侯志愿

（福建七建集團有限公司 福建漳州 363000）

0 引言

在我國政府持續(xù)加強環(huán)境保護力度和污水排放標準的背景下，MBR 膜生物反應(yīng)器技術(shù)日益成為污水處理和資源化重要技術(shù)之一。本文結(jié)合泉州芯谷南安分園區(qū)工業(yè)污水處理廠PPP 項目，深入分析了AAOA 工藝和MBR 膜工藝特點，研究了AAOA 池設(shè)計、膜組器設(shè)計參數(shù)選擇和污染控制要點，以期為工業(yè)園區(qū)污水處理提供有益的參考。

1 工藝選擇

工業(yè)園區(qū)污水處理工藝選擇時，最為常見的脫氮除磷工藝是AAO 工藝［1］，其流程相對簡單，受到國內(nèi)外污水處理領(lǐng)域?qū)＜业那嗖A。但AAO 工藝脫氮除磷與反應(yīng)基質(zhì)（碳源）存在反應(yīng)空間競爭關(guān)系，導(dǎo)致AAO 工藝難以取得同時去除N、P 的良好效果［2］，混合液溶解氧濃度高達5.0 mg/L～10.0 mg/L，不僅浪費了大量可利用的碳源，而且造成了鼓風機能耗增加。因此，優(yōu)化配置AAO 流程，實現(xiàn)污水處理流程中有限碳源的高效利用是污水處理領(lǐng)域研究的熱點。

MBR 膜生物反應(yīng)技術(shù)可以保持較高的生物相濃度和良好的水處理效果，具有占地面積小、剩余污泥排放少、不受污泥膨脹影響、抗沖擊負荷能力強、自動化程度高等特點，具有較高的應(yīng)用推廣價值。但MBR 膜技術(shù)面臨表面易污染問題［3］，需采取鼓風曝氣措施進行表面吹掃，導(dǎo)致MBR 膜工藝能耗增加。

通過深入研究傳統(tǒng)活性污泥法（AAO）特點，可在AAO 工藝技術(shù)的基礎(chǔ)上增加缺氧池，改進為AAOA 工藝，并改變AAO工藝單點進水方式和混合液內(nèi)循環(huán)方式，從而達到高效利用碳源的目的。因此，將AAOA 工藝與MBR 工藝相結(jié)合，借助MBR 膜工藝高效分離功能，能夠保障污水處理出水水質(zhì)。

1.1 AAOA 工藝原理

AAOA 工藝由厭氧池、缺氧池1、好氧池、缺氧池2 組成，即在AAO 工藝的基礎(chǔ)上增加1 座缺氧池，厭氧池、缺氧池1和缺氧池2 分別進水，充分利用污水中的碳源為反硝化菌和除磷菌提供優(yōu)質(zhì)碳源。好氧池混合液回流至缺氧池1，為污水除磷菌提供良好的釋磷環(huán)境。缺氧池2 部分混合液回流至厭氧池，實現(xiàn)聚磷菌在好氧池內(nèi)過量吸磷。通過AAO 工藝優(yōu)化為AAOA 工藝，提高污水處理N、P 同時去除效果。

1.2 MBR 膜技術(shù)原理和技術(shù)選擇

（1）MBR 技術(shù)原理。MBR 膜生物反應(yīng)器技術(shù)是指將生物處理單元與膜分離技術(shù)相結(jié)合的一種污水處理技術(shù)。在反應(yīng)器系統(tǒng)中，由膜組器、產(chǎn)水系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)組成。通過膜分離系統(tǒng)替代傳統(tǒng)污水處理中的二沉池及深度處理［4］，改善了污水處理濃縮后剩余污泥回流問題。相較于傳統(tǒng)的污水處理工藝，MBR 膜技術(shù)具有生物相濃度高、固液分離高效、泥齡長等特點。①生物相濃度高。MBR 膜技術(shù)提高了容積負荷與抗沖擊能力，有效減少了生物池容積，縮短了污水處理沉淀、混凝、過濾等處理流程，簡化了污水處理流程。②固液分離高效。MBR 膜技術(shù)固液分離效率高，且不受污泥膨脹因素的影響，出水水質(zhì)穩(wěn)定，經(jīng)MBR 膜處理后的污水可直接回用。③泥齡長。MBR 膜技術(shù)可在高容積負荷、低污泥負荷下長周期運行，具有泥齡長、污泥處置費用低等特點。

