A2O+MBR在西安市某污水厂工程设计中的应用

谭 盼

(西安市市政设施管理局，陕西 西安 710014)

MBR(Membrane Bioreactor)膜生物反应器工艺具有优良的出水水质、占地面积小和产泥率低等优点[1]。将该技术融入传统生物脱氮除磷工艺(Anaerobic Anoxic Oxic Anoxic process,A2O)，代替传统二沉池实现固液分离，可提高悬浮物去除率；同时将截留生物量回补至A2O系统，维持较高的SRT和MLSS，弥补A2O工艺产泥量高，污泥龄短等问题，协同实现高效脱氮除磷。目前该工艺在国内已受到越来越多的关注与应用[2,3]。

1 工程概况

西安市A河是渭河西安段最大污染源，全长约30 km，源头位于西安市最南端，生态基流已枯竭，成了西安市主要排污渠。A河由南向北流经西安市六个区后在西安市北郊汇入渭河，每天排入渭河的污水量高达85 t。为改善这一状况，现在A河入渭河处建一座A2O+MBR污水处理厂，作为A河入渭最后一道污水处理保障，主要服务范围包括西安市三个主城区以及A河流域其他区域未处理污水，预计处理规模为20×104m3/d。

2 设计进、出水水质

根据项目服务区城市开发建设情况及周边居民生活、工业生产用水统计，结合近年来临近已建污水处理厂来水水质特点，确定本项目进水水质如表1所示。设计出水综合考虑受纳水体水环境保护要求及当地技术经济可行性，按照GB 18918—2002城镇污水处理厂污染物排放标准[4]一级A标准设计。

表1 西安市某新建污水处理厂进出水设计水质 mg/L

3 处理工艺

3.1 工艺流程

一级物理处理：污水首先通过重力流进入粗格栅间(格栅间隙20 mm)和进水泵房，去除水中较大杂质；而后经水泵提升，通过细格栅(格栅孔径5 mm)去杂后进入曝气沉砂池去除砂砾和油脂；出水流入初沉池，沉淀去除水中可沉物后，进入膜格栅(格栅孔径1 mm)去除细小污染物，保护后续超滤膜功能。二级生化处理：膜格栅出水依次进入生物处理池(厌氧池、缺氧池、好氧池)和MBR膜池，逐步实现厌氧释磷、反硝化脱氮、好氧硝化、好氧吸磷、有机物降解及悬浮物分离等过程，污水中BOD5,N,P,SS等污染物得到去除；MBR膜池出水经过接触消毒池(NaClO)自流至渭河。为达到处理出水中磷的排放要求，在进行生物除磷的同时，辅以化学除磷。污泥处理：污泥污水经生物处理产生的剩余污泥，经污泥泵提升至贮泥池(浓缩池)，然后进入离心脱水机房进行脱水，脱水后泥饼外运至污泥厂进行无害化焚烧及环保建材砖生产，具体的工艺流程如图1所示。

3.2 核心工艺分析

3.2.1A2O工艺

A2O工艺(Anaerobic Anoxic Oxic,A2O)污水处理机理完全不同于活性污泥法，是在厌氧—好氧池基础上加入缺氧池，在厌氧—好养池内进行除磷，同时将好氧池的一部分混合液回流至缺氧池，从而进行反硝化脱氮的目的的一种工艺方法。

3.2.2MBR膜处理工艺

MBR膜反应池位于好氧池后，整个膜组器浸没于好氧区中，该膜组器由中空纤维膜组成，中空纤维膜孔径为0.1 μm～0.4 μm，完全可以阻止细菌的通过，所以菌胶团和游离细菌全部被截留于曝气池中，只将通过于中空纤维膜的滤后水汇入集水管中排出，从而将泥水分离，不需要再另设二沉池。MBR膜处理法使污水与生物膜接触，实现固相与液相的物质交换，使膜内的微生物对污水中有机物进行降解，各种细菌，藻类，悬浮颗粒，COD,SS及有机物均被有效的去除，出水悬浮物接近0，从而净化污水，保证了优良出水水质，同时生物膜内的微生物不断生长与繁殖。由于微滤膜对菌种的强隔离作用，使曝气池中的生物浓度高达到10 000 mg/L以上，这样不仅提高了曝气池的污染负荷能力，也提高了曝气池对污染物的抗冲击负荷能力，而且也大幅度的减少了所需曝气的池容积。容积的缩小又能减少污水厂的建设用地，同时降低了污水厂的土建投资费用。

