A2/O-MBR校園污水處理站工藝分析與設(shè)計(jì)

（天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津300402）

本課題以天津某高校A2/O-MBR污水處理工程作為實(shí)例研究。該污水處理站以食堂廢水和學(xué)生宿舍產(chǎn)生的生活污水為主要處理對(duì)象，設(shè)計(jì)處理能力為100 m3/d，生化處理單元采用A2/O系統(tǒng)與MBR工藝聯(lián)用，出水主要用于綠地灌溉和校園景觀湖補(bǔ)充水源。

1 水質(zhì)分析

1.1 水質(zhì)特點(diǎn)

1.1.1 排放水量不均勻，瞬時(shí)水量過大

該校A2/O-MBR污水處理站污水來源主要是食堂和學(xué)生宿舍，有著比較明顯的排水特點(diǎn)。經(jīng)有關(guān)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，由于學(xué)生和教職工的活動(dòng)相對(duì)集中，在中午12點(diǎn)、18點(diǎn)和20點(diǎn)為食堂和學(xué)生宿舍的用水高峰。因此，日排放水量不均勻且瞬時(shí)水量過大是該校污水排放的最顯著特點(diǎn)，容易給污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行帶來諸多隱患。

1.1.2 寒暑假污水量急劇下降，系統(tǒng)需要一定的恢復(fù)期

通常情況下每年1～2月和7～8月是寒暑假時(shí)間，此期間校園產(chǎn)生的污水量急劇下降，造成污水處理系統(tǒng)中培養(yǎng)的微生物得不到生長(zhǎng)繁殖所需的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)而大量消失，系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。每當(dāng)新學(xué)期開學(xué)時(shí)，活性污泥需要培養(yǎng)和馴化，在恢復(fù)期間，系統(tǒng)出水不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，基本上不進(jìn)行回用。

1.1.3 原水污染物濃度高、波動(dòng)大

按照正常用水及排水量推算，1萬左右人員日理論排水量應(yīng)為1500 t/d左右，但現(xiàn)學(xué)校的實(shí)際用水量較少，峰值約為1000 m3/d，導(dǎo)致整個(gè)污水濃度相對(duì)較高[1]。

1.2 水質(zhì)指標(biāo)

對(duì)該高校A2/O-MBR污水處理站進(jìn)水水樣采集后檢測(cè)，原水水質(zhì)見表1。

表1 A2/O-MBR污水處理站進(jìn)水水質(zhì) mg/L（pH除外）

根據(jù)國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，生活污水經(jīng)過處理后用于校區(qū)綠化、道路清潔的出水水質(zhì)必須符合《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920-2002）標(biāo)準(zhǔn)。該高校再生水用于景觀湖補(bǔ)水和綠地灌溉，部分出水指標(biāo)如表1、2所示。

表2 A2/O-MBR校園污水處理站出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

2 A2/O-MBR污水處理站工藝流程的確定與分析

2.1 預(yù)處理工段

該校園A2/O-MBR污水處理站進(jìn)水主要以食堂廢水和學(xué)生宿舍生活污水為主，污水先經(jīng)過隔油池去除掉大量油污之后，通過管道自流至集水井，與學(xué)生宿舍排出的生活污水在集水井內(nèi)進(jìn)行收集混合，集水井內(nèi)放置了兩組人工格柵，截留污水中的大塊懸浮物質(zhì)后進(jìn)入格柵池，格柵池內(nèi)設(shè)置了一組回轉(zhuǎn)式細(xì)格柵，用于進(jìn)一步去除污水中的懸浮物質(zhì)，以免堵塞后續(xù)構(gòu)筑物和機(jī)泵。由于食堂廢水排放水量不均勻且瞬時(shí)水量過大，因此在預(yù)處理工段設(shè)置了調(diào)節(jié)池，使廢水的水量與水質(zhì)得到充分的均衡，減小對(duì)后續(xù)生化單元的沖擊。

