AAOA-MBR工藝在溫州市某污水處理廠的應用
陳濱輝1，李求斌2
（1.浙江恩弗衛(wèi)環(huán)�？萍加邢薰�，浙江杭州310000；2.百奧蘭（浙江）水務技術有限公司，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。本文通過對A2OA-MBR工藝在溫州市某污水處理廠的應用，從處理效果、建設成本、運行成本以及膜污染控制措施幾個方面論述MBR工藝在市政污水處理領域中的應用前景，以期為相關人員提供參考。
關鍵詞：MBR工藝；市政污水處理；膜污染控制；應用前景；
膜-生物反應器（Membrane-Bioreactor，簡稱MBR）是膜分離技術和污水生物處理技術有機結合的產物。該技術的特點是以超、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，因此可以將污泥停留時間和水力停留時間完全獨立，可以保持很高的生物相濃度和較長的生物固體平均停留時間。有利于世代周期較長的硝化細菌及反硝化細菌的生存，對于氨氮及TN的去除效果有較大的提升。本文通過對溫州市某污水處理廠運行情況，分析MBR工藝在市政污水處理領域運用中的實際處理效果以及應用前景。
1 工程概況
1.1 概述
本次工程污水處理廠現狀處理規(guī)模為6.0萬m3/d，實際處理處理量達到5.5萬m3/d，部分時段已滿負荷甚至超負荷運行。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容工程。本次擴容規(guī)模為3.0萬m3/d。
1.2 設計進出水水質
（1）設計進水水質
污水廠的進水水質，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統(tǒng)計頻率分布如下：
圖1 進水TN頻率統(tǒng)計圖表進水（mg/L） 圖2 NH3-N頻率統(tǒng)計圖表（mg/L）
圖3 進水TP頻率統(tǒng)計圖表（mg/L） 圖4 進水SS頻率統(tǒng)計圖表（mg/L）
圖5 進水CODcr頻率統(tǒng)計圖表（mg/L）
表1 實際進水水質各污染物統(tǒng)計頻率匯總表
|
項目 |
CODcr |
SS |
NH3-N |
TN |
TP |
|
mg/L |
mg/L |
mg/L |
mg/L |
mg/L |
|
|
平均值 |
211 |
161 |
22.8 |
28.4 |
2.7 |
|
最大值 |
340 |
195 |
39.3 |
48.6 |
7.3 |
|
最小值 |
175 |
104 |
9.9 |
14.5 |
0.6 |
|
80%頻率 |
221 |
171 |
27.5 |
33 |
3.6 |
|
90%頻率 |
228 |
175 |
31 |
41 |
4.3 |
|
95%頻率 |
265 |
180 |
35 |
45 |
5.0 |
通過對污水廠近一年的進水水質統(tǒng)計分析，最終確定本次擴容工程設計進水水質如下：
表2 設計進水水質表
|
項目 |
BOD5（mg/L） |
CODcr (mg/L) |
SS (mg/L) |
總氮（mg/L） |
NH3-N (mg/L) |
TP (mg/L) |
pH |
|
設計進水水質 |
150 |
300 |
180 |
45 |
35 |
5.0 |
6-9 |
（2）設計出水水質
本次擴容工程設計出水水質執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠主要水污染物排放標準》（ DB33/ 2169-2018）表 1 標準，具體如下：
表3 設計出水水質表
|
項目 |
BOD5（mg/L） |
CODcr (mg/L) |
SS (mg/L) |
總氮（mg/L） |
NH3-N (mg/L) |
TP (mg/L) |
pH |
|
設計進水水質 |
10 |
40 |
10 |
12（15） |
2（4） |
0.3 |
6-9 |
注：括號內數值為每年 11 月 1 日至 3 月 31 日執(zhí)行；
1.3 設計工藝流程
經過方案比選，本次擴容工程采用A2OA-MBR工藝，具體如下：
圖6 工藝流程圖
2 主要構筑物設計
污水經膜格柵后進入A2OA-MBR反應池，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反應池平面布置圖
主要設計參數如下：
（1）生化池
生化池總水力停留時間（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；污泥負荷0.06kgBOD5/(kgMLVSS.d)；污泥齡19d。
由于膜池運行過程中需要對膜組件進行曝氣吹掃，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/缺氧池會破壞厭氧/缺氧環(huán)境，導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500%；好氧池至缺氧池的最大回流比設400%；缺氧池至厭氧池的最大回流比設200%。
由于膜池至好氧池的回流液中含氧量較高，故適當降低好氧池的曝氣量，最大氣水比設1：5。
（2）膜池
膜池共設44組安裝位置，實際安裝40組，預留4組空位。平均膜通量為14.8 L/m2•h。膜吹掃風量折算成氣水比為9：1。
3 運行效果及分析
該污水處理廠于2020年12月完成調試，正式投入運行。經過一年的運行，通過對出水水質的統(tǒng)計分析，整體運行效果較好。能夠穩(wěn)定達到設計的出水水質標準。其中SS指標通過膜組件的過濾，出水穩(wěn)定在5mg/L以下；氨氮指標處理效果也較好，基本控制在0.1至0.2mg/L之間；出水總磷通過化學藥劑的輔助作用，也能穩(wěn)定在排放標準以下。出水TN及CODcr指標統(tǒng)計頻率分布如下：
圖8 進水TN頻率統(tǒng)計圖表進水（mg/L） 圖9 進水CODcr頻率統(tǒng)計圖表（mg/L）
表4 實際出水水質各污染物情況匯總表
|
項目 |
CODcr |
SS |
