AAOA-MBR工艺在温州市某污水处理厂的应用
陈滨辉1，李求斌2
（1.浙江恩弗卫环保科技有限公司，浙江杭州310000；2.百奥兰（浙江）水务技术有限公司，浙江杭州310000）
摘要：MBR工艺相比于其他处理工艺有较大的优势。本文通过对A2OA-MBR工艺在温州市某污水处理厂的应用，从处理效果、建设成本、运行成本以及膜污染控制措施几个方面论述MBR工艺在市政污水处理领域中的应用前景，以期为相关人员提供参考。
关键词：MBR工艺；市政污水处理；膜污染控制；应用前景；
膜-生物反应器（Membrane-Bioreactor，简称MBR）是膜分离技术和污水生物处理技术有机结合的产物。该技术的特点是以超、微滤膜分离过程取代传统活性污泥处理过程中的泥水重力沉降分离过程。由于采用膜分离技术，因此可以将污泥停留时间和水力停留时间完全独立，可以保持很高的生物相浓度和较长的生物固体平均停留时间。有利于世代周期较长的硝化细菌及反硝化细菌的生存，对于氨氮及TN的去除效果有较大的提升。本文通过对温州市某污水处理厂运行情况，分析MBR工艺在市政污水处理领域运用中的实际处理效果以及应用前景。
1 工程概况
1.1 概述
本次工程污水处理厂现状处理规模为6.0万m3/d，实际处理处理量达到5.5万m3/d，部分时段已满负荷甚至超负荷运行。为了能满足污水量增加后的处理需求，该地政府提出了本次扩容工程。本次扩容规模为3.0万m3/d。
1.2 设计进出水水质
（1）设计进水水质
污水厂的进水水质，以生活污水为主，约有10%的工业废水，主要为卤制品加工废水，近一年的污染物指标统计频率分布如下：
图1 进水TN频率统计图表进水（mg/L） 图2 NH3-N频率统计图表（mg/L）
图3 进水TP频率统计图表（mg/L） 图4 进水SS频率统计图表（mg/L）
图5 进水CODcr频率统计图表（mg/L）
表1 实际进水水质各污染物统计频率汇总表
|
项目 |
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%频率 |
221 |
171 |
27.5 |
33 |
3.6 |
|
90%频率 |
228 |
175 |
31 |
41 |
4.3 |
|
95%频率 |
265 |
180 |
35 |
45 |
5.0 |
通过对污水厂近一年的进水水质统计分析，最终确定本次扩容工程设计进水水质如下：
表2 设计进水水质表
|
项目 |
BOD5（mg/L） |
CODcr (mg/L) |
SS (mg/L) |
总氮（mg/L） |
NH3-N (mg/L) |
TP (mg/L) |
pH |
|
设计进水水质 |
150 |
300 |
180 |
45 |
35 |
5.0 |
6-9 |
（2）设计出水水质
本次扩容工程设计出水水质执行《城镇污水处理厂主要水污染物排放标准》（ DB33/ 2169-2018）表 1 标准，具体如下：
表3 设计出水水质表
|
项目 |
BOD5（mg/L） |
CODcr (mg/L) |
SS (mg/L) |
总氮（mg/L） |
NH3-N (mg/L) |
TP (mg/L) |
pH |
|
设计进水水质 |
10 |
40 |
10 |
12（15） |
2（4） |
0.3 |
6-9 |
注：括号内数值为每年 11 月 1 日至 3 月 31 日执行；
1.3 设计工艺流程
经过方案比选，本次扩容工程采用A2OA-MBR工艺，具体如下：
图6 工艺流程图
2 主要构筑物设计
污水经膜格栅后进入A2OA-MBR反应池，主要由厌氧池、缺氧池、好氧池、后置缺氧池及膜池组成。
