倒置A2／O+MBR处理矿区生活污水的运行特性
赵曙光1，姜志琛2，樊耀波·，吴琼3，魏源送，，刘晓霞。
(1．中国科学院生态环境研究中心，北京100085； 2．中国矿业大学dE京)化学与环境工程学院，北京100083
3一E京碧水源科技有限公司，北京102206； 4．汾西宜兴煤业有限责任公司，山西孝义032302)
摘要：介绍了倒置A2／O+MBR工艺处理矿区生活污水工程的设计与调试，考察了工艺的运行特性、膜污染控制方
法及效果。结果表明，倒置A2／O+MBR X-艺处理生活污水的效果稳定高效，抗冲击负荷能力强，出水COD、SS、
NH，一N、TN、TP、BOD；等主要水质指标可达到和优于国家城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918--2002)一级
A标准；MLSS质量浓度在9 000 mg／L以下，保持SRT为30 d条件下，在线清洗和体外化学清洗可保证污水处理系
统的正常稳定运行。倒置A2／O+MBR工艺处理矿区生活污水具有较大的适用性，可大规模推广应用。
关彻：倒置A2／O；MBR；矿区生活污水；膜污染
中图分类号：X799．3；TQ028．8 文献标识码：B 文章编号：1
000—3770(2013)06—0121．004
与常规A210(厌／缺／好氧)工艺相比，倒置
A2／O工艺(缺／厌／好)具有更优的脱氮除磷效果，
并且由于只有一个污泥回流，可大大减小运行能耗。
倒置A2／O工艺已应用于实际工程的改造，取得了良
好的经济效益[14]。
倒置A2／O—MBR(厌／缺／好氧一膜生物反应
器)组合工艺，具有结合倒置Az／O和MBR两工艺
优势、弥补相互自身不足、可取得更好处理效果和减
少工程占地面积的特点。在生活区用地紧张，污染源
复杂且严重，排放标准日益严格的矿区尤其具有适
用性。但目前此工艺研究大多处在小试阶段，倒置
A2／O—MBR工艺在煤矿矿区生活污水的应用尚未见
报道。本文就倒置A2／O—MBR组合工艺处理矿区生
活污水设计、调试、运行、膜污染控制方法及效果进
行探讨，对排泥和膜清洗技术维护系统的正常稳定
运行效果进行了考察lSl，获得了该工艺的关键设计、
运行和膜污染控制参数。研究结果可为倒置
A2／O—MBR工艺研究及在矿区生活污水处理中的规
模化推广应用提供科学依据和技术参考。
1废水来源及水质水量
本文研究的倒置A2／O—MBR工程设计污水处
理能力：450 m3／d，设计平均运行流量20 m3／h；原水
来自某矿区的生活污水，水质指标：COD为350～
400 mg／L；BOD5为150～200 rag／L；NH3-N质量浓
度为15～30 mg／L：TP质量浓度为1～3 mgm；SS质
量浓度为1004200 mgm；pH为6．5～9。出水经紫
外消毒后的水质要求达到国家标准[6]中的一级A标
准，可回用于厂区绿化、冲洗地面等杂用水。
2工艺设计
2．1工艺渡程
废水处理的工艺流程图如图1所示。
污泥排出及处置污泥回流唾}咂殛圈崞—砷l。謇徽，
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图1 倒置A2／O—MBR矿区生活污水工艺流程
Fig．1 Flow diagram ofthe inverted A2／O—MBR process for
treatment ofdomestic sewage in a mining area
工艺流程：生活污水经自动机械格栅机后进入
集水井内，集水井的污水经一级提升泵进入设有水
下搅拌机的调节池，再经二级提升泵，通过毛发聚集
器与MBR池回流污泥汇入DN400管道混合器，经
充分混合后流入缺氧池前端，再经厌氧处理后进入
收稿日期：2012．12—12
基金项目：国家自然科学基金“MBR流场、传质与能耗的相互关系研究”(51278483)；院地合作项目“新型低能耗膜生物反应器污水资
源化工程应用”(50678168)
作者简介：赵曙光(1975--)，男，博士，高级工程师，研究方向为矿井水处理及MBR技术的工程应用；E-mail：
zs92509@126．com
联系作者：樊耀波，研究员；E—mail：
ybfan@rcees．ac．ca
122 水处理技术第39卷第6期
好氧MBR池，形成倒置A2／O工艺流程。
2．2主要构筑物
主要构筑物的设计参数见表1，其中地下设备
间为供水设备安放之处。工程占地总面积为121 m2，
处理吨水占地面积仅为O．27 m2／d。
