高排放標(biāo)準(zhǔn)下分段進(jìn)水多級(jí)AO+MBR工藝的設(shè)計(jì)

文_蘭令宇 廣州潯峰環(huán)保科技有限公司

1 工程概況

某A污水廠一期工程，包括20萬m3/d的污水廠、6萬m3/d的再生水廠、300t/d的污泥處置項(xiàng)目。該廢水處理廠基于活性污泥工藝技術(shù)處理來自鄰地區(qū)的廢水。工廠接受處理的廢水類型為純生活廢水。該廠由粗篩、細(xì)篩、沉砂池、曝氣池、澄清池、氯化系統(tǒng)、污泥濃縮器、好氧消化池、污泥濃縮機(jī)和污泥干燥床組成。由于出水標(biāo)準(zhǔn)由《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，提高至《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 11/890-2012）中的A標(biāo)準(zhǔn)（準(zhǔn)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)）。因此，該污水廠原有工藝稍顯落后，需要進(jìn)一步提升和優(yōu)化。

2 分段進(jìn)水多級(jí)AO+MBR工藝原理及流程

2.1 工藝原理

AO工藝也被稱作缺氧好氧工藝法，是一種常見污水處理工藝。該工藝通過微生物尋找食物的過程，將復(fù)雜的有機(jī)物質(zhì)分解成簡(jiǎn)單的穩(wěn)定物質(zhì)。該過程導(dǎo)致從廢水中去除可溶性和懸浮有機(jī)物。在溶解氧存在下，微生物的生長去除了大部分污染物；反過來，原生動(dòng)物生長并以這些生物為食。由此產(chǎn)生的平衡是在活性污泥浮體中懸浮形式的活培養(yǎng)物。該工藝非常適合去除廢水中的含碳物質(zhì)和硝化作用，主要結(jié)構(gòu)包括一個(gè)曝氣池，在該曝氣池中，廢水與連續(xù)的活性污泥和氧氣充分混合。從該過程的這一部分，污水進(jìn)入一個(gè)澄清池，沉淀的污泥從凈化水中去除，由返回的活性污泥泵回收。要使該系統(tǒng)正常工作，必須滿足兩個(gè)嚴(yán)格的要求：即曝氣裝置必須能夠?qū)⒀鯕鈴拇髿庵修D(zhuǎn)移到液體中，并將這種氧氣通過廢水分配到污水處理廠。為加強(qiáng)凈化過程，提高凈化程度，可在此基礎(chǔ)上通過串聯(lián)多個(gè)AO，組成分段進(jìn)水多級(jí)AO。在該工藝中，回流污泥從首端進(jìn)入，而污水則按一定比例從每個(gè)缺氧段進(jìn)入。由于工藝從缺氧段進(jìn)水，為前一段好氧區(qū)的硝化液提供反硝化碳源，理論上無需硝化液回流系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)脫氮功能。

膜生物反應(yīng)器（MBR）是一種結(jié)合生物處理和膜工藝的有前途的技術(shù)。與傳統(tǒng)活性污泥(CAS)相比， MBR工藝具有占地面積小、污泥產(chǎn)量低、維護(hù)成本低、出水水質(zhì)穩(wěn)定，且不受生物反應(yīng)器中的污泥性質(zhì)影響，以及更高的有機(jī)物、營養(yǎng)物和持久性有機(jī)污染物去除等優(yōu)點(diǎn)。然而，MBR工藝最顯著的缺點(diǎn)之一是處理過程中的膜污染。現(xiàn)有研究顯示，膜污染會(huì)降低MBR的水質(zhì)和水量，并使MBR運(yùn)營成本增加60%以上。在現(xiàn)實(shí)中，膜污染現(xiàn)象非常復(fù)雜，一般表現(xiàn)為污垢附著/沉積和凝膠/濾餅層的熱力學(xué)過濾阻力；影響因素包括混合液特性、膜特性、反應(yīng)器的水力條件、操作方式、溫度和生化動(dòng)力學(xué)參數(shù)等。

本次研究深度分析了現(xiàn)有的AO工藝和MBR工藝，發(fā)現(xiàn)在兩種工藝中存在兩處融合點(diǎn)：

其一，活性污泥系統(tǒng)是向污水中添加氧氣的過程。該系統(tǒng)富含天然存在的氧氣，并涉及攪拌環(huán)境中的污水。污水的流動(dòng)足以產(chǎn)生富氧混合物，無需人工加氧。攪動(dòng)和攪動(dòng)污水后，使其沉降。沉淀后的污水含有形成小細(xì)菌和有機(jī)體的必要條件。污水被認(rèn)為是活性污泥，當(dāng)這種活性污泥添加到原污水中時(shí)，它會(huì)氧化污水中的有機(jī)固體。它還分離已溶解在污水混合物中的固體，因此它使過濾更容易。

其二，篩選后的廢水與不同量的回收液混合，其中含有高比例的從二級(jí)罐中取出的生物，它成為一種稱為混合液的產(chǎn)品?；旌衔锏南乱徊绞菙嚢璨⒆⑷氪罅靠諝庖蕴峁┭鯕獠⑹构腆w保持懸浮狀態(tài)。一段時(shí)間后，混合液流入澄清器，在此沉淀。在此沉降過程中，部分細(xì)菌被去除，部分清潔的水繼續(xù)流動(dòng)以進(jìn)行額外處理。產(chǎn)生的沉降固體，活性污泥，然后返回第一個(gè)罐再次開始該過程。

