五段AO-MBR工藝應(yīng)用于工業(yè)污水處理廠升級(jí)改造

摘" " " 要：以某汽車產(chǎn)業(yè)園污水處理廠為例，介紹了五段AO-MBR生物池工藝，并在原水重金屬離子超標(biāo)時(shí)經(jīng)過高密度沉淀池工藝進(jìn)行預(yù)處理，當(dāng)原水生化降解性差導(dǎo)致出水CODCr超標(biāo)時(shí)采用臭氧催化氧化工藝進(jìn)行處理。工程規(guī)模由0.5萬m3·d-1升級(jí)到1萬m3·d-1，處理出水滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)" 鍵" 詞：污水處理廠；工業(yè)廢水；升級(jí)改造；五段AO-MBR工藝

中圖分類號(hào)：TQ085" " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A" " "文章編號(hào)： 1004-0935（2023）05-0678-04

工業(yè)廢水具有水質(zhì)復(fù)雜、水質(zhì)水量變化大的特點(diǎn)，在處理上難度較大。污水處理廠投入使用一段時(shí)間后，往往不能滿足使用要求，隨著水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的提高以及污水排放量的增加，使污水處理廠升級(jí)改造變得更加迫切。

1" 工程概況

某污水處理廠位于汽車產(chǎn)業(yè)園附近，主要收集汽車產(chǎn)業(yè)園內(nèi)的工業(yè)廢水和周圍居民生活用水，混合污水成分較為復(fù)雜，如果出水不能達(dá)標(biāo)排放，將嚴(yán)重破壞周圍的生態(tài)環(huán)境。根據(jù)《城市污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）及2008年8月1日實(shí)施的《遼寧省污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB21/1627—2008），其對(duì)城市污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)要求執(zhí)行城市污水處理廠排放一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。該污水處理廠進(jìn)出水水質(zhì)如" 表1所示。

2" 污水處理廠升級(jí)改造

項(xiàng)目改擴(kuò)建工程規(guī)模為1萬m3·d-1，其中改造一期0.5萬m3/d，新建二期0.5萬m3·d-1。

2.1" 二期新建0.5萬m3·d-1

2.1.1" 工藝流程確定

本工程可用地面積小且呈三角形的特殊不利條件，本著工藝先進(jìn)、基建投資省、運(yùn)行費(fèi)用低、處理成本少、占地面積少等原則，選用五段AO-MBR工藝作為污水處理廠工程推薦工藝方案。其中，五段AO的最后一段好氧池由MBR池代替。

調(diào)節(jié)池后設(shè)置高密度沉淀池，主要是針對(duì)本項(xiàng)目服務(wù)范圍內(nèi)存在較多汽車整車及配套企業(yè)，當(dāng)企業(yè)排水重金屬離子不達(dá)標(biāo)且含有可能對(duì)本污水處理廠微生物處理系統(tǒng)造成不良影響時(shí)的臨時(shí)性措施，從汽車涂裝及電鍍行業(yè)排水性質(zhì)推測(cè)可能含有鋅、鎳、鉻等重金屬，但具體數(shù)值很難預(yù)測(cè)。

污泥濃縮后，進(jìn)行二次脫水，采用連續(xù)污泥深度脫水機(jī)，將污泥含水率降至60%以下，再進(jìn)行污泥處置。連續(xù)深度脫水技術(shù)工藝流程如圖1所示。消毒部分采用次氯酸鈉消毒。

2.1.2" 工藝流程圖

工藝流程如圖2所示。

2.1.3" 主要處理單元工藝原理及特點(diǎn)

2.1.3.1" 五段AO工藝

在傳統(tǒng)的AO及A2O工藝基礎(chǔ)上，針對(duì)近年來較多遇到的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)下低碳氮比污水的處理問題進(jìn)行了深入的研究。

五段AO工藝流程是在傳統(tǒng)A2O工藝的基礎(chǔ)上，增加后置缺氧池和后置好氧池，即A2O+AO工藝。在后置缺氧段補(bǔ)充碳源，進(jìn)行后置反硝化反應(yīng)，以解決前段AO工藝因碳源不足或內(nèi)回流比受限而導(dǎo)致出水TN超標(biāo)的問題；后置好氧段的功能是處理后缺氧池帶來的多余碳源，同時(shí)保證好氧出水，防止厭氧反硝化產(chǎn)生氣體使二沉池污泥上翻，后好氧段以MBR工藝代替。

劉強(qiáng)[1]采用五段AO-MBBR工藝對(duì)某污水處理廠進(jìn)行提標(biāo)改造，出水由《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)提標(biāo)至一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.3.2" MBR工藝

MBR又稱膜生物反應(yīng)器，是一種將生物處理單元和膜分離單元結(jié)合到一起的新型水處理技術(shù)，在新建和改建污水處理廠中得到了廣泛的應(yīng)用。在市政污水處理領(lǐng)域，通常指固液分離型膜生物反應(yīng)器，即采用膜將污泥和污水進(jìn)行分離。近年來，MBR工藝受到廣大學(xué)者的青睞。

