A2O+MBR在西安市某污水廠工程設計中的應用

譚 盼

(西安市市政設施管理局，陜西 西安 710014)

MBR(Membrane Bioreactor)膜生物反應器工藝具有優(yōu)良的出水水質(zhì)、占地面積小和產(chǎn)泥率低等優(yōu)點[1]。將該技術融入傳統(tǒng)生物脫氮除磷工藝(Anaerobic Anoxic Oxic Anoxic process,A2O)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)二沉池實現(xiàn)固液分離，可提高懸浮物去除率；同時將截留生物量回補至A2O系統(tǒng)，維持較高的SRT和MLSS，彌補A2O工藝產(chǎn)泥量高，污泥齡短等問題，協(xié)同實現(xiàn)高效脫氮除磷。目前該工藝在國內(nèi)已受到越來越多的關注與應用[2,3]。

1 工程概況

西安市A河是渭河西安段最大污染源，全長約30 km，源頭位于西安市最南端，生態(tài)基流已枯竭，成了西安市主要排污渠。A河由南向北流經(jīng)西安市六個區(qū)后在西安市北郊匯入渭河，每天排入渭河的污水量高達85 t。為改善這一狀況，現(xiàn)在A河入渭河處建一座A2O+MBR污水處理廠，作為A河入渭最后一道污水處理保障，主要服務范圍包括西安市三個主城區(qū)以及A河流域其他區(qū)域未處理污水，預計處理規(guī)模為20×104m3/d。

2 設計進、出水水質(zhì)

根據(jù)項目服務區(qū)城市開發(fā)建設情況及周邊居民生活、工業(yè)生產(chǎn)用水統(tǒng)計，結合近年來臨近已建污水處理廠來水水質(zhì)特點，確定本項目進水水質(zhì)如表1所示。設計出水綜合考慮受納水體水環(huán)境保護要求及當?shù)丶夹g經(jīng)濟可行性，按照GB 18918—2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準[4]一級A標準設計。

表1 西安市某新建污水處理廠進出水設計水質(zhì) mg/L

3 處理工藝

3.1 工藝流程

一級物理處理：污水首先通過重力流進入粗格柵間(格柵間隙20 mm)和進水泵房，去除水中較大雜質(zhì)；而后經(jīng)水泵提升，通過細格柵(格柵孔徑5 mm)去雜后進入曝氣沉砂池去除砂礫和油脂；出水流入初沉池，沉淀去除水中可沉物后，進入膜格柵(格柵孔徑1 mm)去除細小污染物，保護后續(xù)超濾膜功能。二級生化處理：膜格柵出水依次進入生物處理池(厭氧池、缺氧池、好氧池)和MBR膜池，逐步實現(xiàn)厭氧釋磷、反硝化脫氮、好氧硝化、好氧吸磷、有機物降解及懸浮物分離等過程，污水中BOD5,N,P,SS等污染物得到去除；MBR膜池出水經(jīng)過接觸消毒池(NaClO)自流至渭河。為達到處理出水中磷的排放要求，在進行生物除磷的同時，輔以化學除磷。污泥處理：污泥污水經(jīng)生物處理產(chǎn)生的剩余污泥，經(jīng)污泥泵提升至貯泥池(濃縮池)，然后進入離心脫水機房進行脫水，脫水后泥餅外運至污泥廠進行無害化焚燒及環(huán)保建材磚生產(chǎn)，具體的工藝流程如圖1所示。

3.2 核心工藝分析

3.2.1A2O工藝

A2O工藝(Anaerobic Anoxic Oxic,A2O)污水處理機理完全不同于活性污泥法，是在厭氧—好氧池基礎上加入缺氧池，在厭氧—好養(yǎng)池內(nèi)進行除磷，同時將好氧池的一部分混合液回流至缺氧池，從而進行反硝化脫氮的目的的一種工藝方法。

3.2.2MBR膜處理工藝

MBR膜反應池位于好氧池后，整個膜組器浸沒于好氧區(qū)中，該膜組器由中空纖維膜組成，中空纖維膜孔徑為0.1 μm～0.4 μm，完全可以阻止細菌的通過，所以菌膠團和游離細菌全部被截留于曝氣池中，只將通過于中空纖維膜的濾后水匯入集水管中排出，從而將泥水分離，不需要再另設二沉池。MBR膜處理法使污水與生物膜接觸，實現(xiàn)固相與液相的物質(zhì)交換，使膜內(nèi)的微生物對污水中有機物進行降解，各種細菌，藻類，懸浮顆粒，COD,SS及有機物均被有效的去除，出水懸浮物接近0，從而凈化污水，保證了優(yōu)良出水水質(zhì)，同時生物膜內(nèi)的微生物不斷生長與繁殖。由于微濾膜對菌種的強隔離作用，使曝氣池中的生物濃度高達到10 000 mg/L以上，這樣不僅提高了曝氣池的污染負荷能力，也提高了曝氣池對污染物的抗沖擊負荷能力，而且也大幅度的減少了所需曝氣的池容積。容積的縮小又能減少污水廠的建設用地，同時降低了污水廠的土建投資費用。