（2）MBR 膜形式選擇。膜過濾過程中，污水中微粒、膠體粒子、溶質(zhì)分子等與MBR 膜發(fā)生物理、化學相互作用，或污水中溶質(zhì)在膜表面超過其溶解度、機械作用等原因，容易在膜表面和膜孔形成沉淀、吸附并導(dǎo)致膜孔孔徑變小、堵塞等問題，造成膜透流量與分離特性產(chǎn)生變化。結(jié)合污水處理工程實踐經(jīng)驗，MBR 膜污染主要受膜的性質(zhì)、污泥混合液性質(zhì)和操作條件等因素的影響，因此，結(jié)合污水性質(zhì)和工藝操作條件合理選擇MBR 膜是實現(xiàn)污水處理高效、長周期運行的重要保障。根據(jù)MBR 膜膜孔孔徑大小劃分，膜孔大于0.1 μm 為微濾膜，膜孔小于0.1 μm 為超濾膜。當采用微濾膜時，大部分細菌可通過膜孔，并在MBR 膜背面大量繁殖，直至膜孔堵塞，該過程屬于不可逆污堵，化學反洗不能完全清除。超濾膜孔徑較小，可截留絕大部分細菌，可通過曝氣擦洗或化學反洗清除，防止MBR膜孔堵塞問題。根據(jù)膜類型劃分，可將MBR 膜劃分為中空纖維膜和平板膜2 種。與平板膜相比，中空纖維膜成本相對較低，可實現(xiàn)在線沖洗，使用壽命差異不顯著，適用于園區(qū)長周期污水處理需求，因此，本工程選用中空纖維超濾膜。

2 項目概況

工程為泉州芯谷南安分園區(qū)工業(yè)污水處理廠PPP 項目，位于南安市石井鎮(zhèn)廈漳泉聯(lián)盟高速和科院路交叉口，占地面積242 811 m2，在特許經(jīng)營期內(nèi)，處理園區(qū)工業(yè)污水和生活污水。項目設(shè)計規(guī)模日處理5 萬t，分兩期建設(shè)。一期日處理2.5萬t，自2018 年7 月開始建設(shè)，建設(shè)期1 年，于2019 年8 月通過主體驗收，2020 年4 月投入運行，污水處理工藝采用“混凝沉淀+AAOA 生化法+膜處理（MBR 中空纖維簾式膜）工藝?！?/p>

根據(jù)工程設(shè)計，污水處理流程分為三級：一級處理采用“粗格柵+細格柵+曝氣沉砂池+高效沉淀池+精細格柵”處理工藝，即：園區(qū)污水經(jīng)過粗格柵去除直徑大于20 mm 的固體污染物，通過提升泵提升至細格柵及曝氣沉砂池，在曝氣沉砂池通過羅茨風機對池內(nèi)砂水進行“氣提”，完成砂水分離，后經(jīng)高效沉淀池加藥進行混凝沉淀，進一步去除SS，再進入精細格柵去除直徑大于1 mm 的固體污染物后，完成一級處理段；二級處理采用“AAOA+MBR”生物組合工藝，污水依次經(jīng)過厭氧池、缺氧池、好氧池，各環(huán)境中不同微生物的代謝作用對污染物進行充分降解去除，同時達到脫氮除磷的目的，然后進入MBR 膜池進行泥水分離，MBR 膜池污泥通過回流泵排至回流渠，再通過回流渠進入好氧段，保證生物池的污泥濃度；MBR 膜池出水排至接觸消毒池進行三級加氯消毒處理，出水達標后，經(jīng)巴氏計量槽排至人工濕地公園，工藝流程如圖1 所示。

圖1 污水處理廠工藝流程圖

3 AAOA+MBR 膜技術(shù)應(yīng)用

3.1 AAOA 生物反應(yīng)池設(shè)計

本工程中，AAOA 生物反應(yīng)池包括厭氧池、缺氧池1、好氧池、缺氧池2，其主要功能是去除污水中的有機污染物與N、P等污染物。AAOA 生物反應(yīng)池水力停留時間為11.85 h，其中，厭氧池為1.2 h，缺氧池1 為4.1 h，好氧池為3.95 h，缺氧池2為2.6 h。膜池水力停留時間為1.2 h。活性污泥取自周邊生活污水處理廠含水率80%的剩余污泥，經(jīng)10 d 馴化培養(yǎng)，污泥齡為15 d。厭氧池污泥濃度為2 260 mg/L，缺氧池1 污泥濃度為2 410 mg/L，好氧池污泥濃度均為2 530 mg/L，缺氧池2 污泥濃度為2 380 mg/L，好氧池2 污泥濃度為2 530 mg/L，膜池污泥濃度為3 200 mg/L。

好氧池污泥回流至缺氧池1，以此實現(xiàn)反硝化脫氮（營養(yǎng)不足時投加碳源）；缺氧池2 污泥回流至厭氧池，以此確保厭氧池內(nèi)微生物數(shù)量，經(jīng)反硝化后，減少NO3-N 對厭氧釋磷的影響。膜池污泥回流至好氧池1 內(nèi)（如圖2 所示），補充好氧池內(nèi)微生物。

