五段AO-MBR工藝應用于工業污水處理廠升級改造

摘" " " 要：以某汽車產業園污水處理廠為例，介紹了五段AO-MBR生物池工藝，并在原水重金屬離子超標時經過高密度沉淀池工藝進行預處理，當原水生化降解性差導致出水CODCr超標時采用臭氧催化氧化工藝進行處理。工程規模由0.5萬m3·d-1升級到1萬m3·d-1，處理出水滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）一級A標準。

關" 鍵" 詞：污水處理廠；工業廢水；升級改造；五段AO-MBR工藝

中圖分類號：TQ085" " "文獻標識碼： A" " "文章編號： 1004-0935（2023）05-0678-04

工業廢水具有水質復雜、水質水量變化大的特點，在處理上難度較大。污水處理廠投入使用一段時間后，往往不能滿足使用要求，隨著水質標準的提高以及污水排放量的增加，使污水處理廠升級改造變得更加迫切。

1" 工程概況

某污水處理廠位于汽車產業園附近，主要收集汽車產業園內的工業廢水和周圍居民生活用水，混合污水成分較為復雜，如果出水不能達標排放，將嚴重破壞周圍的生態環境。根據《城市污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）及2008年8月1日實施的《遼寧省污水綜合排放標準》（DB21/1627—2008），其對城市污水處理廠排放標準要求執行城市污水處理廠排放一級A標準。該污水處理廠進出水水質如" 表1所示。

2" 污水處理廠升級改造

項目改擴建工程規模為1萬m3·d-1，其中改造一期0.5萬m3/d，新建二期0.5萬m3·d-1。

2.1" 二期新建0.5萬m3·d-1

2.1.1" 工藝流程確定

本工程可用地面積小且呈三角形的特殊不利條件，本著工藝先進、基建投資省、運行費用低、處理成本少、占地面積少等原則，選用五段AO-MBR工藝作為污水處理廠工程推薦工藝方案。其中，五段AO的最后一段好氧池由MBR池代替。

調節池后設置高密度沉淀池，主要是針對本項目服務范圍內存在較多汽車整車及配套企業，當企業排水重金屬離子不達標且含有可能對本污水處理廠微生物處理系統造成不良影響時的臨時性措施，從汽車涂裝及電鍍行業排水性質推測可能含有鋅、鎳、鉻等重金屬，但具體數值很難預測。

污泥濃縮后，進行二次脫水，采用連續污泥深度脫水機，將污泥含水率降至60%以下，再進行污泥處置。連續深度脫水技術工藝流程如圖1所示。消毒部分采用次氯酸鈉消毒。

2.1.2" 工藝流程圖

工藝流程如圖2所示。

2.1.3" 主要處理單元工藝原理及特點

2.1.3.1" 五段AO工藝

在傳統的AO及A2O工藝基礎上，針對近年來較多遇到的一級A標準下低碳氮比污水的處理問題進行了深入的研究。

五段AO工藝流程是在傳統A2O工藝的基礎上，增加后置缺氧池和后置好氧池，即A2O+AO工藝。在后置缺氧段補充碳源，進行后置反硝化反應，以解決前段AO工藝因碳源不足或內回流比受限而導致出水TN超標的問題；后置好氧段的功能是處理后缺氧池帶來的多余碳源，同時保證好氧出水，防止厭氧反硝化產生氣體使二沉池污泥上翻，后好氧段以MBR工藝代替。

劉強[1]采用五段AO-MBBR工藝對某污水處理廠進行提標改造，出水由《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）二級標準提標至一級A標準。

2.1.3.2" MBR工藝

MBR又稱膜生物反應器，是一種將生物處理單元和膜分離單元結合到一起的新型水處理技術，在新建和改建污水處理廠中得到了廣泛的應用。在市政污水處理領域，通常指固液分離型膜生物反應器，即采用膜將污泥和污水進行分離。近年來，MBR工藝受到廣大學者的青睞。