图7 A2OA-MBR反应池平面布置图
主要设计参数如下：
（1）生化池
生化池总水力停留时间（平均流量）为12.7h；其中厌氧池1.5h；缺氧池4.5h；好氧池4.7h；后置缺氧池2.0h。
生化区污泥浓度8.0g/L；污泥负荷0.06kgBOD5/(kgMLVSS.d)；污泥龄19d。
由于膜池运行过程中需要对膜组件进行曝气吹扫，以减缓膜丝被污染的程度，膜池混合液中含氧量较高，直接回流至厌氧/缺氧池会破坏厌氧/缺氧环境，导致厌氧释磷及反硝化脱氮效率降低，影响TP和TN的去除效果。因此，将膜池混合液回流至好氧池。同理，将好氧池的混合液回流至缺氧池，再将缺氧池的混合液回流至厌氧池，以此设置3套混合液回流系统。其中膜池至好氧池的最大回流比设500%；好氧池至缺氧池的最大回流比设400%；缺氧池至厌氧池的最大回流比设200%。
由于膜池至好氧池的回流液中含氧量较高，故适当降低好氧池的曝气量，最大气水比设1：5。
（2）膜池
膜池共设44组安装位置，实际安装40组，预留4组空位。平均膜通量为14.8 L/m2•h。膜吹扫风量折算成气水比为9：1。
3 运行效果及分析
该污水处理厂于2020年12月完成调试，正式投入运行。经过一年的运行，通过对出水水质的统计分析，整体运行效果较好。能够稳定达到设计的出水水质标准。其中SS指标通过膜组件的过滤，出水稳定在5mg/L以下；氨氮指标处理效果也较好，基本控制在0.1至0.2mg/L之间；出水总磷通过化学药剂的辅助作用，也能稳定在排放标准以下。出水TN及CODcr指标统计频率分布如下：
图8 进水TN频率统计图表进水（mg/L） 图9 进水CODcr频率统计图表（mg/L）
表4 实际出水水质各污染物情况汇总表
|
项目 |
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%频率 |
23 |
5 |
0.1 |
10.8 |
0.1 |
|
95%频率 |
26 |
5 |
0.1 |
11.4 |
0.2 |
需要指出的是，出水TN最大值为12.7 mg/L。此数据为2021年2月10日，气温较低情况下的检测数据。按照设计排放标准，11 月 1 日至次年 3 月 31 日，排放标准要求为15mg/L。因此，该污水处理厂实际处理效果较好，出水水质能够稳定达标。
4 问题与讨论
4.1 MBR工艺的优势
（1）污染物去除效率高
从本次工程的实际运行效果分析，MBR工艺的污染物去除效率高，尤其是有机物、氨氮及TN。出水氨氮指标稳定控制在0.1 mg/L左右，去除率高达99%以上；正常情况下出水TN基本上能够稳定在10 mg/L以下，去除率达78%以上；低温天气也可控制在11 mg/L以下。
（2）出水水质稳定
MBR反应器出水基本无悬浮物固体，由于较高的污泥浓度，其他污染物指标的去除效果也十分稳定，对于进水水质冲击也有很好的适应性。
（3）占地面积小
MBR反应器内污泥浓度可以控制在较高的水准，在保证处理效果的前提下，可以大大减小反应池的占地面积。以本工程为例，A2OA+MBR反应池总体停留时间仅为14h。常规的A2O+二沉池处理工艺总体停留时间在20h以上。这就意味着采用MBR反应器可将反应池的占地面积减小30%以上。
（4）剩余污泥量少
MBR反应器较高的污泥浓度使得反应器内F/M值很低，微生物因营养限制而处于内源呼吸阶段，其比增值率很低，因此系统内的活性污泥量远小于普通的活性污泥法，可大大降低污泥处理处置费用。
（5）出水消毒剂用量少
目前新建改建的污水处理厂已较多采用次氯酸钠接触消毒。微滤膜可以截留大部分细菌，超滤膜甚至可截留部分病毒。相较于普通的活性污泥法，对于MBR反应器的出水消毒，消毒剂的用量和大大减少。
