AAO+MBR系统设计要点分析及应用

王睿，张梦竹，王明文，俞凯 (.北京云水浩瑞环境科技有限公司，北京 0095；.北京梅凯尼克环保科技有限公司，北京 00086；.中化学生态环境有限公司，北京 0009)

1 MBR技术简介

膜生物反应器(membrane bio-reactor，MBR)是现代膜分离技术与传统生物处理技术有机结合而产生的一种全新的高效污水处理工艺。随着污水排放标准的提高，MBR技术在污水处理厂的应用越来越广泛，与传统固液分离技术相比，该技术能够高效地进行固液分离，出水水质良好，悬浮物和浊度接近于零，可实现污水资源化利用，是污水处理领域未来发展的主流技术之一。MBR工艺替代了传统污水处理工艺的二沉池、混凝、过滤等多个处理构筑物，大大减少了对土地的占用。MBR占地仅相当于传统工艺的1/2～2/3，可显著节省土地资源［1］。

AAO+MBR组合工艺作为生化段的主体工艺应用较为广泛，不仅适用于大中型新建、改建污水处理厂，也适用于小型农村污水项目。

2 AAO+MBR系统设计要点分析

AAO+MBR组合工艺与传统活性污泥法相比，在处理单元配置以及设计参数的选择上均有所区别，文章结合我公司多个项目的设计及运行经验，对设计要点进行了总结。

2.1 预处理单元设置

AAO+MBR系统的预处理单元设置对后续MBR工艺具有较大影响，将严重影响膜污染性质及状况。预处理单元一般由粗/细格栅、沉砂池、膜格栅及初沉池组成。沉砂池形式的选择应根据排水体制、进水水质确定，通常采用曝气沉砂池或旋流沉砂池。进水碳源较低时，建议采用旋流沉砂池，以减少碳源消耗。膜格栅推荐采用内进流网板格栅，孔隙1 mm以下。初沉池的设置应结合排水体制、进水水质及生物脱氮除磷对碳源的需求等方面综合考虑。对于进水悬浮物较高，脱氮要求不高的情况可设置初沉池，减少生化单元的负荷。当进水总磷大于10 mg/L时，建议设置初沉池，前置化学除磷，减少膜池除磷剂投加量，减缓膜污染。

2.2 AAO工艺

2.2.1 主要参数的选择

AAO+MBR系统设计参数的选取应遵循相关规范[2]，同时，结合我公司自主研发的MBR产品性能及运行经验做适当调整，具体参数如表1所示。

表1 AAO生化池主要设计参数

2.2.2 池型的布置

平面布置的总体原则是流态顺畅，满足设备布置和总图占地要求，确定好分组。生化段工艺流程的选择应结合进水碳氮比及脱氮要求确定，可采用AAO或AAOA等多种形式。厌氧与缺氧段池型尽量实现推流器搅拌，节约能耗。同时，充分考虑生化池与膜池的结合，灵活布置。

2.2.3 生化池曝气量的计算

与MBR工艺连用的AAO生化池，因为膜池回流量较大，回流液中携带DO较多，其需氧量较传统AAO较小，因此需氧量计算时需核减膜池回流液中携带的DO，这样能够降低鼓风机选型，节约能耗。计算方法建议如下：

式中：CS为膜区溶解氧饱和度(mg/L)；C1为MBR池进水溶解氧浓度(mg/L)；Q为水量(m3/d)；R为膜区污泥回流到好氧区的回流比。

SOR生化用于计算好氧生物池的需氧量，换算成空气量后用于鼓风机的选型。由于风阻不同，膜池吹扫用风机和生物池曝气风机应各自独立，不建议共用。膜吹扫气量需根据不同膜产品的要求设计，不宜出于保守考虑，设计供气量过大造成对膜的损伤。

2.3 膜池的设计

2.3.1 膜通量的选择

我公司污水处理项目中采用的MBR膜组器为我公司自主研发的中空纤维帘式膜组件，该膜组件的特点是中空纤维膜材料由PVDF 树脂制成，强度高、耐摩擦、寿命长、通量大、抗氧化性能好。膜组件采用超薄型设计，厚度小，膜丝填充密度、膜丝长度和集水管路配置合理。根据来水性质选择合适的膜通量，平均设计通量为15～25 L/(m2·h)。