MBR工藝的原理是利用真空泵和產水泵的抽吸作用，因MBR膜的選擇透過性，將水和雜質分離實現高效穩定產水。由于MBR膜中空纖維絲的比表面積很大，使微生物附著并大量繁殖，污泥質量濃度能夠達到8 000 mg·L-1，工藝處理效率高，抗沖擊負荷能力強。同時，由于膜的高效截留作用，泥水分離效果好，截留的活性污泥以400%的回流比回流至缺氧池。MBR膜處理單元不僅對COD和氨氮具有很高的去除率，對非溶解性污染物也具有很好的去除效果，能夠使出水水質穩定達標[2]。與傳統的生物處理工藝相比，MBR工藝有以下優點：

1）出水水質良好，抗沖擊負荷強。MBR工藝能夠取代傳統活性污泥法中的二沉池，既能進行生化反應，又能進行固液分離，MBR工藝因其膜組件的高效分離作用，出水效果遠好于傳統二沉池，處理出水濁度和SS低，水質清澈，微生物被大量去除，MBR出水可以直接回用為市政雜用水；由于活性污泥濃度的增大和污泥中優勢菌種的出現，提高了生化反應速率；膜組件的高效分離作用也提升了污水廠的抗沖擊負荷，在進水水質變化較大的情況下，都能獲得穩定良好的出水水質。

2）占地面積小。MBR處理工藝因其占地面積小而備受青睞，尤其是污水處理廠提標改造項目，受場地占地面積限制，很多工藝并不適用，MBR膜組件占地面積小、處理效果穩定良好，在新建和改造項目中應用廣泛。

3）剩余污泥產量少。MBR工藝產生的剩余污泥量少，解決了傳統生物處理工藝中污泥膨脹的弊端，使得整個工藝流程的操作和管理更加方便[3]。

2.1.3" 主要構筑物參數

1）高密度沉淀池。設計規模Q=5 000 m3·d-1，變化系數為1.2，共2座，單座平面尺寸為" " " " "10.9 m×12.3 m，混合區尺寸為1.5 m×2.0 m" " " ×3.75m，停留時間為5.4 min，絮凝區尺寸為2.5 m×2.5 m×5.0 m，停留時間為15 min，斜管區表面負荷均值為8.2 m3·m-2·h-1，峰值為9.9 m3·m-2·h-1。

2）五段AO-MBR生物池。設計規模為" " " Q=5 000 m3·d-1，變化系數為1.2，數量1座，內分" " 2組，單組池體尺寸為36.1 m×10.15 m×9.0 m（凈尺寸），生物池總尺寸為36.1 m×20.8 m×9.0 m（凈尺寸），單組有效容積為2 057 m3，總HRT為16.5 h，設計總泥齡為16 d，設計污泥負荷為" " " " " 0.079 kg BOD·（kg MLSS·d）-1，設計硝化污泥負荷為0.02 kgNH3-N·（kg MLSS·d）-1。①厭氧池：池體尺寸為6.0 m×4.0 m×9.0 m（單組凈尺寸，下同），有效水深為8.0 m，單池有效容積為192 m3，池子數量為2座（每組池子各1座），HRT為1.5 h。②缺氧池：池體尺寸為6.0 m×5.85 m×9.0 m，有效水深為" "8.0 m，單池有效容積為280.8 m3，池子數量為2座（每組池子各1座），HRT為2.2 h。③好氧池：池體尺寸為10.15 m×12.1 m×9.0 m，有效水深為" "8.0 m，單池有效容積為933.8 m3，池子數量為2座（每組池子各1座），HRT為7.5 h。④后缺氧池：池體尺寸為10.2 m×2.95 m×8.8 m，有效水深為" 8.0 m，單池有效容積為240.72 m3，池子數量為" " "2座（每組池子各1座），HRT為1.9 h。⑤MBR膜池：池體尺寸為17.2 m×6.6 m×4.6 m，有效水深為3.6 m，單池有效容積為408.7 m3，池子數量為2座（每組池子各1座），HRT為3.3 h。