表l倒置A2／O-MB主要单元设计参数
Tab．1 The structural parameters of main tanks in the inverted
A2／O—MBR process
2．3主蔓设鲁
机械格栅：HF300，流量30 m3／11，1个，进水口，1
用；毛发聚集器：MF．50，流量50 m3／h；2个，调节池
顶，l用1各；一级提升泵：WQ2120．202，流量20
m3／h，杨程9m，功率1．1kW，2个，集水井内，1用1各；
二级提升泵：WQ2120．202，流量20m3／h，杨程9 m，功
率1．1 kW，2个，调节池内，1用1备；混合液回流泵：
WQ2175．412，流量80 m3，11，杨程9 m，功率4 kW，2
个，MBR池内，l用1备；污泥泵：WQ2120．201，流
量10 m3／h，杨程9 m，功率1．1 kW，2个，MBR池内，
l用1备；膜抽吸泵：GMP31—50，流量12 m3／h，杨程
8 m，功率0．75 kW，4个，清水池顶，2用2各；膜组
件：SADFl5，1．2mxl．4mx2．5m，2组，MBR池，2用；在
线清洗装置：SZ037，中1．1 mxl．2 m，PE，2座，厌氧池
顶，1用1备；PAC加药装置：AHA32，多1．1 mxl．2 m，
PE，2个，厌氧池顶，1用1备；鼓风机：XSR一80，流量
3．5 m3／min，ap=49 kPa，功率5．5 kW，3个，缺氧池
顶，2用1备；紫外消毒器：UTX．WWM一18V，流量
50m3／h，1个，清水池顶，1用。
2．4主要处理系统
2．4．1预处理系统
预处理系统包括自动机械格栅和毛发聚集器。
自动格栅栅条间隔5～6 mlYl，可将大块杂质拦截，
毛发聚集器内过滤孔径为2 mm，可清除污水中的
大部分毛发丝。预处理系统是为了防止细小纤维丝
及毛发缠绕在膜丝上而严重影响MBR系统的正常
运行。预处理是保证膜系统正常运行较关键环节。
2．4．2倒置A2／O系统
倒置A2／O水处理系统包括缺氧、厌氧、好氧三
部分，是脱氮除磷的核心部分。MBR池内设回流泵
和排泥泵，可使活性污泥回流和控制MBR池内的
污泥浓度，好氧MBR池内安装了2套膜组件。缺氧
池内设间歇曝气可防止污泥在其底部大量沉积。
2．4．3 MBR系统
MBR系统包括膜组件、曝气装置及出水系统。
设两套膜组件，每套含15片膜片，膜的总面积为
900 m2，设计的膜通量为22L／(m：·h)，膜材质为PVDF；
公称孔径为0．4¨m；膜丝内径／’外径：1．0 mm／2．8
mm；组件尺寸2 mxl．25 rex0．3 m；面积为30 m2／
片；膜丝长度2m。采用了浸没一体式MBR，膜组件
内曝气引起其内外混合液密度差异形成了循环水力
流态，不仅使可降解的污染物与富氧的活性污泥不
断地充分接触而得到有效降解，并且使膜丝周围水
力流态由静态变为动态，使死端过滤变为错流过滤
大大延缓膜污染上升速度。
在抽吸泵的作用下，混合液经膜完成泥水分离，
清水进入清水池。抽吸泵采用的是普通的离心泵，其
位置比MBR池正常运行液位高出2 m以上，膜组件
出水系统启动至正常运行相当困难。在集水总管与抽
吸泵的进水管路之间安装了专利技术[7】装置，可解决
了膜组件出水系统的快速启动与稳定运行问题。
2．4．4清洗系统
本工程采用2套在线清洗系统和一个膜清洗池，
每套在线清洗系统包括一个贮液桶，一台搅拌机、一
台白吸泵及其与抽吸泵前的吸水管路相连的加药管
道。按一定的操作程序，在线清洗系统可把药液反向
注入膜组件内，达到在线清洗的目的。另外，MBR池
上方设置了起重装置，用于膜组件的提升便于膜片拆
卸。膜片拆下后可放入膜清洗池内进行浸没清洗。
2．4．5控制系统
当每台设备可就地控制、集中控制和远程控制。
集中控制有自动、手动两种控制方式。自动控制程序
由集中控制柜内的PLC设定，而PLC的数据和指
令经以太网与工控机交互通讯可实现远程控制。
3工程调试及运行特性
3．1工程调试及运行
首先进行清水调试，处理好有渗漏的池子，每台
设备经单机试运转排除故障后处于正常状态。清水
调试后，好氧池内充入生活污水，并投入接种的活性
污泥，使池内的MLSS的质量浓度不低于1 000
赵曙光等，倒置A2／O+MBR处理矿区生活污水的运行特性123
merlE。调节膜组件的曝气强度为35．7 Nm3·／(m2．h1，
2 d后，启动运行l套膜组件的出水系统，运行流量
为4 m3／h，膜通量为8．8 L／(m2·h)；监测污泥浓度、