4.2 MBR工艺的缺点
（1）膜组件的污染与堵塞
在MBR反应器运行过程中，膜的污染与堵塞不可避免，且一定程度上是不可逆的。因此在一定运行时间后膜组件的产水量会降低，为了确保处理能力，不得不更换膜组件。
（2）运行成本较高
为了减缓膜组件的污染与堵塞以及降低膜表面因浓差极化而形成的凝胶层阻力，不得不保持膜表面剧烈的紊流流态和较大的剪切力，这就需要提供较高的能耗，增加运行成本。
4.3 MBR工艺的应用前景
MBR反应器被普遍认为是性能稳定，效果良好，和极具发展潜力的污水处理技术。在此，本文从处理效果、建设成本、运行成本以及膜污染控制措施几个方面进行论述。
（1）处理效果
正如前文所述，MBR反应器具有诸多优点，是一种高效稳定的处理工艺，非常值得推广及应用。
（2）建设成本
MBR反应器运用之初，受限于膜制造成本，整体建设成本较高。但随着膜材料制造行业的快速发展，膜组件的采购成本已大大降低。且由于MBR反应器整体停留时间比普通活性污泥法工艺少30%，意味着土建成本大大减小。另外，随着各地相继出台比国家标准更为严格的地方标准，传统的二级处理工艺很难确保出水水质稳定达标。而MBR反应器出水水质可达到三级处理的效果，工艺流程的缩短，更是大大降低了污水处理厂的建设成本。
综合分析，从建设成本考虑，MBR工艺同样具有优势。
（3）运行成本
为了减缓膜组件的污染与堵塞，在运行过程中，需要提供较大的能耗以提供膜表面较大的剪切力，以风机吹扫方式所需提供的气量甚至高出了工艺曝气量；另外还需定期对膜组件进行水力冲洗以及化学清洗。这使得MBR工艺的运行成本较高。这也是限制MBR工艺推广的其中一个重要因素。
有相关研究表明，通过脉冲式的吹扫膜表面，在确保一定膜污染控制效果的前提下，能够大大降低MBR工艺的运行成本。例如，产水泵工作9分钟，停泵1分钟，在这一分钟内进行膜表面的曝气吹扫，吹扫的能耗可以降低近90%。
（4）膜污染控制措施
膜污染的影响因素包括混合液特性、膜材料及运行条件。
除了反冲洗、化学清洗以及提供膜表面强剪切力之外，通过对膜材料本身的改善、控制混合液污泥浓度以及适当的膜通量也可一定程度上延缓膜本身的堵塞。
目前，膜材料的研究已经十分完善，对于MBR工艺的推广及应用有很大的帮助。
另外，有研究表面，通过在混合液中投加絮凝剂、活性炭以及包碳磁粉对减缓膜污染都有很大的作用。
随着更进一步的研究，相信会有完善高效的措施解决膜污染与堵塞这一限制MBR工艺推广的关键问题。
5 结语
综合以上分析论述， MBR工艺相比于其他处理工艺有较大的优势,有强大的脱氮效果[1]。其占地面积小的特点尤其适合地下式、半地下式污水处理厂[2]。从越来越多其他活性污泥法改造为MBR工艺的案例也可以看出[3]，MBR工艺越来越受到业内人士的认可。随着对MBR反应器的研究越来越深入，MBR工艺的缺点被很好的克服，其在市场上的应用前景也会越来越广阔。
参考文献
[1] 白玉华, 张欣宇, 黄政鑫,等. AAOA+MBR强化脱氮工艺用于内江市某污水厂提标改造[J]. 中国给水排水, 2020, 36(24):87-94.
[2] 王雪, 戴仲怡, 张晓临,等. A2/O+MBR工艺用于集约化高排放标准半地下式污水厂[J]. 中国给水排水, 2020, 36(4):47-50.
[3] 许敏,刘梦楠. 改良型氧化沟扩容改造AAO+MBR工艺工程设计[J]. 中国给水排水, 2020, 36(2):48-52.
作者简介：陈滨辉（1990-），男，浙江杭州人，本科，工程师，主要研究方向为市政污水处理、净水工程技术。