2.2 生化處理工段

生化處理單元以去除有機(jī)物、氮、磷的為首要目標(biāo)，考慮到高校污水處理站占地面積和污泥的處理處置等問題，在兼顧系統(tǒng)脫氮除磷功能的前提下，選擇了占地面積相對(duì)較小、剩余污泥的產(chǎn)量較少的A2/O-MBR工藝[2,3]。

經(jīng)預(yù)處理之后的污水依次進(jìn)入?yún)捬醭?、缺氧池、好氧池，即A2/O系統(tǒng)。厭氧池通過厭氧菌的作用能夠去除污水中的有機(jī)物，提高污水的可生化性；缺氧池在反硝化細(xì)菌的作用下，將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原為氮?dú)鈴乃幸莩?，達(dá)到脫氮的目的[4]；好氧池中存在大量的活性污泥，在有氧的環(huán)境下，進(jìn)一步將無機(jī)物分解為有機(jī)物，同時(shí)活性污泥中的微生物發(fā)生硝化反應(yīng)，將氨氮氧化為硝態(tài)氮，達(dá)到去除氨氮的目的。除磷過程是利用聚磷菌的作用將污水中的磷轉(zhuǎn)移至活性污泥上，通過排出剩余污泥的方式加以去除[5]。

污水經(jīng)過A2/O系統(tǒng)的反應(yīng)，大量有機(jī)污染物以及氮磷類物質(zhì)被生化降解后進(jìn)入MBR膜生物反應(yīng)池。MBR膜生物反應(yīng)池是通過MBR膜生物反應(yīng)器的作用進(jìn)行泥水分離，活性污泥被截留在MBR膜池內(nèi)，出水進(jìn)入中水池經(jīng)消毒后外排。

2.3 污泥工段

MBR膜生物反應(yīng)池在MBR膜生物反應(yīng)器的分離作用下截留了大量的活性污泥，一部分剩余污泥利用污泥泵輸送至污泥池，并通過螺桿泵泵入污泥壓濾機(jī)進(jìn)行污泥脫水后統(tǒng)一外運(yùn)。為確保系統(tǒng)的脫氮除磷效果，MBR膜生物反應(yīng)池中的活性污泥需進(jìn)行污泥回流，在實(shí)際運(yùn)行中通常采用三段式回流方式（MBR膜池回流至好氧池、好氧池回流至缺氧池、缺氧池回流至厭氧池），在能夠保證系統(tǒng)脫氮除磷效果和生物量分配的同時(shí)，可以降低MBR膜池高DO濃度混合液回流對(duì)系統(tǒng)的影響，保持系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

經(jīng)分析，該校園A2/O-MBR污水處理站工藝優(yōu)良，優(yōu)勢(shì)明顯，具有以下突出特點(diǎn)：①投資少，占地面積小，適合高校水處理項(xiàng)目；②出水水質(zhì)優(yōu)，安全穩(wěn)定，再生水回用效果好；③耐沖擊負(fù)荷，有機(jī)負(fù)荷較高；④剩余污泥量少，污泥處置費(fèi)用低。

3 A2/O-MBR污水處理站主要構(gòu)筑物和設(shè)備的確定

3.1 主要構(gòu)筑物確定

3.1.1 隔油池

隔油池采用全地下鋼砼，規(guī)格為2.3×1.3×1.8m3，水力停留時(shí)間T為1.5～2 h，含油廢水在池內(nèi)流速v為5mm/s，超高h(yuǎn)1為 0.3m，有效水深h2為 1.5m。隔油池采用人工除油的方式，除油周期為5～7d。

3.1.2 格柵-集水井

格柵-集水井采取合建的形式，分為格柵井和集水井兩個(gè)部分，采用全地下鋼砼，規(guī)格為2.2×1.5×4.5 m3。

格柵井容積為3 m3，設(shè)置了兩道人工格柵。格柵寬度為600 mm，中格柵柵距為10 mm，細(xì)格柵柵距為5 mm。集水井內(nèi)設(shè)置2臺(tái)提升泵和2個(gè)投入式液位計(jì)。

