度，膜池混合液中含氧量較高，直接回流至厭氧/缺氧池會(huì)破壞厭氧/缺氧環(huán)境，導(dǎo)致厭氧釋磷及反硝化脫氮效率降低，影響TP和TN的去除效果。因此，將膜池混合液回流至好氧池。同理，將好氧池的混合液回流至缺氧池，再將缺氧池的混合液回流至厭氧池，以此設(shè)置3套混合液回流系統(tǒng)。其中膜池至好氧池的最大回流比設(shè)500%；好氧池至缺氧池的最大回流比設(shè)400%；缺氧池至厭氧池的最大回流比設(shè)200%。

由于膜池至好氧池的回流液中含氧量較高，故適當(dāng)降低好氧池的曝氣量，最大氣水比設(shè)1：5。

（2）膜池

膜池共設(shè)44組安裝位置，實(shí)際安裝40組，預(yù)留4組空位。平均膜通量為14.8 L/m2•h。膜吹掃風(fēng)量折算成氣水比為9：1。

3 運(yùn)行效果及分析

該污水處理廠于2020年12月完成調(diào)試，正式投入運(yùn)行。經(jīng)過一年的運(yùn)行，通過對(duì)出水水質(zhì)的統(tǒng)計(jì)分析，整體運(yùn)行效果較好。能夠穩(wěn)定達(dá)到設(shè)計(jì)的出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。其中SS指標(biāo)通過膜組件的過濾，出水穩(wěn)定在5mg/L以下；氨氮指標(biāo)處理效果也較好，基本控制在0.1至0.2mg/L之間；出水總磷通過化學(xué)藥劑的輔助作用，也能穩(wěn)定在排放標(biāo)準(zhǔn)以下。出水TN及CODcr指標(biāo)統(tǒng)計(jì)頻率分布如下：

圖8 進(jìn)水TN頻率統(tǒng)計(jì)圖表進(jìn)水（mg/L） 圖9 進(jìn)水CODcr頻率統(tǒng)計(jì)圖表（mg/L）

表4 實(shí)際出水水質(zhì)各污染物情況匯總表

需要指出的是，出水TN最大值為12.7 mg/L。此數(shù)據(jù)為2021年2月10日，氣溫較低情況下的檢測(cè)數(shù)據(jù)。按照設(shè)計(jì)排放標(biāo)準(zhǔn)，11 月 1 日至次年 3 月 31 日，排放標(biāo)準(zhǔn)要求為15mg/L。因此，該污水處理廠實(shí)際處理效果較好，出水水質(zhì)能夠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

4 問題與討論

4.1 MBR工藝的優(yōu)勢(shì)

（1）污染物去除效率高

從本次工程的實(shí)際運(yùn)行效果分析，MBR工藝的污染物去除效率高，尤其是有機(jī)物、氨氮及TN。出水氨氮指標(biāo)穩(wěn)定控制在0.1 mg/L左右，去除率高達(dá)99%以上；正常情況下出水TN基本上能夠穩(wěn)定在10 mg/L以下，去除率達(dá)78%以上；低溫天氣也可控制在11 mg/L以下。

（2）出水水質(zhì)穩(wěn)定

MBR反應(yīng)器出水基本無懸浮物固體，由于較高的污泥濃度，其他污染物指標(biāo)的去除效果也十分穩(wěn)定，對(duì)于進(jìn)水水質(zhì)沖擊也有很好的適應(yīng)性。

（3）占地面積小

MBR反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度可以控制在較高的水準(zhǔn)，在保證處理效果的前提下，可以大大減小反應(yīng)池的占地面積。以本工程為例，A2OA+MBR反應(yīng)池總體停留時(shí)間僅為14h。常規(guī)的A2O+二沉池處理工藝總體停留時(shí)間在20h以上。這就意味著采用MBR反應(yīng)器可將反應(yīng)池的占地面積減小30%以上。

（4）剩余污泥量少

MBR反應(yīng)器較高的污泥濃度使得反應(yīng)器內(nèi)F/M值很低，微生物因營(yíng)養(yǎng)限制而處于內(nèi)源呼吸階段，其比增值率很低，因此系統(tǒng)內(nèi)的活性污泥量遠(yuǎn)小于普通的活性污泥法，可大大降低污泥處理處置費(fèi)用。

（5）出水消毒劑用量少

目前新建改建的污水處理廠已較多采用次氯酸鈉接觸消毒。微濾膜可以截留大部分細(xì)菌，超濾膜甚至可截留部分病毒。相較于普通的活性污泥法，對(duì)于MBR反應(yīng)器的出水消毒，消毒劑的用量和大大減少。

4.2 MBR工藝的缺點(diǎn)

（1）膜組件的污染與堵塞

在MBR反應(yīng)器運(yùn)行過程中，膜的污染與堵塞不可避免，且一定程度上是不可逆的。因此在一定運(yùn)行時(shí)間后膜組件的產(chǎn)水量會(huì)降低，為了確保處理能力，不得不更換膜組件。

