A2/O-MBR組合工藝在高校污水處理中的應(yīng)用

田 佳 任碧蕓

（楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西 楊凌 712100）

1 概述

由于傳統(tǒng)的單一MBR工藝在同步脫氮除磷方面不能實(shí)現(xiàn)理想的處理效果，且存在膜污染的短板，為提高脫氮除磷效果，在MBR工藝的基礎(chǔ)上聯(lián)合設(shè)置具有良好脫氮除磷效果的處理步驟，例如厭氧-缺氧-好氧生物處理單元（A2/O）、序批式活性污泥法（SBR）處理等，能夠?qū)崿F(xiàn)較好的處理效果[1-2]。其中A2/O-MBR組合工藝既能彌補(bǔ)MBR工藝在同步脫氮除磷與嚴(yán)重膜污染抬高運(yùn)行成本方面的缺陷，又能省去A2/O的二沉池設(shè)置，降低污泥泥齡，減小占地面積，節(jié)省建設(shè)成本。A2/O-MBR組合工藝是目前應(yīng)用最廣泛的污水處理系統(tǒng)之一，其在穩(wěn)定運(yùn)行情況下基本能夠滿足《城市污水再生利用 景觀環(huán)境用水水質(zhì)》（GB/T 18921—2002）的限值要求[3]，實(shí)現(xiàn)中水回用。

2 A2/O?MBR組合工藝的發(fā)展現(xiàn)狀

厭氧-缺氧-好氧處理單元（A2/O）與膜生物反應(yīng)器（MBR）的結(jié)合不僅對(duì)MBR工藝在同步脫氮除磷及膜污染方面存在的問題實(shí)現(xiàn)了彌補(bǔ)，反過來還利用MBR工藝中的膜組件代替了A2/O工藝中的二沉池，使污泥停留時(shí)間（SRT）和水力停留時(shí)間（HRT）完全分離，克服了A2/O工藝污泥量大、泥齡短的缺陷，從而強(qiáng)化了脫氮除磷效果[4]。A2/O-MBR組合工藝流程見圖1。A2/O-MBR組合工藝由于在脫氮除磷方面的優(yōu)勢(shì)以及能夠獲得較優(yōu)出水水質(zhì)的特點(diǎn)，受到廣泛關(guān)注及規(guī)模化應(yīng)用，截至2013年，我國(guó)已建成萬噸級(jí)A2/O-MBR組合工藝污水處理廠超過10座，是目前國(guó)內(nèi)MBR工藝大規(guī)模應(yīng)用中最常見的類型[5-6]。

圖1 A2/O-MBR組合工藝流程

近年來，為拓寬MBR工藝的應(yīng)用范圍，強(qiáng)化A2/O-MBR組合工藝各階段的處理效果，研究人員推出了各類改良型A2/O-MBR組合工藝，取得較好的應(yīng)用效果的有倒置A2/O-MBR組合工藝、UCT（University of Cape Town）-MBR組合工藝[7-8]、MUCT（Modified University of Cape Town）-MBR組合工藝等。其中，在強(qiáng)化A2/O-MBR組合工藝對(duì)生活污水的處理方面，特別是對(duì)低C/N值的生活污水脫氮除磷，有一些水廠采用倒置A2/O-MBR組合工藝來解決，通過在缺氧段投加適當(dāng)?shù)耐饧犹荚矗珻OD、NH3-N、TN均能實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，并能達(dá)到《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920—2002）的要求，實(shí)現(xiàn)中水回用。

UCT-MBR組合工藝是給A2/O-MBR組合工藝增加了缺氧池至厭氧池的回流，增強(qiáng)了釋磷污泥（PHB）和硝酸鹽之間的循環(huán)，實(shí)現(xiàn)反硝化除磷菌的富集，強(qiáng)化系統(tǒng)反硝化除磷的性能。UCT-MBR組合工藝流程見圖2。MUCT工藝即改良的UCT工藝，在UCT工藝的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)缺氧池，消除了回流硝酸鹽對(duì)厭氧釋磷過程的影響，從而提高了除磷效果。

圖2 UCT-MBR組合工藝流程

劉鵬宵[9]等研究的MUCT-MBR組合工藝通過將厭氧/缺氧交替運(yùn)行的MUCT反應(yīng)器與缺氧/好氧交替運(yùn)行的MBR反應(yīng)器串聯(lián)起來，設(shè)置內(nèi)部污泥導(dǎo)流及回流，利用反硝化聚磷菌（DPAOs）在缺氧條件下能夠同步脫氮除磷的能力實(shí)現(xiàn)污水中氮磷的去除[10-13]。MUCT-MBR組合工藝流程見圖3。最終實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的COD去除效果（COD平均去除率89.3%），NH4+-N、TN、TP的平均去除率分別達(dá)到87.5%、80.9%和84.9%，出水水質(zhì)安全可靠。缺氧段的反硝化吸磷是MUCTMBR組合工藝除磷的關(guān)鍵。