3.1.3 格柵池

設(shè)置了回轉(zhuǎn)式立式除污器，格柵柵條寬度寬度為600 mm，柵距為1 mm，格柵傾角α為60°，過柵流速v為0.8 m/s，過柵水損h3為0.1 m，超高h(yuǎn)1為0.3 m，過流部分材質(zhì)為不銹鋼。

3.1.4 調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池采用全地下鋼砼，規(guī)格為4.0×3.6×4.0m3，有效容積為50m3，采用曝氣空氣攪拌。池內(nèi)設(shè)置曝氣設(shè)施，并配備2臺(tái)提升泵和2個(gè)投入式液位計(jì)。

3.1.5 厭氧池

厭氧池采用全地下鋼砼，規(guī)格為3.6×1.55×4.0 m3，有效水深為3.5m，超高為0.5 m。

3.1.6 缺氧池

缺氧池采用全地下鋼砼，規(guī)格為3.6×1.55×4.0 m3，有效水深為3.5 m，超高為0.5m。

3.1.7 好氧和MBR膜生物反應(yīng)池

好氧和MBR膜生物反應(yīng)池采用全地下鋼砼，規(guī)格為 3.6×3.4×4.0m3，有效水深 3.2m，超高0.8m。MBR膜池內(nèi)置FP系列中空纖維簾式膜組件，由中空纖維微濾膜、集水管、樹脂槽、封端樹脂澆鑄而成[6]。

3.1.8 中水池

中水池采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，規(guī)格為3.6×1.8×2.8 m3，池體容積為 18 m3。

3.1.9 離線清洗池

離線清洗池采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，規(guī)格為2.85×1.0×2.95 m3，池體容積 8 m3。

3.1.10 污泥池

污泥池規(guī)格為 3.0×2×2.5 m3，池體容積 15 m3。

3.2 主要設(shè)備確定

3.2.1 格柵

在格柵集水井內(nèi)設(shè)置了一道中格柵和一道細(xì)格柵，格柵柵條寬度為600mm，中格柵柵距10mm，細(xì)格柵柵距5 mm。

3.2.2 毛發(fā)過濾器

毛發(fā)過濾器一臺(tái)，安裝在厭氧池入水口之前，殼體采用不銹鋼材質(zhì)，殼體工作壓力不小于0.35 MPa，頂蓋設(shè)置排氣閥。

3.2.3 MBR膜生物反應(yīng)器

MBR膜生物反應(yīng)器由膜絲、膜支架、曝氣裝置、排水管、箱體等構(gòu)成。MBR膜是由PVDF材質(zhì)制成的中控纖維膜，具有韌性高、不易斷絲等優(yōu)點(diǎn)。

采用3組MBR膜生物反應(yīng)器，一共33片中空纖維簾式膜。相關(guān)參數(shù)見表3。

表3 膜組件相關(guān)參數(shù)

3．2．4 二氧化氯發(fā)生器

二氧化氯發(fā)生器1套，配備數(shù)字溫度控制器、水射器、滴定閥、安全閥等部件，型號(hào)為HTF908。消毒系統(tǒng)管路采用UPVC管，并設(shè)置管道混合器。

3．2．5 污泥壓濾機(jī)

采用千斤頂廂式壓濾機(jī)1臺(tái)，型號(hào)為XMQ450，過濾面積 4 m2，液壓系統(tǒng)壓力 18 MPa，濾室總?cè)莘e60 L，過濾壓力0.6 MPa。

3．2．6 羅茨鼓風(fēng)機(jī)

采用三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)，數(shù)量2臺(tái)，一用一備。型號(hào)為 BR65，風(fēng)量 3.27 m3/min，升壓 49 kPa，電機(jī)功率5.5 kW，額定轉(zhuǎn)速1350 r/min。

3．2．7 提升泵

采用潛水排污泵，數(shù)量4臺(tái)，兩用兩備。型號(hào)為50WQ/C240-0.75，揚(yáng)程15～8 m，電機(jī)額定功率0.75 kW，轉(zhuǎn)速 2825 r/min。

3．2．8 MBR 吸引泵

采用自吸泵，數(shù)量2臺(tái)，一用一備。型號(hào)為ZWII25-8-15，流量 8 m3/h，揚(yáng)程 15 m，自吸高度4.5 m，電機(jī)功率1.5 kW，轉(zhuǎn)速2900 r/min。