MBR工藝的原理是利用真空泵和產(chǎn)水泵的抽吸作用，因MBR膜的選擇透過性，將水和雜質(zhì)分離實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定產(chǎn)水。由于MBR膜中空纖維絲的比表面積很大，使微生物附著并大量繁殖，污泥質(zhì)量濃度能夠達(dá)到8 000 mg·L-1，工藝處理效率高，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。同時(shí)，由于膜的高效截留作用，泥水分離效果好，截留的活性污泥以400%的回流比回流至缺氧池。MBR膜處理單元不僅對(duì)COD和氨氮具有很高的去除率，對(duì)非溶解性污染物也具有很好的去除效果，能夠使出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)[2]。與傳統(tǒng)的生物處理工藝相比，MBR工藝有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）出水水質(zhì)良好，抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)。MBR工藝能夠取代傳統(tǒng)活性污泥法中的二沉池，既能進(jìn)行生化反應(yīng)，又能進(jìn)行固液分離，MBR工藝因其膜組件的高效分離作用，出水效果遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)二沉池，處理出水濁度和SS低，水質(zhì)清澈，微生物被大量去除，MBR出水可以直接回用為市政雜用水；由于活性污泥濃度的增大和污泥中優(yōu)勢(shì)菌種的出現(xiàn)，提高了生化反應(yīng)速率；膜組件的高效分離作用也提升了污水廠的抗沖擊負(fù)荷，在進(jìn)水水質(zhì)變化較大的情況下，都能獲得穩(wěn)定良好的出水水質(zhì)。

2）占地面積小。MBR處理工藝因其占地面積小而備受青睞，尤其是污水處理廠提標(biāo)改造項(xiàng)目，受場(chǎng)地占地面積限制，很多工藝并不適用，MBR膜組件占地面積小、處理效果穩(wěn)定良好，在新建和改造項(xiàng)目中應(yīng)用廣泛。

3）剩余污泥產(chǎn)量少。MBR工藝產(chǎn)生的剩余污泥量少，解決了傳統(tǒng)生物處理工藝中污泥膨脹的弊端，使得整個(gè)工藝流程的操作和管理更加方便[3]。

2.1.3" 主要構(gòu)筑物參數(shù)

1）高密度沉淀池。設(shè)計(jì)規(guī)模Q=5 000 m3·d-1，變化系數(shù)為1.2，共2座，單座平面尺寸為" " " " "10.9 m×12.3 m，混合區(qū)尺寸為1.5 m×2.0 m" " " ×3.75m，停留時(shí)間為5.4 min，絮凝區(qū)尺寸為2.5 m×2.5 m×5.0 m，停留時(shí)間為15 min，斜管區(qū)表面負(fù)荷均值為8.2 m3·m-2·h-1，峰值為9.9 m3·m-2·h-1。

2）五段AO-MBR生物池。設(shè)計(jì)規(guī)模為" " " Q=5 000 m3·d-1，變化系數(shù)為1.2，數(shù)量1座，內(nèi)分" " 2組，單組池體尺寸為36.1 m×10.15 m×9.0 m（凈尺寸），生物池總尺寸為36.1 m×20.8 m×9.0 m（凈尺寸），單組有效容積為2 057 m3，總HRT為16.5 h，設(shè)計(jì)總泥齡為16 d，設(shè)計(jì)污泥負(fù)荷為" " " " " 0.079 kg BOD·（kg MLSS·d）-1，設(shè)計(jì)硝化污泥負(fù)荷為0.02 kgNH3-N·（kg MLSS·d）-1。①厭氧池：池體尺寸為6.0 m×4.0 m×9.0 m（單組凈尺寸，下同），有效水深為8.0 m，單池有效容積為192 m3，池子數(shù)量為2座（每組池子各1座），HRT為1.5 h。②缺氧池：池體尺寸為6.0 m×5.85 m×9.0 m，有效水深為" "8.0 m，單池有效容積為280.8 m3，池子數(shù)量為2座（每組池子各1座），HRT為2.2 h。③好氧池：池體尺寸為10.15 m×12.1 m×9.0 m，有效水深為" "8.0 m，單池有效容積為933.8 m3，池子數(shù)量為2座（每組池子各1座），HRT為7.5 h。④后缺氧池：池體尺寸為10.2 m×2.95 m×8.8 m，有效水深為" 8.0 m，單池有效容積為240.72 m3，池子數(shù)量為" " "2座（每組池子各1座），HRT為1.9 h。⑤MBR膜池：池體尺寸為17.2 m×6.6 m×4.6 m，有效水深為3.6 m，單池有效容積為408.7 m3，池子數(shù)量為2座（每組池子各1座），HRT為3.3 h。

