AAO+MBR系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析及應(yīng)用

王睿，張夢(mèng)竹，王明文，俞凱 (.北京云水浩瑞環(huán)境科技有限公司，北京 0095；.北京梅凱尼克環(huán)?？萍加邢薰?，北京 00086；.中化學(xué)生態(tài)環(huán)境有限公司，北京 0009)

1 MBR技術(shù)簡介

膜生物反應(yīng)器(membrane bio-reactor，MBR)是現(xiàn)代膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合而產(chǎn)生的一種全新的高效污水處理工藝。隨著污水排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，MBR技術(shù)在污水處理廠的應(yīng)用越來越廣泛，與傳統(tǒng)固液分離技術(shù)相比，該技術(shù)能夠高效地進(jìn)行固液分離，出水水質(zhì)良好，懸浮物和濁度接近于零，可實(shí)現(xiàn)污水資源化利用，是污水處理領(lǐng)域未來發(fā)展的主流技術(shù)之一。MBR工藝替代了傳統(tǒng)污水處理工藝的二沉池、混凝、過濾等多個(gè)處理構(gòu)筑物，大大減少了對(duì)土地的占用。MBR占地僅相當(dāng)于傳統(tǒng)工藝的1/2～2/3，可顯著節(jié)省土地資源［1］。

AAO+MBR組合工藝作為生化段的主體工藝應(yīng)用較為廣泛，不僅適用于大中型新建、改建污水處理廠，也適用于小型農(nóng)村污水項(xiàng)目。

2 AAO+MBR系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

AAO+MBR組合工藝與傳統(tǒng)活性污泥法相比，在處理單元配置以及設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇上均有所區(qū)別，文章結(jié)合我公司多個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。

2.1 預(yù)處理單元設(shè)置

AAO+MBR系統(tǒng)的預(yù)處理單元設(shè)置對(duì)后續(xù)MBR工藝具有較大影響，將嚴(yán)重影響膜污染性質(zhì)及狀況。預(yù)處理單元一般由粗/細(xì)格柵、沉砂池、膜格柵及初沉池組成。沉砂池形式的選擇應(yīng)根據(jù)排水體制、進(jìn)水水質(zhì)確定，通常采用曝氣沉砂池或旋流沉砂池。進(jìn)水碳源較低時(shí)，建議采用旋流沉砂池，以減少碳源消耗。膜格柵推薦采用內(nèi)進(jìn)流網(wǎng)板格柵，孔隙1 mm以下。初沉池的設(shè)置應(yīng)結(jié)合排水體制、進(jìn)水水質(zhì)及生物脫氮除磷對(duì)碳源的需求等方面綜合考慮。對(duì)于進(jìn)水懸浮物較高，脫氮要求不高的情況可設(shè)置初沉池，減少生化單元的負(fù)荷。當(dāng)進(jìn)水總磷大于10 mg/L時(shí)，建議設(shè)置初沉池，前置化學(xué)除磷，減少膜池除磷劑投加量，減緩膜污染。

2.2 AAO工藝

2.2.1 主要參數(shù)的選擇

AAO+MBR系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的選取應(yīng)遵循相關(guān)規(guī)范[2]，同時(shí)，結(jié)合我公司自主研發(fā)的MBR產(chǎn)品性能及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)做適當(dāng)調(diào)整，具體參數(shù)如表1所示。

表1 AAO生化池主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2.2 池型的布置

平面布置的總體原則是流態(tài)順暢，滿足設(shè)備布置和總圖占地要求，確定好分組。生化段工藝流程的選擇應(yīng)結(jié)合進(jìn)水碳氮比及脫氮要求確定，可采用AAO或AAOA等多種形式。厭氧與缺氧段池型盡量實(shí)現(xiàn)推流器攪拌，節(jié)約能耗。同時(shí)，充分考慮生化池與膜池的結(jié)合，靈活布置。

2.2.3 生化池曝氣量的計(jì)算

與MBR工藝連用的AAO生化池，因?yàn)槟こ鼗亓髁枯^大，回流液中攜帶DO較多，其需氧量較傳統(tǒng)AAO較小，因此需氧量計(jì)算時(shí)需核減膜池回流液中攜帶的DO，這樣能夠降低鼓風(fēng)機(jī)選型，節(jié)約能耗。計(jì)算方法建議如下：

式中：CS為膜區(qū)溶解氧飽和度(mg/L)；C1為MBR池進(jìn)水溶解氧濃度(mg/L)；Q為水量(m3/d)；R為膜區(qū)污泥回流到好氧區(qū)的回流比。

SOR生化用于計(jì)算好氧生物池的需氧量，換算成空氣量后用于鼓風(fēng)機(jī)的選型。由于風(fēng)阻不同，膜池吹掃用風(fēng)機(jī)和生物池曝氣風(fēng)機(jī)應(yīng)各自獨(dú)立，不建議共用。膜吹掃氣量需根據(jù)不同膜產(chǎn)品的要求設(shè)計(jì)，不宜出于保守考慮，設(shè)計(jì)供氣量過大造成對(duì)膜的損傷。

2.3 膜池的設(shè)計(jì)

2.3.1 膜通量的選擇

我公司污水處理項(xiàng)目中采用的MBR膜組器為我公司自主研發(fā)的中空纖維簾式膜組件，該膜組件的特點(diǎn)是中空纖維膜材料由PVDF 樹脂制成，強(qiáng)度高、耐摩擦、壽命長、通量大、抗氧化性能好。膜組件采用超薄型設(shè)計(jì)，厚度小，膜絲填充密度、膜絲長度和集水管路配置合理。根據(jù)來水性質(zhì)選擇合適的膜通量，平均設(shè)計(jì)通量為15～25 L/(m2·h)。