NH3-N |
TN |
TP |
|
mg/L |
mg/L |
mg/L |
mg/L |
mg/L |
|
|
平均值 |
15 |
5 |
0.1 |
8.5 |
0.1 |
|
最大值 |
29 |
6 |
0.8 |
12.7 |
0.2 |
|
最小值 |
6 |
4 |
0.0 |
3.1 |
0.0 |
|
90%頻率 |
23 |
5 |
0.1 |
10.8 |
0.1 |
|
95%頻率 |
26 |
5 |
0.1 |
11.4 |
0.2 |
需要指出的是，出水TN最大值為12.7 mg/L。此數據為2021年2月10日，氣溫較低情況下的檢測數據。按照設計排放標準，11 月 1 日至次年 3 月 31 日，排放標準要求為15mg/L。因此，該污水處理廠實際處理效果較好，出水水質能夠穩(wěn)定達標。
4 問題與討論
4.1 MBR工藝的優(yōu)勢
（1）污染物去除效率高
從本次工程的實際運行效果分析，MBR工藝的污染物去除效率高，尤其是有機物、氨氮及TN。出水氨氮指標穩(wěn)定控制在0.1 mg/L左右，去除率高達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78%以上；低溫天氣也可控制在11 mg/L以下。
（2）出水水質穩(wěn)定
MBR反應器出水基本無懸浮物固體，由于較高的污泥濃度，其他污染物指標的去除效果也十分穩(wěn)定，對于進水水質沖擊也有很好的適應性。
（3）占地面積小
MBR反應器內污泥濃度可以控制在較高的水準，在保證處理效果的前提下，可以大大減小反應池的占地面積。以本工程為例，A2OA+MBR反應池總體停留時間僅為14h。常規(guī)的A2O+二沉池處理工藝總體停留時間在20h以上。這就意味著采用MBR反應器可將反應池的占地面積減小30%以上。
（4）剩余污泥量少
MBR反應器較高的污泥濃度使得反應器內F/M值很低，微生物因營養(yǎng)限制而處于內源呼吸階段，其比增值率很低，因此系統(tǒng)內的活性污泥量遠小于普通的活性污泥法，可大大降低污泥處理處置費用。
（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，對于MBR反應器的出水消毒，消毒劑的用量和大大減少。
4.2 MBR工藝的缺點
（1）膜組件的污染與堵塞
在MBR反應器運行過程中，膜的污染與堵塞不可避免，且一定程度上是不可逆的。因此在一定運行時間后膜組件的產水量會降低，為了確保處理能力，不得不更換膜組件。
（2）運行成本較高
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，增加運行成本。
4.3 MBR工藝的應用前景
MBR反應器被普遍認為是性能穩(wěn)定，效果良好，和極具發(fā)展?jié)摿Φ奈鬯幚砑夹g。在此，本文從處理效果、建設成本、運行成本以及膜污染控制措施幾個方面進行論述。
（1）處理效果
正如前文所述，MBR反應器具有諸多優(yōu)點，是一種高效穩(wěn)定的處理工藝，非常值得推廣及應用。
（2）建設成本
MBR反應器運用之初，受限于膜制造成本，整體建設成本較高。但隨著膜材料制造行業(yè)的快速發(fā)展，膜組件的采購成本已大大降低。且由于MBR反應器整體停留時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，隨著各地相繼出臺比國家標準更為嚴格的地方標準，傳統(tǒng)的二級處理工藝很難確保出水水質穩(wěn)定達標。而MBR反應器出水水質可達到三級處理的效果，工藝流程的縮短，更是大大降低了污水處理廠的建設成本。
綜合分析，從建設成本考慮，MBR工藝同樣具有優(yōu)勢。
（3）運行成本
為了減緩膜組件的污染與堵塞，在運行過程中，需要提供較大的能耗以提供膜表面較大的剪切力，以風機吹掃方式所需提供的氣量甚至高出了工藝曝氣量；另外還需定期對膜組件進行水力沖洗以及化學清洗。這使得MBR工藝的運行成本較高。這也是限制MBR工藝推廣的其中一個重要因素。
有相關研究表明，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工藝的運行成本。例如，產水泵工作9分鐘，停泵1分鐘，在這一分鐘內進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、膜材料及運行條件。
除了反沖洗、化學清洗以及提供膜表面強剪切力之外，通過對膜材料本身的改善、控制混合液污泥濃度以及適當的膜通量也可一定程度上延緩膜本身的堵塞。
目前，膜材料的研究已經十分完善，對于MBR工藝的推廣及應用有很大的幫助。
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減緩膜污染都有很大的作用。
隨著更進一步的研究，相信會有完善高效的措施解決膜污染與堵塞這一限制MBR工藝推廣的關鍵問題。
5 結語
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,有強大的脫氮效果[1]。其占地面積小的特點尤其適合地下式、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)內人士的認可。隨著對MBR反應器的研究越來越深入，MBR工藝的缺點被很好的克服，其在市場上的應用前景也會越來越廣闊。
參考文獻
[1] 白玉華, 張欣宇, 黃政鑫,等. AAOA+MBR強化脫氮工藝用于內江市某污水廠提標改造[J]. 中國給水排水, 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準半地下式污水廠[J]. 中國給水排水, 2020, 36(4):47-50.
[3] 許敏,劉夢楠. 改良型氧化溝擴容改造AAO+MBR工藝工程設計[J]. 中國給水排水, 2020, 36(2):48-52.
作者簡介：陳濱輝（1990-），男，浙江杭州人，本科，工程師，主要研究方向為市政污水處理、凈水工程技術。
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