淺析AAOA+MBR 膜工藝在工業(yè)污水處理中的應(yīng)用
——以泉州芯谷南安分園區(qū)工業(yè)污水處理廠為例

侯志愿

（福建七建集團(tuán)有限公司 福建漳州 363000）

0 引言

在我國(guó)政府持續(xù)加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)力度和污水排放標(biāo)準(zhǔn)的背景下，MBR 膜生物反應(yīng)器技術(shù)日益成為污水處理和資源化重要技術(shù)之一。本文結(jié)合泉州芯谷南安分園區(qū)工業(yè)污水處理廠PPP 項(xiàng)目，深入分析了AAOA 工藝和MBR 膜工藝特點(diǎn)，研究了AAOA 池設(shè)計(jì)、膜組器設(shè)計(jì)參數(shù)選擇和污染控制要點(diǎn)，以期為工業(yè)園區(qū)污水處理提供有益的參考。

1 工藝選擇

工業(yè)園區(qū)污水處理工藝選擇時(shí)，最為常見(jiàn)的脫氮除磷工藝是AAO 工藝［1］，其流程相對(duì)簡(jiǎn)單，受到國(guó)內(nèi)外污水處理領(lǐng)域?qū)＜业那嗖A。但AAO 工藝脫氮除磷與反應(yīng)基質(zhì)（碳源）存在反應(yīng)空間競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，導(dǎo)致AAO 工藝難以取得同時(shí)去除N、P 的良好效果［2］，混合液溶解氧濃度高達(dá)5.0 mg/L～10.0 mg/L，不僅浪費(fèi)了大量可利用的碳源，而且造成了鼓風(fēng)機(jī)能耗增加。因此，優(yōu)化配置AAO 流程，實(shí)現(xiàn)污水處理流程中有限碳源的高效利用是污水處理領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

MBR 膜生物反應(yīng)技術(shù)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(fù)荷能力強(qiáng)、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，具有較高的應(yīng)用推廣價(jià)值。但MBR 膜技術(shù)面臨表面易污染問(wèn)題［3］，需采取鼓風(fēng)曝氣措施進(jìn)行表面吹掃，導(dǎo)致MBR 膜工藝能耗增加。

通過(guò)深入研究傳統(tǒng)活性污泥法（AAO）特點(diǎn)，可在AAO 工藝技術(shù)的基礎(chǔ)上增加缺氧池，改進(jìn)為AAOA 工藝，并改變AAO工藝單點(diǎn)進(jìn)水方式和混合液內(nèi)循環(huán)方式，從而達(dá)到高效利用碳源的目的。因此，將AAOA 工藝與MBR 工藝相結(jié)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(zhì)。

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(chǔ)上增加1 座缺氧池，厭氧池、缺氧池1和缺氧池2 分別進(jìn)水，充分利用污水中的碳源為反硝化菌和除磷菌提供優(yōu)質(zhì)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(huán)境。缺氧池2 部分混合液回流至厭氧池，實(shí)現(xiàn)聚磷菌在好氧池內(nèi)過(guò)量吸磷。通過(guò)AAO 工藝優(yōu)化為AAOA 工藝，提高污水處理N、P 同時(shí)去除效果。

1.2 MBR 膜技術(shù)原理和技術(shù)選擇

（1）MBR 技術(shù)原理。MBR 膜生物反應(yīng)器技術(shù)是指將生物處理單元與膜分離技術(shù)相結(jié)合的一種污水處理技術(shù)。在反應(yīng)器系統(tǒng)中，由膜組器、產(chǎn)水系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)組成。通過(guò)膜分離系統(tǒng)替代傳統(tǒng)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(wèn)題。相較于傳統(tǒng)的污水處理工藝，MBR 膜技術(shù)具有生物相濃度高、固液分離高效、泥齡長(zhǎng)等特點(diǎn)。①生物相濃度高。MBR 膜技術(shù)提高了容積負(fù)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(guò)濾等處理流程，簡(jiǎn)化了污水處理流程。②固液分離高效。MBR 膜技術(shù)固液分離效率高，且不受污泥膨脹因素的影響，出水水質(zhì)穩(wěn)定，經(jīng)MBR 膜處理后的污水可直接回用。③泥齡長(zhǎng)。MBR 膜技術(shù)可在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷下長(zhǎng)周期運(yùn)行，具有泥齡長(zhǎng)、污泥處置費(fèi)用低等特點(diǎn)。