NH3一N的变化情况。随时间推移，MBR池内污泥的
颜色由黑变浅灰再到深灰色，絮状污泥在不断增加，
投入的黑臭的污泥渐渐变为散发土腥昧的成熟污
泥。运行11 d后，污泥质量浓度达到3 000 m玑以
上，NH，一N降至l mg／L以下，此时出现大量的后生
动物，活性污泥的培养基本完成。启动2套膜出水系
统，运行流量为7．2 m3／h(膜实际运行平均通量为
16 L／(mz·h))左右，开启污泥回流泵形成倒置A2／O
的工艺状态。监测污水进出水水质、MBR污泥性
状、污泥浓度及TMP，根据结果随时调整运行参数，
保证系统的正常稳定运行。
3．2运行特性
3．2．1运行处理效果
2010年11月开始调试与运行，2011年3月水
质指标方可检测，该工程已经运行了130 d。以下的
数据为201 1年3月至201 1年12月的数据。COD、
SS、NH，一N的去除效果如图2～图4所示。去除效果
统计见表2，TN、TP、BOD，的去除效果见表3。结果
表明，倒置A2／O+MBR工艺处理生活污水效果稳定
高效，抗冲击负荷能力强，其处理后的出水水质指标
基本达到或优于国家标准16]的一级A标准，达到了
设计要求。
1000
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U
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运行时问／d
图2 COD去除效果
Fig 2 The removal effect ofCOD
运行时州／d
图3 SS去除效果
Fig．3 The removal effect ofSS
100
80
亭
6()霉
塑
40粕
2()
0
0
运行时间，d
图4 NH，．N去除效果
Fig．4 The removal effect ofNH3一N
表2 COD、SS、NH3．N的去除效果
Tab．2 The statistics ofremoval effect ofCOD，SS and NHs—N
项目
COD／
(mg·L。)
范围餐
p(NH3一N)／
(mg·L-1)
范围握
p(SS)／
(mg·L。1)
范围磬
进水144～705 348．3 23．8～28．6 25．3 2～141 27．6
出水6．9～58．3 32．5 0．1～12．5 O．46 0～1．5 <1
去除率脱84．5～98．7 89．3 65．5～98．6 97．9 99．5～99．8 99．7
表3 TN、TP、BOD，处理效果
Tab．3 The removal effect ofTN，TP and BOD5
3．2．2污泥特性
当MBR池内的污泥质量浓度大于9 000 mg／L
时，启动排泥泵控制MBR池内的污泥质量浓度在
9000mg／L以下，经计算，SRT应保持在30d。对污
泥的MLSS、SV、SVI监测的结果如图5和图6所
示。SV和SVl分别为51％--99％和51～158 mL／g。
500(1
712000
二900()
∽
三600(I
3()0{：
00 50 200 250 300 350 40(1 450
运行时间／d
图5 MLSS的变化
Fig．5 The variation ofMLSS
3．2．3膜污染发展及控制
TMP是表征膜污染程度的指标，TMP超过30
kPa后，需对膜组件进行体外浸没化学清洗。TMP的
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万方数据
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图6 SV、SVl的变化
Fig．6 The variation ofSV，SVI
变化见图7，图中A、B是指2次体外浸没化学清洗
点，时间间隔为半年，药剂为质量分数O．3％的次氯
酸钠溶液。由A、B前后TMP变化可知，体外浸没清
洗比较彻底。A．B间采用在线清洗方式，清洗药剂采
用质量分数为0．03％的次氯酸钠溶液，药剂量按2
L／m：膜面积计算，频率为l周1次。比较A—B与A
之前(未在线清洗)的TMP发展情况可知在线清洗
作为日常维护的措施对膜污染控制有显著的效果。
运ij时划／d
图7 TMP的变化
Fig．7 The variation ofTMP
4经济效益分析
人工费0．89元／t；电费0．46元／t；药剂费0．05
元／t；合计1．4元／t。处理生活污水的吨水运行成本