（2）運(yùn)行成本較高

為了減緩膜組件的污染與堵塞以及降低膜表面因濃差極化而形成的凝膠層阻力，不得不保持膜表面劇烈的紊流流態(tài)和較大的剪切力，這就需要提供較高的能耗，增加運(yùn)行成本。

4.3 MBR工藝的應(yīng)用前景

MBR反應(yīng)器被普遍認(rèn)為是性能穩(wěn)定，效果良好，和極具發(fā)展?jié)摿Φ奈鬯�處理技術(shù)。在此，本文從處理效果、建設(shè)成本、運(yùn)行成本以及膜污染控制措施幾個(gè)方面進(jìn)行論述。

（1）處理效果

正如前文所述，MBR反應(yīng)器具有諸多優(yōu)點(diǎn)，是一種高效穩(wěn)定的處理工藝，非常值得推廣及應(yīng)用。

（2）建設(shè)成本

MBR反應(yīng)器運(yùn)用之初，受限于膜制造成本，整體建設(shè)成本較高。但隨著膜材料制造行業(yè)的快速發(fā)展，膜組件的采購(gòu)成本已大大降低。且由于MBR反應(yīng)器整體停留時(shí)間比普通活性污泥法工藝少30%，意味著土建成本大大減小。另外，隨著各地相繼出臺(tái)比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格的地方標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)的二級(jí)處理工藝很難確保出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。而MBR反應(yīng)器出水水質(zhì)可達(dá)到三級(jí)處理的效果，工藝流程的縮短，更是大大降低了污水處理廠的建設(shè)成本。

綜合分析，從建設(shè)成本考慮，MBR工藝同樣具有優(yōu)勢(shì)。

（3）運(yùn)行成本

為了減緩膜組件的污染與堵塞，在運(yùn)行過程中，需要提供較大的能耗以提供膜表面較大的剪切力，以風(fēng)機(jī)吹掃方式所需提供的氣量甚至高出了工藝曝氣量；另外還需定期對(duì)膜組件進(jìn)行水力沖洗以及化學(xué)清洗。這使得MBR工藝的運(yùn)行成本較高。這也是限制MBR工藝推廣的其中一個(gè)重要因素。

有相關(guān)研究表明，通過脈沖式的吹掃膜表面，在確保一定膜污染控制效果的前提下，能夠大大降低MBR工藝的運(yùn)行成本。例如，產(chǎn)水泵工作9分鐘，停泵1分鐘，在這一分鐘內(nèi)進(jìn)行膜表面的曝氣吹掃，吹掃的能耗可以降低近90%。

（4）膜污染控制措施

膜污染的影響因素包括混合液特性、膜材料及運(yùn)行條件。

除了反沖洗、化學(xué)清洗以及提供膜表面強(qiáng)剪切力之外，通過對(duì)膜材料本身的改善、控制混合液污泥濃度以及適當(dāng)?shù)哪ね�量也可一定程度上延緩膜本身的堵塞�?/span>

目前，膜材料的研究已經(jīng)十分完善，對(duì)于MBR工藝的推廣及應(yīng)用有很大的幫助。

另外，有研究表面，通過在混合液中投加絮凝劑、活性炭以及包碳磁粉對(duì)減緩膜污染都有很大的作用。

隨著更進(jìn)一步的研究，相信會(huì)有完善高效的措施解決膜污染與堵塞這一限制MBR工藝推廣的關(guān)鍵問題。

5 結(jié)語

綜合以上分析論述， MBR工藝相比于其他處理工藝有較大的優(yōu)勢(shì),有強(qiáng)大的脫氮效果[1]。其占地面積小的特點(diǎn)尤其適合地下式、半地下式污水處理廠[2]。從越來越多其他活性污泥法改造為MBR工藝的案例也可以看出[3]，MBR工藝越來越受到業(yè)內(nèi)人士的認(rèn)可。隨著對(duì)MBR反應(yīng)器的研究越來越深入，MBR工藝的缺點(diǎn)被很好的克服，其在市場(chǎng)上的應(yīng)用前景也會(huì)越來越廣闊。

參考文獻(xiàn)

[1] 白玉華, 張欣宇, 黃政鑫,等. AAOA+MBR強(qiáng)化脫氮工藝用于內(nèi)江市某污水廠提標(biāo)改造[J]. 中國(guó)給水排水, 2020, 36(24):87-94.

[2] 王雪, 戴仲怡, 張曉臨,等. A2/O+MBR工藝用于集約化高排放標(biāo)準(zhǔn)半地下式污水廠[J]. 中國(guó)給水排水, 2020, 36(4):47-50.

[3] 許敏,劉夢(mèng)楠. 改良型氧化溝擴(kuò)容改造AAO+MBR工藝工程設(shè)計(jì)[J]. 中國(guó)給水排水, 2020, 36(2):48-52.

作者簡(jiǎn)介：陳濱輝（1990-），男，浙江杭州人，本科，工程師，主要研究方向?yàn)槭姓�污水處理、凈水工程技術(shù)。