（2）MBR 膜形式選擇。膜過(guò)濾過(guò)程中，污水中微粒、膠體粒子、溶質(zhì)分子等與MBR 膜發(fā)生物理、化學(xué)相互作用，或污水中溶質(zhì)在膜表面超過(guò)其溶解度、機(jī)械作用等原因，容易在膜表面和膜孔形成沉淀、吸附并導(dǎo)致膜孔孔徑變小、堵塞等問(wèn)題，造成膜透流量與分離特性產(chǎn)生變化。結(jié)合污水處理工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，MBR 膜污染主要受膜的性質(zhì)、污泥混合液性質(zhì)和操作條件等因素的影響，因此，結(jié)合污水性質(zhì)和工藝操作條件合理選擇MBR 膜是實(shí)現(xiàn)污水處理高效、長(zhǎng)周期運(yùn)行的重要保障。根據(jù)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(dāng)采用微濾膜時(shí)，大部分細(xì)菌可通過(guò)膜孔，并在MBR 膜背面大量繁殖，直至膜孔堵塞，該過(guò)程屬于不可逆污堵，化學(xué)反洗不能完全清除。超濾膜孔徑較小，可截留絕大部分細(xì)菌，可通過(guò)曝氣擦洗或化學(xué)反洗清除，防止MBR膜孔堵塞問(wèn)題。根據(jù)膜類(lèi)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(duì)較低，可實(shí)現(xiàn)在線沖洗，使用壽命差異不顯著，適用于園區(qū)長(zhǎng)周期污水處理需求，因此，本工程選用中空纖維超濾膜。

2 項(xiàng)目概況

工程為泉州芯谷南安分園區(qū)工業(yè)污水處理廠PPP 項(xiàng)目，位于南安市石井鎮(zhèn)廈漳泉聯(lián)盟高速和科院路交叉口，占地面積242 811 m2，在特許經(jīng)營(yíng)期內(nèi)，處理園區(qū)工業(yè)污水和生活污水。項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)模日處理5 萬(wàn)t，分兩期建設(shè)。一期日處理2.5萬(wàn)t，自2018 年7 月開(kāi)始建設(shè)，建設(shè)期1 年，于2019 年8 月通過(guò)主體驗(yàn)收，2020 年4 月投入運(yùn)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(jù)工程設(shè)計(jì)，污水處理流程分為三級(jí)：一級(jí)處理采用“粗格柵+細(xì)格柵+曝氣沉砂池+高效沉淀池+精細(xì)格柵”處理工藝，即：園區(qū)污水經(jīng)過(guò)粗格柵去除直徑大于20 mm 的固體污染物，通過(guò)提升泵提升至細(xì)格柵及曝氣沉砂池，在曝氣沉砂池通過(guò)羅茨風(fēng)機(jī)對(duì)池內(nèi)砂水進(jìn)行“氣提”，完成砂水分離，后經(jīng)高效沉淀池加藥進(jìn)行混凝沉淀，進(jìn)一步去除SS，再進(jìn)入精細(xì)格柵去除直徑大于1 mm 的固體污染物后，完成一級(jí)處理段；二級(jí)處理采用“AAOA+MBR”生物組合工藝，污水依次經(jīng)過(guò)厭氧池、缺氧池、好氧池，各環(huán)境中不同微生物的代謝作用對(duì)污染物進(jìn)行充分降解去除，同時(shí)達(dá)到脫氮除磷的目的，然后進(jìn)入MBR 膜池進(jìn)行泥水分離，MBR 膜池污泥通過(guò)回流泵排至回流渠，再通過(guò)回流渠進(jìn)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(jìn)行三級(jí)加氯消毒處理，出水達(dá)標(biāo)后，經(jīng)巴氏計(jì)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(shù)應(yīng)用

3.1 AAOA 生物反應(yīng)池設(shè)計(jì)

本工程中，AAOA 生物反應(yīng)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(jī)污染物與N、P等污染物。AAOA 生物反應(yīng)池水力停留時(shí)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(shí)間為1.2 h。活性污泥取自周邊生活污水處理廠含水率80%的剩余污泥，經(jīng)10 d 馴化培養(yǎng)，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(shí)現(xiàn)反硝化脫氮（營(yíng)養(yǎng)不足時(shí)投加碳源）；缺氧池2 污泥回流至厭氧池，以此確保厭氧池內(nèi)微生物數(shù)量，經(jīng)反硝化后，減少NO3-N 對(duì)厭氧釋磷的影響。膜池污泥回流至好氧池1 內(nèi)（如圖2 所示），補(bǔ)充好氧池內(nèi)微生物。