4 系統(tǒng)運行效果

為定量評估污水廠運行狀況，對2017年全年進、出水水質(zhì)進行跟蹤監(jiān)測(每月1日)，檢測指標包括CODCr,BOD5,TN,TP,NH3-N，測定分析方法參照《水與廢水監(jiān)測分析方法》[5]國標執(zhí)行，詳見表2。

4.1 CODCr去除效果

表2 測定儀器和方法

由圖2可以看出，進水CODCr濃度在2017年4月～6月間出現(xiàn)明顯上升，峰值濃度可達1 173 mg/L，其他月份CODCr濃度基本處于248 mg/L～472 mg/L之間。然而出水CODCr濃度卻始終穩(wěn)定在6.63 mg/L～15.2 mg/L，低于50 mg/L，平均去除率達97%，明顯優(yōu)于GB 18918—2002城鎮(zhèn)污水污染物排放標準一級A排放標準。即使在4月～6月進水CODCr濃度明顯升高的情況下，A2O+MBR膜處理工藝也能高效穩(wěn)定去除CODCr，表明該工藝對CODCr有良好的抗沖擊負荷能力。

4.2 NH3-N去除效果

NH3-N方面，2017年進水濃度在24.68 mg/L～37.83 mg/L間變化，出水濃度則為0.15 mg/L～1.11 mg/L，平均去除率高可達99.10%，出水遠優(yōu)于GB 18918—2002城鎮(zhèn)污水污染物排放標準一級A排放標準(5 mg/L)，甚至達到地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅳ類水平[6]，見圖3。

4.3 TN去除效果

總氮方面(如圖4所示)，進水TN在34.32 mg/L～88.71 mg/L間變化，出水TN維持在5.47 mg/L～13.14 mg/L，出水優(yōu)于一級A排放標準15 mg/L，平均去除率78%。5月進水TN濃度明顯升高(88.71 mg/L)，A2O+MBR膜處理工藝對其去除率仍達77.97%，表明該工藝對TN有良好的抗沖擊負荷能力，然而與其他指標相比，該工藝對TN去除效果略差。

4.4 BOD5去除效果

2017年該水廠進水BOD5濃度在121 mg/L～399 mg/L間波動(如圖5所示)，4月、5月進水BOD5濃度明顯升高，是其他月份BOD5濃度3倍左右。出水BOD5濃度則穩(wěn)定在1 mg/L～4 mg/L之間，遠優(yōu)一級A排放標準(10 mg/L)，平均去除率98.76%。在進水BOD5濃度明顯升高情況下，A2O+MBR膜處理工藝對BOD5具有良好抗沖擊負荷能力。

4.5 TP去除效果

TP方面，進水濃度在3.64 mg/L～36.56 mg/L間波動(如圖6所示)，3月～6月份進水濃度明顯升高，出水穩(wěn)定在0.02 mg/L～0.38 mg/L，優(yōu)于一級A標準0.5 mg/L，平均去除率為95%。

5 結語

通過對西安市A2O+MBR處理工藝污水廠運行效果為期1年的監(jiān)測評價，結果表明：

1)正常情況下，進水COD,NH3-N,TN,BOD5,TP濃度分別為：216 mg/L～472 mg/L,6.56 mg/L～44.68 mg/L,27.59 mg/L～142.5 mg/L,5.6 mg/L～20.4 mg/L,120 mg/L～399 mg/L,2.48 mg/L～50.44 mg/L時，平均出水濃度可達：13.86 mg/L,0.26 mg/L,9.60 mg/L,2.11 mg/L,0.25 mg/L，均優(yōu)于GB 18918—2002城鎮(zhèn)污水污染物排放標準中的一級A排放標準。

2)當進水COD,TN,BOD,TP濃度季節(jié)性升高的情況下，A2O+MBR膜處理工藝對其也能高效穩(wěn)定去除，具有良好抗沖擊負荷能力。

3)膜系統(tǒng)的管理維護對MBR工藝運行至關重要，下一步還需結合長期出水水質(zhì)變化及膜池污泥濃度、膜組件跨膜差等，關注膜組件污染、堵塞問題，及時采取清洗措施，提高系統(tǒng)處理穩(wěn)定性，降低能耗。