淺析AAOA+MBR 膜工藝在工業污水處理中的應用
——以泉州芯谷南安分園區工業污水處理廠為例

侯志愿

（福建七建集團有限公司 福建漳州 363000）

0 引言

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

1 工藝選擇

工業園區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，受到國內外污水處理領域專家的青睞。但AAO 工藝脫氮除磷與反應基質（碳源）存在反應空間競爭關系，導致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，優化配置AAO 流程，實現污水處理流程中有限碳源的高效利用是污水處理領域研究的熱點。

MBR 膜生物反應技術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，具有較高的應用推廣價值。但MBR 膜技術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，導致MBR 膜工藝能耗增加。

通過深入研究傳統活性污泥法（AAO）特點，可在AAO 工藝技術的基礎上增加缺氧池，改進為AAOA 工藝，并改變AAO工藝單點進水方式和混合液內循環方式，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。

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質碳源。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境。缺氧池2 部分混合液回流至厭氧池，實現聚磷菌在好氧池內過量吸磷。通過AAO 工藝優化為AAOA 工藝，提高污水處理N、P 同時去除效果。

1.2 MBR 膜技術原理和技術選擇

（1）MBR 技術原理。MBR 膜生物反應器技術是指將生物處理單元與膜分離技術相結合的一種污水處理技術。在反應器系統中，由膜組器、產水系統、清洗系統組成。通過膜分離系統替代傳統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。相較于傳統的污水處理工藝，MBR 膜技術具有生物相濃度高、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 膜技術固液分離效率高，且不受污泥膨脹因素的影響，出水水質穩定，經MBR 膜處理后的污水可直接回用。③泥齡長。MBR 膜技術可在高容積負荷、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、溶質分子等與MBR 膜發生物理、化學相互作用，或污水中溶質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、吸附并導致膜孔孔徑變小、堵塞等問題，造成膜透流量與分離特性產生變化。結合污水處理工程實踐經驗，MBR 膜污染主要受膜的性質、污泥混合液性質和操作條件等因素的影響，因此，結合污水性質和工藝操作條件合理選擇MBR 膜是實現污水處理高效、長周期運行的重要保障。根據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，可實現在線沖洗，使用壽命差異不顯著，適用于園區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工業污水處理廠PPP 項目，位于南安市石井鎮廈漳泉聯盟高速和科院路交叉口，占地面積242 811 m2，在特許經營期內，處理園區工業污水和生活污水。項目設計規模日處理5 萬t，分兩期建設。一期日處理2.5萬t，自2018 年7 月開始建設，建設期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>

根據工程設計，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：園區污水經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砂水進行“氣提”，完成砂水分離，后經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，污水依次經過厭氧池、缺氧池、好氧池，各環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 膜技術應用

3.1 AAOA 生物反應池設計

本工程中，AAOA 生物反應池包括厭氧池、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?；钚晕勰嗳∽灾苓吷钗鬯幚韽S含水率80%的剩余污泥，經10 d 馴化培養，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，以此實現反硝化脫氮（營養不足時投加碳源）；缺氧池2 污泥回流至厭氧池，以此確保厭氧池內微生物數量，經反硝化后，減少NO3-N 對厭氧釋磷的影響。膜池污泥回流至好氧池1 內（如圖2 所示），補充好氧池內微生物。

圖2 AAOA 生物反應池結構示意圖

3.2 膜池設計與污染控制

（1）膜池設計。膜池內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，按設計流量變化系數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。

恢復性清洗時，按每季度恢復清洗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鍵因素。本工程中，通過膜前預處理、運行方式優化、曝氣擦洗和化學清洗方式進行膜污染控制。①膜前清洗。污水進入生物反應池前，增設膜格柵攔截可能纏繞膜組器的纖維、毛發等污染物，格柵間隙≤2 mm；②運行方式優化。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。通過持續曝氣擦洗，在膜組器表面形成氣水沖刷作用，抑制污染物質膜表面粘附；④化學清洗。定期進行維護性清洗和恢復性清洗，維護性清洗每周短時間加低濃度藥清洗，恢復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垢問題。

3.3 AAOA+MBR 膜工藝應用效果分析

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

表1 AAOA+MBR 膜工藝進出水質指標數值 單位：mg/L

從AAOA 處理效果來看，雖然工業園區污水水質不穩定，部分指標超出AAOA 池設計范圍，但其處理效果達到預期目標，尤其是N、P 同時去除效果良好，為MBR 膜處理提供了穩定的水質。

從MBR 膜處理效果來看，經中空纖維膜組件處理，出水水質穩定，出水指標符合《城鎮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。

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

4 結語

經工程實踐表明，采用AAOA+MBR 膜處理工藝，污水處理水質達到排放標準，且處理工藝先進、靈活。本工程通過將2種工藝相結合，能夠穩定出水水質，可滿足工業園區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，可實現在線沖洗，使用壽命差異不顯著，具有良好的應用價值。