圖2 AAOA 生物反應(yīng)池結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 膜池設(shè)計(jì)與污染控制

（1）膜池設(shè)計(jì)。膜池內(nèi)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(fēng)量0.3 Nm3/（m2·h），選用4 臺(tái)160 kW空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)，2 臺(tái)正常運(yùn)行，2 臺(tái)備用。抽吸和反洗雙向泵選用6 臺(tái)雙向泵，5 臺(tái)正常運(yùn)行，1 臺(tái)備用，按設(shè)計(jì)流量變化系數(shù)1.2 計(jì)算，單臺(tái)雙向泵抽吸水流量為250 m3/h。

化學(xué)反洗加藥量按次氯酸鈉原液濃度10%、密度按1.1×103kg/m3計(jì)算。

每周維護(hù)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(fù)性清洗時(shí)，按每季度恢復(fù)清洗2 次計(jì)，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(jì)，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(guān)鍵因素。本工程中，通過(guò)膜前預(yù)處理、運(yùn)行方式優(yōu)化、曝氣擦洗和化學(xué)清洗方式進(jìn)行膜污染控制。①膜前清洗。污水進(jìn)入生物反應(yīng)池前，增設(shè)膜格柵攔截可能纏繞膜組器的纖維、毛發(fā)等污染物，格柵間隙≤2 mm；②運(yùn)行方式優(yōu)化。抽吸和反洗雙向泵采用運(yùn)行7 min、停止1 min 的運(yùn)行方式，運(yùn)行泵停止期間，污水中污染物質(zhì)形成遠(yuǎn)離膜組器的凈流，以此減緩膜組器污堵問(wèn)題；③曝氣擦洗。通過(guò)持續(xù)曝氣擦洗，在膜組器表面形成氣水沖刷作用，抑制污染物質(zhì)膜表面粘附；④化學(xué)清洗。定期進(jìn)行維護(hù)性清洗和恢復(fù)性清洗，維護(hù)性清洗每周短時(shí)間加低濃度藥清洗，恢復(fù)性清洗定期加高濃度藥長(zhǎng)時(shí)間清洗。加次氯酸鈉主要清洗有機(jī)污染物和生物質(zhì)污染物，檸檬酸（運(yùn)行時(shí)間較短，目前暫時(shí)未使用）則主要針對(duì)無(wú)機(jī)污染物和膜組器結(jié)垢問(wèn)題。

3.3 AAOA+MBR 膜工藝應(yīng)用效果分析

工程建成投用試運(yùn)行期間，對(duì)比AAOA 工藝和MBR 膜工藝進(jìn)水、出水水質(zhì)指標(biāo)，見(jiàn)表1。

表1 AAOA+MBR 膜工藝進(jìn)出水質(zhì)指標(biāo)數(shù)值 單位：mg/L

從AAOA 處理效果來(lái)看，雖然工業(yè)園區(qū)污水水質(zhì)不穩(wěn)定，部分指標(biāo)超出AAOA 池設(shè)計(jì)范圍，但其處理效果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，尤其是N、P 同時(shí)去除效果良好，為MBR 膜處理提供了穩(wěn)定的水質(zhì)。

從MBR 膜處理效果來(lái)看，經(jīng)中空纖維膜組件處理，出水水質(zhì)穩(wěn)定，出水指標(biāo)符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）中一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)，取得了良好的社會(huì)效益。

從經(jīng)濟(jì)效益來(lái)看，MBR 膜工藝一次性投資高于常規(guī)處理工藝投資，主要是MBR 膜和膜組件價(jià)格較高，運(yùn)行成本較常規(guī)處理工藝高20%。但由于MBR 膜技術(shù)固液分離效率高，活性污泥濃度高，延長(zhǎng)了污泥泥齡，減少了污泥產(chǎn)量和處理費(fèi)用，出水水質(zhì)好且抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了園區(qū)工業(yè)污水和生活污水資源化，由此產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益抵消了MBR 膜技術(shù)投資和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用增加帶來(lái)的不足。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)工程實(shí)踐表明，采用AAOA+MBR 膜處理工藝，污水處理水質(zhì)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，且處理工藝先進(jìn)、靈活。本工程通過(guò)將2種工藝相結(jié)合，能夠穩(wěn)定出水水質(zhì)，可滿(mǎn)足工業(yè)園區(qū)長(zhǎng)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(shí)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(duì)較低，可實(shí)現(xiàn)在線沖洗，使用壽命差異不顯著，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。