3．2．9 變頻供水泵

采用臥式多級(jí)離心泵，數(shù)量2臺(tái)，一用一備。型號(hào)為WB200/150-B，流量3.6～15.6 m3/h，揚(yáng)程26～15 m，電機(jī)功率 1.5 kW，轉(zhuǎn)速 2900 r/min。

3．2．10 污泥回流泵

采用臥式管道泵，數(shù)量6臺(tái)，三用三備。型號(hào)為SG系列管道泵，流量50 L/min，揚(yáng)程13 m，電機(jī)功率0.5 HP，轉(zhuǎn)速2850 r/min。

3．2．11 反沖洗泵

采用不銹鋼離心泵，數(shù)量2臺(tái)，一用一備。型號(hào)為 DW2-20/037，流量 0.5～3.5m3/h，揚(yáng)程 18～11m，電機(jī)功率0.37 kW，轉(zhuǎn)速2900 r/min。

3．2．12 螺桿泵

采用G型單螺桿泵，數(shù)量2臺(tái)，一用一備。型號(hào)為E2H164VW201，電機(jī)功率0.55 kW，進(jìn)軸轉(zhuǎn)速1410 r/min，出軸轉(zhuǎn)速 570 r/min。

4 結(jié)論

1）高校污水具有如下的特點(diǎn)：①污水排放有明顯的間歇性、不穩(wěn)定性。每日排放水量不均勻，峰值過大，每年有寒暑假兩個(gè)間歇期，系統(tǒng)不能運(yùn)行。②有機(jī)負(fù)荷較高，且污水中含有油污、氮、磷等污染物。因此，污水處理站的啟動(dòng)運(yùn)行管理、活性污泥的培養(yǎng)和馴化、系統(tǒng)的除油和同步脫氮除磷尤為關(guān)鍵。

2）對(duì)該高校A2/O-MBR污水處理站進(jìn)水水樣采集后檢測(cè)，原水主要水質(zhì)指標(biāo)如下：pH為7～8；CODcr為 200～765 mg/L；BOD5為 128～376 mg/L；SS 為 89.5～198.5 mg/L；NH3-N 為 27.5～54.7 mg/L；TN 為 36.2～63.9 mg/L；TP 為 3.46～7.12 mg/L。

該高校再生水用于景觀湖補(bǔ)水和綠地灌溉，最終排放出水指標(biāo)滿足《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920-2002）標(biāo)準(zhǔn)，部分出水指標(biāo)如下：pH為6～9；色度≤30；濁度≤10 NTU；溶解性總固體≤ 1000 mg/L；COD≤ 100 mg/L；BOD5≤ 20 mg/L；NH3-N≤ 5 mg/L；TN≤ 15 mg/L；TP≤0.5 mg/L。

3）該污水處理工藝包含了完善的預(yù)處理工段、生化處理工段、污泥處理工段等，優(yōu)勢(shì)明顯，能夠基本滿足校園生活污水的處理要求。其中生化處理工藝選擇了A2/O系統(tǒng)與MBR工藝聯(lián)用，耐有機(jī)負(fù)荷、剩余污泥少、能夠同步脫氮除磷，在具有良好的處理效果的同時(shí)減少了土建和污泥處置的費(fèi)用，能夠產(chǎn)生良好的環(huán)境效益的同時(shí)兼顧了經(jīng)濟(jì)效益。

4）確定和分析了主要構(gòu)筑物與設(shè)備。該污水處理站構(gòu)筑物選擇合理，規(guī)格參數(shù)齊全，主要設(shè)備的選型合理，鼓風(fēng)機(jī)、泵的相關(guān)參數(shù)完整，能夠滿足運(yùn)行要求。其中MBR工藝段設(shè)置了3組MBR膜生物反應(yīng)器，MBR膜選取了由PVDF材料制成的中空纖維簾式膜，具有韌性高、不易斷絲等優(yōu)點(diǎn)，固液分離效果較好，出水效果優(yōu)良。