圖3 MUCT-MBR組合工藝流程

3 高校污水處理站建設(shè)現(xiàn)狀

沈陽師范大學(xué)于2003年建成全國(guó)第一個(gè)的校園污水處理站，日處理量800 m3，實(shí)現(xiàn)校園污水處理與中水回用。同年，北京師范大學(xué)建立了校園中水站，處理水量600 m3/d。采用物化預(yù)處理—生物處理—過濾—消毒的處理流程，并設(shè)置自動(dòng)控制系統(tǒng)，一方面監(jiān)測(cè)污水處理效果，一方面給在校學(xué)生實(shí)習(xí)提供良好的案例和場(chǎng)地[14]。清華大學(xué)自2005年起，逐步建設(shè)完成校園生活廢水處理系統(tǒng)、校園生活污水處理系統(tǒng)，在日處理量為1 500 m3的高校埋地式中水處理設(shè)施中應(yīng)用A/O-MBR工藝進(jìn)行處理。經(jīng)一年運(yùn)行監(jiān)測(cè)，該中水處理站具有良好的耐沖擊、高效脫氮效果，且占地面積小、自控程度高，出水水質(zhì)滿足補(bǔ)給景觀用水要求且運(yùn)行成本低[15-16]。根據(jù)文獻(xiàn)資料，北京師范大學(xué)、華北電力大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、西安建筑科技大學(xué)、蘭州交通大學(xué)、昆明理工大學(xué)、湖北文理學(xué)院等高校均建成了校園污水處理及中水回用系統(tǒng)[17-19]。到目前，在國(guó)家與政府的支持下，高校普遍積極建設(shè)校園污水處理站，新建學(xué)校更是將校園污水處理站納入校園建設(shè)規(guī)劃中。

4 高校污水處理站中的應(yīng)用

4.1 A2/O-MBR組合工藝的應(yīng)用

A2/O-MBR組合工藝在高校污水處理站的建設(shè)及提標(biāo)改造中被普遍應(yīng)用。天津某高校在其污水處理車間A/O-MBR組合工藝的基礎(chǔ)上增加缺氧池，成為A2/O-MBR組合工藝，解決了原處理工藝出水水質(zhì)不穩(wěn)定、自動(dòng)化程度低等問題，既保持了原處理設(shè)施對(duì)NH3-N的高去除率，還增強(qiáng)了對(duì)COD、TN和TP的去除，使出水水質(zhì)能夠符合《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》（GB/T 18921—2002）標(biāo)準(zhǔn)。西安思源學(xué)院在2000年修建了一座A/O工藝的污水處理站，設(shè)計(jì)日處理量1 500 m3。隨著辦學(xué)規(guī)模的擴(kuò)大，該校于2009年將原污水處理站擴(kuò)建為處理水量2 000 m3/d的兩組A2/O-MBR組合工藝系統(tǒng)。自2011年投入運(yùn)行，經(jīng)過5年的運(yùn)轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)，該A2/O-MBR組合中水回用系統(tǒng)的水處理產(chǎn)率維持在85%左右，直接節(jié)水效益達(dá)327萬元且仍在正常運(yùn)行中。西安建筑科技大學(xué)的處理水量2 000 m3/d的污水處理站，應(yīng)用了A2/O-MBR組合工藝處理低負(fù)荷校園生活污水。結(jié)果表明，A2/O-MBR組合工藝運(yùn)行穩(wěn)定，根據(jù)跨膜壓差（TMP）的緩慢線性增長(zhǎng)趨勢(shì)可知其膜污染控制良好，出水水質(zhì)優(yōu)于雜用水回用標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)全部回用，同時(shí)運(yùn)行成本僅為0.96 元/m3，每年節(jié)約73萬噸自來水，獲得良好的環(huán)境效益和直接經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 改良A2/O-MBR組合工藝的應(yīng)用

根據(jù)王仲平[7]的研究，廈門某高校的處理水量3 000 m3/d的污水處理站使用了UCT-MBR組合工藝。UCT工藝設(shè)置平行的兩組，處理階段分為脫氧區(qū)（HRT=1.2 h）、厭氧區(qū)（HRT=2.1 h）、缺氧區(qū)（HRT=3.5 h）和好氧區(qū)（HRT=0.5 h），并設(shè)置雙回流（膜池至缺氧區(qū)、缺氧區(qū)至厭氧區(qū)）。運(yùn)行3年間保持穩(wěn)定優(yōu)良的出水水質(zhì)[滿足《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920—2002）要求，能夠以埋地式高效、集約地實(shí)現(xiàn)校區(qū)污水處理。

5 結(jié)論

（1）A2/O-MBR組合工藝能夠?qū)崿F(xiàn)兩種組合工藝的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，A2/O工藝彌補(bǔ)了MBR工藝在脫氮除磷和膜污染方面的缺陷，MBR工藝則取代了A2/O工藝的二沉池，降低了污泥量，節(jié)約占地、節(jié)省造價(jià)。

（2）A2/O-MBR組合工藝廣泛應(yīng)用于高校污水處理站系統(tǒng)，能夠穩(wěn)定運(yùn)行且出水水質(zhì)滿足各類再生水回用標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)崿F(xiàn)高校校園污水處理站處理任務(wù)和再生水回用的目標(biāo)。

（3）改良A2/O-MBR組合工藝，包括倒置A2/O-MBR組合工藝、UCT-MBR組合工藝和MUCT-MBR組合工藝，均在原A2/O-MBR組合工藝的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了更好的處理效果，并適應(yīng)一些特殊的水質(zhì)情況。