圖2 AAOA 生物反應(yīng)池結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 膜池設(shè)計與污染控制

（1）膜池設(shè)計。膜池內(nèi)置入中空纖維膜組件25 組，單組面積為2 100 m2，總膜面積為52 500 m2，膜通量為20 LMH，膜孔徑≤0.1 μm，氣水比為15∶1，膜池至好氧池1 回流比為300%～400%。單位面積膜擦洗風量0.3 Nm3/（m2·h），選用4 臺160 kW空氣懸浮鼓風機，2 臺正常運行，2 臺備用。抽吸和反洗雙向泵選用6 臺雙向泵，5 臺正常運行，1 臺備用，按設(shè)計流量變化系數(shù)1.2 計算，單臺雙向泵抽吸水流量為250 m3/h。

化學反洗加藥量按次氯酸鈉原液濃度10%、密度按1.1×103kg/m3計算。

每周維護性清洗加藥次氯酸鈉1 次，次氯酸鈉藥洗濃度為500 mg/L，投加量600 kg。

恢復(fù)性清洗時，按每季度恢復(fù)清洗2 次計，藥洗濃度分別為次氯酸鈉2 000 mg/L，投加量3 250 kg。

離線清洗，按每年離線清洗1 次計，藥洗濃度分別為次氯酸鈉2 000 mg/L，投加量5 500 kg。

（2）膜污染控制。在污水處理中，膜污染控制是影響膜組器使用壽命的關(guān)鍵因素。本工程中，通過膜前預(yù)處理、運行方式優(yōu)化、曝氣擦洗和化學清洗方式進行膜污染控制。①膜前清洗。污水進入生物反應(yīng)池前，增設(shè)膜格柵攔截可能纏繞膜組器的纖維、毛發(fā)等污染物，格柵間隙≤2 mm；②運行方式優(yōu)化。抽吸和反洗雙向泵采用運行7 min、停止1 min 的運行方式，運行泵停止期間，污水中污染物質(zhì)形成遠離膜組器的凈流，以此減緩膜組器污堵問題；③曝氣擦洗。通過持續(xù)曝氣擦洗，在膜組器表面形成氣水沖刷作用，抑制污染物質(zhì)膜表面粘附；④化學清洗。定期進行維護性清洗和恢復(fù)性清洗，維護性清洗每周短時間加低濃度藥清洗，恢復(fù)性清洗定期加高濃度藥長時間清洗。加次氯酸鈉主要清洗有機污染物和生物質(zhì)污染物，檸檬酸（運行時間較短，目前暫時未使用）則主要針對無機污染物和膜組器結(jié)垢問題。

3.3 AAOA+MBR 膜工藝應(yīng)用效果分析

工程建成投用試運行期間，對比AAOA 工藝和MBR 膜工藝進水、出水水質(zhì)指標，見表1。

表1 AAOA+MBR 膜工藝進出水質(zhì)指標數(shù)值 單位：mg/L

從AAOA 處理效果來看，雖然工業(yè)園區(qū)污水水質(zhì)不穩(wěn)定，部分指標超出AAOA 池設(shè)計范圍，但其處理效果達到預(yù)期目標，尤其是N、P 同時去除效果良好，為MBR 膜處理提供了穩(wěn)定的水質(zhì)。

從MBR 膜處理效果來看，經(jīng)中空纖維膜組件處理，出水水質(zhì)穩(wěn)定，出水指標符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）中一級A 標準，取得了良好的社會效益。

從經(jīng)濟效益來看，MBR 膜工藝一次性投資高于常規(guī)處理工藝投資，主要是MBR 膜和膜組件價格較高，運行成本較常規(guī)處理工藝高20%。但由于MBR 膜技術(shù)固液分離效率高，活性污泥濃度高，延長了污泥泥齡，減少了污泥產(chǎn)量和處理費用，出水水質(zhì)好且抗沖擊負荷能力強，實現(xiàn)了園區(qū)工業(yè)污水和生活污水資源化，由此產(chǎn)生的經(jīng)濟效益抵消了MBR 膜技術(shù)投資和運營費用增加帶來的不足。

4 結(jié)語

經(jīng)工程實踐表明，采用AAOA+MBR 膜處理工藝，污水處理水質(zhì)達到排放標準，且處理工藝先進、靈活。本工程通過將2種工藝相結(jié)合，能夠穩(wěn)定出水水質(zhì)，可滿足工業(yè)園區(qū)長周期污水處理要求。相較于AAO 處理工藝，AAOA 工藝能夠提高N、P同時去除效果，提高碳源利用率。相較于平板膜，中空纖維膜成本相對較低，可實現(xiàn)在線沖洗，使用壽命差異不顯著，具有良好的應(yīng)用價值。