2.2" 原一期0.5萬m3·d-1改造

2.2.1" 原一期工藝流程

工藝流程：污水→粗格柵→提升泵房→細格柵間→旋流沉砂池→水解酸化池+→改良A20池→二沉池→深度處理車間（加藥+網格絮凝池+斜板沉淀池+盤式微濾機）→紫外線消毒→出水。

2.2.2" 存在問題分析

根據現場踏勘及對本工程一期設計資料、近年實際運行數據等情況分析，對本工程一期存在主要問題分析如下：經對全廠各工藝處理單體進行核算，發現一期主要問題在于一期的深度處理間。本工程一期深度處理間采用機械混凝+斜管沉淀池+纖維轉盤濾池，工藝路線設計合理，但深度處理間的斜管沉淀池設計參數超規范。

參考《室外給水設計標準》（GB50013—2018），混凝之后的上流式斜管沉淀池的液面負荷為5.0～9.0 m3·m-2·h-1，但本工程的斜管沉淀池扣除斜管無效區域后的液面負荷核算值為10.2 m3·m-2·h-1，超過了規范值的上限。現場運行人員也反饋當水量達到峰值時出現跑泥等問題。

針對上述問題，加之占地面積受限，因此建議只針對深度處理的混凝沉淀系統進行改造。

2.2.3" 工藝改造方案

1）原一期生化池整體流程（即由水解酸化、厭氧、缺氧、好氧4部分組成的生化處理系統）不變，但固液分離系統由斜管沉淀池改為MBR工藝。

2）原一期生化池出水由新安裝的潛污泵輸送 至二期新建生化池中的“一期MBR膜池”，共計" " 2組，在膜池中完成固液分離。膜組件出水與二期膜組件出水合并后進入后續處理系統。一期MBR膜池的回流通過重力回流到原一期生化池。

3" 升級改造效果

此項污水處理廠升級改造工程于2020年7月開始動工，2021年1月完成土建工程和設備安裝，現已投入使用，處理效果良好，出水能夠達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）一級A標準。

4" 能耗指標

滿足工藝要求的介質提升設備耗能包括進水提升泵、生物池內回流泵、剩余污泥泵、反沖洗水泵、反沖洗風機等設備耗能。

其他耗能包括維持工藝需氧要求的空氣供給設備耗能為鼓風機耗能、使介質免于沉降的攪拌設備耗能、用于污泥濃縮脫水的濃縮脫水機耗能、生活及照明等耗能、通風和用水等耗能。

經計算，本工程電耗為0.36 kW·h·m-3，BOD5電耗為1.80 kW·h·（kg BOD5）-1。本工程年電耗為 131.4萬kW·h，折合年總消耗量為161.5 t標準煤。

5" 結束語

本工程充分考慮現有條件和實際情況，在原有構筑物基礎上進行改造和擴建，節省建設投資。運行初期出水各項指標均能滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）一級A標準。本工程方案合理、經濟可行、自動化程度高，為類似升級改造工程起到了良好的借鑒作用。

參考文獻：

［1］ 劉強. 五段AO+MBBR工藝應用于污水處理廠提標改造[J].中國給水排水，2019，35（16）：53-57.

［2］ 張靜.A/O+MBR工藝在化工廢水處理廠改造中的應用[J].廣東化工，2022，49（11）：129-131.

［3］ 付駿盛.MBR膜在污水處理中的應用[J].化學工程與裝備，2022（1）：259-265.

Abstract：" Taking a sewage treatment plant of automobile industrial area as an example， the five-stage AO-MBR biological pool process was introduced. When the heavy metal ions in raw water exceed the standard， it is pretreated by high density sedimentation tank process; When the CODCr of effluent exceeds the standard due to poor biodegradability of raw water， ozone catalytic oxidation process is used for treatment. The project scale was upgraded from 5 000 m3·d-1 to 10 000 m3·d-1， the effluent meets the class A standard of discharge standard of pollutants for urban sewage treatment plants（GB 18918—2002）.

Key words：" Sewage treatment plant; Industrial waste water; Upgrading; Five-stage AO-MBR process