2.3.2膜吹掃方式的優(yōu)化

采用高低曝氣強(qiáng)度相結(jié)合的方式，低曝氣強(qiáng)度是一個(gè)維持量，使膜組器的膜絲輕微抖動(dòng)，有效地清除了膜絲表面松散的泥餅層；高強(qiáng)度曝氣以膜絲的碰撞摩擦機(jī)理為主導(dǎo)，有效地清除了膜表面上粘性較大的凝膠層。確定最佳高低曝氣強(qiáng)度比，并根據(jù)壓力上升速度的大小，自動(dòng)計(jì)算高強(qiáng)度曝氣歷時(shí)長短與高低曝氣交互周期。高曝氣強(qiáng)度大、曝氣的歷時(shí)短，低曝氣強(qiáng)度小、曝氣歷時(shí)長，二者綜合，平均曝氣強(qiáng)度小于恒流量曝氣強(qiáng)度，不但降低了運(yùn)行能耗，而且有效控制了膜污染。

2.4 鼓風(fēng)機(jī)房通風(fēng)機(jī)的選型

鼓風(fēng)機(jī)房通風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮通風(fēng)散熱問題，除應(yīng)滿足6次/h換氣次數(shù)外，還應(yīng)滿足散熱要求，根據(jù)置換通風(fēng)系統(tǒng)所需要的新風(fēng)量進(jìn)行通風(fēng)機(jī)選型。

置換通風(fēng)系統(tǒng)所需要的新風(fēng)量按照以下公式計(jì)算[3]：

其中：V為單位時(shí)間置換通風(fēng)最(m3/h)；Q為單位時(shí)間鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量(J/h)；ΔQ為單位體積的空氣溫差產(chǎn)生的熱值(J/m3)。

Q值可以根據(jù)選用風(fēng)機(jī)的電機(jī)功率與軸助率的差值與運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。

式中：P為鼓風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)功率(kW)；N為鼓風(fēng)機(jī)軸功率(kW)；n為鼓風(fēng)機(jī)工作臺(tái)數(shù)(臺(tái))。

式中：n為氣體摩爾數(shù)(mol，等于)；Cv,m為單位體積空氣摩爾熱容(J/(mol·℃));T2為室外溫度(℃)；T1為室內(nèi)溫度(℃)。

鼓風(fēng)機(jī)為室內(nèi)進(jìn)風(fēng)的，除應(yīng)保證以上通風(fēng)量外，還應(yīng)滿足風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)量要求，根據(jù)兩者之和確定通風(fēng)機(jī)選型。

3 工程應(yīng)用案例

河北某市政污水處理廠擴(kuò)建項(xiàng)目，設(shè)計(jì)規(guī)模為6.0萬 m3/d，按照京津冀一體化建設(shè)的需要，擴(kuò)建后設(shè)計(jì)出水水質(zhì)達(dá)到北京市地標(biāo)DB 11/890—2012《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中B 排放限值。設(shè)計(jì)進(jìn)出水指標(biāo)如表2所示。

表2 污水廠設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

污水處理工藝流程為“粗格柵及提升泵房+細(xì)格柵及爆氣沉砂池+膜格柵+AAOA+MBR+臭氧接觸氧化+消毒”。污泥處理工藝采用板框壓濾機(jī)，脫水至60%后外運(yùn)。

本項(xiàng)目膜格柵采用精度1mm的內(nèi)進(jìn)流網(wǎng)板格柵。為強(qiáng)化總氮去除效果，生化段采用AAOA形式。AAO/A—MBR 工藝是一種強(qiáng)化內(nèi)源反硝化的新型工藝，該工藝?yán)肕BR 內(nèi)高濃度活性污泥和生物多樣性來強(qiáng)化脫氮除磷效果［4］，其內(nèi)部流程依次為厭氧、缺氧、好氧、缺氧和膜池。

AAO系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：總停留時(shí)間：T=16.2 h，其中厭氧池水力停留時(shí)間2.0 h，一段缺氧池水力停留時(shí)間6.8 h，好氧池水力停留時(shí)間5.4 h，二段缺氧池水力停留時(shí)間2.0 h；膜池至好氧回流比：500%，好氧至一段缺氧回流比：300%，二段缺氧至厭氧回流比：100%；好氧池MLSS=8.0 g/L。

AAO系統(tǒng)與膜池合建，MBR系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)如下：膜池構(gòu)筑物尺寸：59.6 m×18.0 m×5.2 m，配置12個(gè)系列，每系列膜箱數(shù)：6組+2空位，設(shè)計(jì)膜通量：18.9 L/(m2·h)。膜系統(tǒng)產(chǎn)水泵運(yùn)行周期為8 min，即過濾7min/停止1min；低曝氣強(qiáng)度55～100 Nm3/(m2·h)，高曝氣強(qiáng)度180～220 Nm3/(m2·h)。

該項(xiàng)目出水各項(xiàng)指標(biāo)均能夠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，水質(zhì)波動(dòng)較小，也說明了生化反應(yīng)池高M(jìn)LSS可保證生物降解的穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)的抗沖擊能力，對(duì)污染物的去除率保持在較高水平［5］。

4 結(jié)語

文章根據(jù)我公司多個(gè)項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，初步分析了AAO+MBR系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及鼓風(fēng)曝氣節(jié)能措施，可為今后MBR工藝設(shè)計(jì)提供參考。通過合理的參數(shù)設(shè)計(jì)及完善的運(yùn)營維護(hù)，AAO+MBR系統(tǒng)將在污水處理廠的提標(biāo)改造以及村鎮(zhèn)污水治理等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。