为1．4元，矿区的自来水按1．6元／t计算，不计算排
污费，直接产生经济效益0．2元／t水。
5结论与建议
倒置A2／O+MBR工艺处理生活污水效果稳定
高效，抗冲击负荷能力强，出水COD、SS、NH3一N、
TN、TP、BOD，等主要水质指标可达到和优于国家
城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918—
2002)一级A标准。倒置A2／O+MBR工艺处理矿区
生活污水具有较大的适用性，可大规模推广应用。
控制MLSS质量浓度在9 000 mg／L以下，保持
SRT为30 d，并进行在线清洗和体外化学清洗，可
保证水处理系统的正常稳定运行。
建议对排泥改变污泥特性延缓膜污染的机理进
行更系统与深入的研究，可探索排泥控制膜污染技
术的理论问题，为MBR工程应用的膜污染控制提
供科学依据和技术支撑。
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APPLICATION OF REVERSED A2／O COMBINED MBR PROCESS FOR TREATMENT OF DOMESⅨSEⅥ乃蛾玳A删G AREA
Zhao Shuguan91，Jiang Zhichen2,Fan Yaob01，Wu Qiongs，Wei Yuansong‘，Liu Xiaoxia4
(J．Research Centerfor Eco-Environmental Sciences，Chinese Academy ofSciences．Beiiing 100085；
2．School of Chemical and Environmental Engineering,China Unb：ersity of Mining Technology,Beijing 100083,China,．
3．Beijing Odginwaer 70c^，lof99y Co．Ltd．，Beqing 102206,China；4．Fengxi Yixing Mining Industry Group Co．Ltd．，Xiooyi 032302,Chin口) 朋删Hereweintroducedthedesignandoperationofthe reversedA2／OcombinedMBR(A2／O．MBR)processfortreatmentofdomestic sewageina
miningarea．Theoperatingcharacteristicofthisprocess，controlmethodsandeffectofmembranefoulingwerealsoinvestigated．The resuIts showedthatthe
performance ofthe A2／O·MBR process was stable，efficient and with strong resistance to impact load．The quality ofeffluent(COD,SS,NH3．N,TN,TP,BODs)
metorbetterthanthenational standardclass 1Acriteriaspecifiedindischarge standardofpollutantsformunicipalwastewatertreatmentplant(GB 18918--
2002)． When the MLSS<9 000 mg／L and SRT=30 d， on-line cleaning and in vitro chemical cleaning can guarantee the normal and stable oDeration of
A2／O—MBRsystem．Itis shownthattheA：／O·MBRprocessisapromisingtechnologytobeappliedintreatmentofthedomestic sewageintheminin2area
Keyword：reversed A2／O；MBR；domestic sewage in mining area；membrane fouling
第39卷第6期
2013年6月
水处理技术
TECHNOLOGY OF WATER TREATMENT
V01．39 No．6
Jun．，2013 12l