2.2" 原一期0.5萬m3·d-1改造

2.2.1" 原一期工藝流程

工藝流程：污水→粗格柵→提升泵房→細(xì)格柵間→旋流沉砂池→水解酸化池+→改良A20池→二沉池→深度處理車間（加藥+網(wǎng)格絮凝池+斜板沉淀池+盤式微濾機(jī)）→紫外線消毒→出水。

2.2.2" 存在問題分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘及對(duì)本工程一期設(shè)計(jì)資料、近年實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)等情況分析，對(duì)本工程一期存在主要問題分析如下：經(jīng)對(duì)全廠各工藝處理單體進(jìn)行核算，發(fā)現(xiàn)一期主要問題在于一期的深度處理間。本工程一期深度處理間采用機(jī)械混凝+斜管沉淀池+纖維轉(zhuǎn)盤濾池，工藝路線設(shè)計(jì)合理，但深度處理間的斜管沉淀池設(shè)計(jì)參數(shù)超規(guī)范。

參考《室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50013—2018），混凝之后的上流式斜管沉淀池的液面負(fù)荷為5.0～9.0 m3·m-2·h-1，但本工程的斜管沉淀池扣除斜管無效區(qū)域后的液面負(fù)荷核算值為10.2 m3·m-2·h-1，超過了規(guī)范值的上限?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員也反饋當(dāng)水量達(dá)到峰值時(shí)出現(xiàn)跑泥等問題。

針對(duì)上述問題，加之占地面積受限，因此建議只針對(duì)深度處理的混凝沉淀系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2.2.3" 工藝改造方案

1）原一期生化池整體流程（即由水解酸化、厭氧、缺氧、好氧4部分組成的生化處理系統(tǒng)）不變，但固液分離系統(tǒng)由斜管沉淀池改為MBR工藝。

2）原一期生化池出水由新安裝的潛污泵輸送 至二期新建生化池中的“一期MBR膜池”，共計(jì)" " 2組，在膜池中完成固液分離。膜組件出水與二期膜組件出水合并后進(jìn)入后續(xù)處理系統(tǒng)。一期MBR膜池的回流通過重力回流到原一期生化池。

3" 升級(jí)改造效果

此項(xiàng)污水處理廠升級(jí)改造工程于2020年7月開始動(dòng)工，2021年1月完成土建工程和設(shè)備安裝，現(xiàn)已投入使用，處理效果良好，出水能夠達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

4" 能耗指標(biāo)

滿足工藝要求的介質(zhì)提升設(shè)備耗能包括進(jìn)水提升泵、生物池內(nèi)回流泵、剩余污泥泵、反沖洗水泵、反沖洗風(fēng)機(jī)等設(shè)備耗能。

其他耗能包括維持工藝需氧要求的空氣供給設(shè)備耗能為鼓風(fēng)機(jī)耗能、使介質(zhì)免于沉降的攪拌設(shè)備耗能、用于污泥濃縮脫水的濃縮脫水機(jī)耗能、生活及照明等耗能、通風(fēng)和用水等耗能。

經(jīng)計(jì)算，本工程電耗為0.36 kW·h·m-3，BOD5電耗為1.80 kW·h·（kg BOD5）-1。本工程年電耗為 131.4萬kW·h，折合年總消耗量為161.5 t標(biāo)準(zhǔn)煤。

5" 結(jié)束語

本工程充分考慮現(xiàn)有條件和實(shí)際情況，在原有構(gòu)筑物基礎(chǔ)上進(jìn)行改造和擴(kuò)建，節(jié)省建設(shè)投資。運(yùn)行初期出水各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。本工程方案合理、經(jīng)濟(jì)可行、自動(dòng)化程度高，為類似升級(jí)改造工程起到了良好的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 劉強(qiáng). 五段AO+MBBR工藝應(yīng)用于污水處理廠提標(biāo)改造[J].中國給水排水，2019，35（16）：53-57.

［2］ 張靜.A/O+MBR工藝在化工廢水處理廠改造中的應(yīng)用[J].廣東化工，2022，49（11）：129-131.

［3］ 付駿盛.MBR膜在污水處理中的應(yīng)用[J].化學(xué)工程與裝備，2022（1）：259-265.

Abstract：" Taking a sewage treatment plant of automobile industrial area as an example， the five-stage AO-MBR biological pool process was introduced. When the heavy metal ions in raw water exceed the standard， it is pretreated by high density sedimentation tank process; When the CODCr of effluent exceeds the standard due to poor biodegradability of raw water， ozone catalytic oxidation process is used for treatment. The project scale was upgraded from 5 000 m3·d-1 to 10 000 m3·d-1， the effluent meets the class A standard of discharge standard of pollutants for urban sewage treatment plants（GB 18918—2002）.

Key words：" Sewage treatment plant; Industrial waste water; Upgrading; Five-stage AO-MBR process