2.3.2膜吹扫方式的优化

采用高低曝气强度相结合的方式，低曝气强度是一个维持量，使膜组器的膜丝轻微抖动，有效地清除了膜丝表面松散的泥饼层；高强度曝气以膜丝的碰撞摩擦机理为主导，有效地清除了膜表面上粘性较大的凝胶层。确定最佳高低曝气强度比，并根据压力上升速度的大小，自动计算高强度曝气历时长短与高低曝气交互周期。高曝气强度大、曝气的历时短，低曝气强度小、曝气历时长，二者综合，平均曝气强度小于恒流量曝气强度，不但降低了运行能耗，而且有效控制了膜污染。

2.4 鼓风机房通风机的选型

鼓风机房通风设计时应考虑通风散热问题，除应满足6次/h换气次数外，还应满足散热要求，根据置换通风系统所需要的新风量进行通风机选型。

置换通风系统所需要的新风量按照以下公式计算[3]：

其中：V为单位时间置换通风最(m3/h)；Q为单位时间鼓风机运转产生的热量(J/h)；ΔQ为单位体积的空气温差产生的热值(J/m3)。

Q值可以根据选用风机的电机功率与轴助率的差值与运行时间进行计算。

式中：P为鼓风机电动机功率(kW)；N为鼓风机轴功率(kW)；n为鼓风机工作台数(台)。

式中：n为气体摩尔数(mol，等于)；Cv,m为单位体积空气摩尔热容(J/(mol·℃));T2为室外温度(℃)；T1为室内温度(℃)。

鼓风机为室内进风的，除应保证以上通风量外，还应满足风机进风量要求，根据两者之和确定通风机选型。

3 工程应用案例

河北某市政污水处理厂扩建项目，设计规模为6.0万 m3/d，按照京津冀一体化建设的需要，扩建后设计出水水质达到北京市地标DB 11/890—2012《城镇污水处理厂水污染物排放标准》中B 排放限值。设计进出水指标如表2所示。

表2 污水厂设计进出水水质

污水处理工艺流程为“粗格栅及提升泵房+细格栅及爆气沉砂池+膜格栅+AAOA+MBR+臭氧接触氧化+消毒”。污泥处理工艺采用板框压滤机，脱水至60%后外运。

本项目膜格栅采用精度1mm的内进流网板格栅。为强化总氮去除效果，生化段采用AAOA形式。AAO/A—MBR 工艺是一种强化内源反硝化的新型工艺，该工艺利用MBR 内高浓度活性污泥和生物多样性来强化脱氮除磷效果［4］，其内部流程依次为厌氧、缺氧、好氧、缺氧和膜池。

AAO系统主要设计参数如下：总停留时间：T=16.2 h，其中厌氧池水力停留时间2.0 h，一段缺氧池水力停留时间6.8 h，好氧池水力停留时间5.4 h，二段缺氧池水力停留时间2.0 h；膜池至好氧回流比：500%，好氧至一段缺氧回流比：300%，二段缺氧至厌氧回流比：100%；好氧池MLSS=8.0 g/L。

AAO系统与膜池合建，MBR系统设计参数如下：膜池构筑物尺寸：59.6 m×18.0 m×5.2 m，配置12个系列，每系列膜箱数：6组+2空位，设计膜通量：18.9 L/(m2·h)。膜系统产水泵运行周期为8 min，即过滤7min/停止1min；低曝气强度55～100 Nm3/(m2·h)，高曝气强度180～220 Nm3/(m2·h)。

该项目出水各项指标均能够稳定达标，水质波动较小，也说明了生化反应池高MLSS可保证生物降解的稳定性，提高系统的抗冲击能力，对污染物的去除率保持在较高水平［5］。

4 结语

文章根据我公司多个项目的实践经验，初步分析了AAO+MBR系统的设计要点及鼓风曝气节能措施，可为今后MBR工艺设计提供参考。通过合理的参数设计及完善的运营维护，AAO+MBR系统将在污水处理厂的提标改造以及村镇污水治理等领域中得到广泛的应用。