4 系统运行效果

为定量评估污水厂运行状况，对2017年全年进、出水水质进行跟踪监测(每月1日)，检测指标包括CODCr,BOD5,TN,TP,NH3-N，测定分析方法参照《水与废水监测分析方法》[5]国标执行，详见表2。

4.1 CODCr去除效果

表2 测定仪器和方法

由图2可以看出，进水CODCr浓度在2017年4月～6月间出现明显上升，峰值浓度可达1 173 mg/L，其他月份CODCr浓度基本处于248 mg/L～472 mg/L之间。然而出水CODCr浓度却始终稳定在6.63 mg/L～15.2 mg/L，低于50 mg/L，平均去除率达97%，明显优于GB 18918—2002城镇污水污染物排放标准一级A排放标准。即使在4月～6月进水CODCr浓度明显升高的情况下，A2O+MBR膜处理工艺也能高效稳定去除CODCr，表明该工艺对CODCr有良好的抗冲击负荷能力。

4.2 NH3-N去除效果

NH3-N方面，2017年进水浓度在24.68 mg/L～37.83 mg/L间变化，出水浓度则为0.15 mg/L～1.11 mg/L，平均去除率高可达99.10%，出水远优于GB 18918—2002城镇污水污染物排放标准一级A排放标准(5 mg/L)，甚至达到地表水环境质量Ⅳ类水平[6]，见图3。

4.3 TN去除效果

总氮方面(如图4所示)，进水TN在34.32 mg/L～88.71 mg/L间变化，出水TN维持在5.47 mg/L～13.14 mg/L，出水优于一级A排放标准15 mg/L，平均去除率78%。5月进水TN浓度明显升高(88.71 mg/L)，A2O+MBR膜处理工艺对其去除率仍达77.97%，表明该工艺对TN有良好的抗冲击负荷能力，然而与其他指标相比，该工艺对TN去除效果略差。

4.4 BOD5去除效果

2017年该水厂进水BOD5浓度在121 mg/L～399 mg/L间波动(如图5所示)，4月、5月进水BOD5浓度明显升高，是其他月份BOD5浓度3倍左右。出水BOD5浓度则稳定在1 mg/L～4 mg/L之间，远优一级A排放标准(10 mg/L)，平均去除率98.76%。在进水BOD5浓度明显升高情况下，A2O+MBR膜处理工艺对BOD5具有良好抗冲击负荷能力。

4.5 TP去除效果

TP方面，进水浓度在3.64 mg/L～36.56 mg/L间波动(如图6所示)，3月～6月份进水浓度明显升高，出水稳定在0.02 mg/L～0.38 mg/L，优于一级A标准0.5 mg/L，平均去除率为95%。

5 结语

通过对西安市A2O+MBR处理工艺污水厂运行效果为期1年的监测评价，结果表明：

1)正常情况下，进水COD,NH3-N,TN,BOD5,TP浓度分别为：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时，平均出水浓度可达：13.86 mg/L,0.26 mg/L,9.60 mg/L,2.11 mg/L,0.25 mg/L，均优于GB 18918—2002城镇污水污染物排放标准中的一级A排放标准。

2)当进水COD,TN,BOD,TP浓度季节性升高的情况下，A2O+MBR膜处理工艺对其也能高效稳定去除，具有良好抗冲击负荷能力。

3)膜系统的管理维护对MBR工艺运行至关重要，下一步还需结合长期出水水质变化及膜池污泥浓度、膜组件跨膜差等，关注膜组件污染、堵塞问题，及时采取清洗措施，提高系统处理稳定性，降低能耗。