2.2 工藝流程

依據(jù)出水要求及排放標(biāo)準(zhǔn)，分段進(jìn)水多級(jí)AO+MBR工藝流程確定為“調(diào)節(jié)池+初沉池+A/O+MBR膜池”。具體如圖1所示。

圖1 分段進(jìn)水多級(jí)AO+MBR工藝流程

3 分段進(jìn)水多級(jí)AO+MBR主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)

3.1 調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池的目的是進(jìn)行水量、水質(zhì)的調(diào)節(jié)均化，保證后續(xù)生化處理系統(tǒng)水量、水質(zhì)的均衡、穩(wěn)定，提高整個(gè)系統(tǒng)的抗沖擊性能和處理效果。在分段進(jìn)水多級(jí)AO+MBR工藝中，調(diào)節(jié)池進(jìn)水廢水與大約 20%～30%（按體積）的活性污泥混合，該方法包括兩個(gè)曝氣階段，并通過再循環(huán)的活性污泥水進(jìn)行稀釋。經(jīng)過這樣的稀釋后，廢水中所含的生物毒性物質(zhì)現(xiàn)在處于低濃度狀態(tài)，不再能夠使控制生物降解過程的細(xì)菌群失活。曝氣后，一定量的活性污泥被循環(huán)利用。稀釋不需要補(bǔ)充清潔水，曝氣池的循環(huán)水已經(jīng)證明是令人滿意的。該系統(tǒng)導(dǎo)致負(fù)載非常高的工廠在運(yùn)行中具有出色的經(jīng)濟(jì)性。在流出的流體中，BOD5和COD分別保持在25和150mg/L以下。

3.2 初沉池

初沉池目的促進(jìn)固體沉降，以在生物處理之前最大限度地減少懸浮顆粒的大小。諸如沙礫和有機(jī)固體等致密物質(zhì)作為“污泥”沉降到水箱底部，其中超過90%污水進(jìn)料沉積在此處，而密度較低的脂肪、油和油脂作為“浮渣”停留在上部。污泥和浮渣結(jié)合在一起產(chǎn)生污水污泥，然后對(duì)其進(jìn)行額外的處理，例如增稠、好氧硝化和脫水。即為了將池底物生物轉(zhuǎn)化和生物轉(zhuǎn)化為所需產(chǎn)品，可以根據(jù)所用生物體的生長要求設(shè)計(jì)或制造反應(yīng)器，用于所有類型的生物催化，包括酶的產(chǎn)生以及組織、細(xì)胞的生長。在分段進(jìn)水多級(jí)AO+MBR工藝中，初沉池被設(shè)計(jì)為50,000升圓柱形罐，由不銹鋼和搪玻璃鋼制成，是保持某些參數(shù)，如流速、曝氣、溫度、pH、泡沫控制和攪拌速率，以期為微生物提供了一個(gè)細(xì)致的環(huán)境，以實(shí)現(xiàn)最佳生長和產(chǎn)生代謝物。為了在需氧、厭氧或連續(xù)厭氧/好氧條件下利用微生物代謝來利用底物并將其降解為殘留物，所設(shè)計(jì)的初沉池還包括間歇反應(yīng)器、連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器(流量：Q=25m3/h 揚(yáng)程：H=15m功率：N=2.2kW) 和活塞流反應(yīng)器（流量：Q=50m3/h 揚(yáng)程：H=15m功率：N=7.5kW）等。

3.3 AO+MBR膜池

MBR是使用膜過濾單元將生物質(zhì)與流出物分離的活性污泥組件。MBR使用膜過濾，不依賴重力（沉降）來分離生物質(zhì)和流出物。因此，生物質(zhì)分離所需的時(shí)間和空間不受限制，可以處理更多的水并占用更少的空間。然而，增加的處理能力伴隨著增加的電力成本，因?yàn)樾枰蟮钠貧饽芰图訅翰拍艹浞职l(fā)揮MBR的潛力。為了完成氮和磷的去除，必須在MBR工藝中增加額外的單元工藝。在所設(shè)計(jì)的AO+MBR膜池中，單片膜設(shè)計(jì)面積為25m2；膜元件設(shè)計(jì)數(shù)量為168簾；膜箱設(shè)計(jì)數(shù)量為4，單膜箱設(shè)計(jì)42簾。

4 結(jié)語

廢水中含有大量污染物，包括化學(xué)需氧量(COD)、重金屬、懸浮固體、痕量有機(jī)化合物和各種來源的毒素，為了安全地回收廢水，有必要確保將污染物徹底清除至當(dāng)?shù)丨h(huán)境機(jī)構(gòu)確定的可接受標(biāo)準(zhǔn)。然而，傳統(tǒng)廢水處理系統(tǒng)中產(chǎn)生的污泥量是一個(gè)亟待解決的問題。此外，廢水處理中的挑戰(zhàn)還包括影響處理系統(tǒng)的金屬和化合物的沉積，以及潛在的為了土壤中的鹽分積累。本文所設(shè)計(jì)的分段進(jìn)水多級(jí)AO+MBR工藝，取AO工藝之長，補(bǔ)MBR工藝之短，實(shí)現(xiàn)了兩者的良性循環(huán)，同時(shí)解決了AO污泥產(chǎn)量高和MBR膜污染等問題，具有多種工藝技術(shù)優(yōu)勢(shì)，值得應(yīng)用和推廣。