高排放标准下分段进水多级AO+MBR工艺的设计

文_兰令宇 广州浔峰环保科技有限公司

1 工程概况

某A污水厂一期工程，包括20万m3/d的污水厂、6万m3/d的再生水厂、300t/d的污泥处置项目。该废水处理厂基于活性污泥工艺技术处理来自邻地区的废水。工厂接受处理的废水类型为纯生活废水。该厂由粗筛、细筛、沉砂池、曝气池、澄清池、氯化系统、污泥浓缩器、好氧消化池、污泥浓缩机和污泥干燥床组成。由于出水标准由《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A标准，提高至《城镇污水处理厂水污染物排放标准》（DB 11/890-2012）中的A标准（准Ⅲ类标准）。因此，该污水厂原有工艺稍显落后，需要进一步提升和优化。

2 分段进水多级AO+MBR工艺原理及流程

2.1 工艺原理

AO工艺也被称作缺氧好氧工艺法，是一种常见污水处理工艺。该工艺通过微生物寻找食物的过程，将复杂的有机物质分解成简单的稳定物质。该过程导致从废水中去除可溶性和悬浮有机物。在溶解氧存在下，微生物的生长去除了大部分污染物；反过来，原生动物生长并以这些生物为食。由此产生的平衡是在活性污泥浮体中悬浮形式的活培养物。该工艺非常适合去除废水中的含碳物质和硝化作用，主要结构包括一个曝气池，在该曝气池中，废水与连续的活性污泥和氧气充分混合。从该过程的这一部分，污水进入一个澄清池，沉淀的污泥从净化水中去除，由返回的活性污泥泵回收。要使该系统正常工作，必须满足两个严格的要求：即曝气装置必须能够将氧气从大气中转移到液体中，并将这种氧气通过废水分配到污水处理厂。为加强净化过程，提高净化程度，可在此基础上通过串联多个AO，组成分段进水多级AO。在该工艺中，回流污泥从首端进入，而污水则按一定比例从每个缺氧段进入。由于工艺从缺氧段进水，为前一段好氧区的硝化液提供反硝化碳源，理论上无需硝化液回流系统即可实现脱氮功能。

膜生物反应器（MBR）是一种结合生物处理和膜工艺的有前途的技术。与传统活性污泥(CAS)相比， MBR工艺具有占地面积小、污泥产量低、维护成本低、出水水质稳定，且不受生物反应器中的污泥性质影响，以及更高的有机物、营养物和持久性有机污染物去除等优点。然而，MBR工艺最显着的缺点之一是处理过程中的膜污染。现有研究显示，膜污染会降低MBR的水质和水量，并使MBR运营成本增加60%以上。在现实中，膜污染现象非常复杂，一般表现为污垢附着/沉积和凝胶/滤饼层的热力学过滤阻力；影响因素包括混合液特性、膜特性、反应器的水力条件、操作方式、温度和生化动力学参数等。

本次研究深度分析了现有的AO工艺和MBR工艺，发现在两种工艺中存在两处融合点：

其一，活性污泥系统是向污水中添加氧气的过程。该系统富含天然存在的氧气，并涉及搅拌环境中的污水。污水的流动足以产生富氧混合物，无需人工加氧。搅动和搅动污水后，使其沉降。沉淀后的污水含有形成小细菌和有机体的必要条件。污水被认为是活性污泥，当这种活性污泥添加到原污水中时，它会氧化污水中的有机固体。它还分离已溶解在污水混合物中的固体，因此它使过滤更容易。

其二，筛选后的废水与不同量的回收液混合，其中含有高比例的从二级罐中取出的生物，它成为一种称为混合液的产品。混合物的下一步是搅拌并注入大量空气以提供氧气并使固体保持悬浮状态。一段时间后，混合液流入澄清器，在此沉淀。在此沉降过程中，部分细菌被去除，部分清洁的水继续流动以进行额外处理。产生的沉降固体，活性污泥，然后返回第一个罐再次开始该过程。

2.2 工艺流程

依据出水要求及排放标准，分段进水多级AO+MBR工艺流程确定为“调节池+初沉池+A/O+MBR膜池”。具体如图1所示。

图1 分段进水多级AO+MBR工艺流程

3 分段进水多级AO+MBR主要构筑物及设备参数

3.1 调节池

调节池的目的是进行水量、水质的调节均化，保证后续生化处理系统水量、水质的均衡、稳定，提高整个系统的抗冲击性能和处理效果。在分段进水多级AO+MBR工艺中，调节池进水废水与大约 20%～30%（按体积）的活性污泥混合，该方法包括两个曝气阶段，并通过再循环的活性污泥水进行稀释。经过这样的稀释后，废水中所含的生物毒性物质现在处于低浓度状态，不再能够使控制生物降解过程的细菌群失活。曝气后，一定量的活性污泥被循环利用。稀释不需要补充清洁水，曝气池的循环水已经证明是令人满意的。该系统导致负载非常高的工厂在运行中具有出色的经济性。在流出的流体中，BOD5和COD分别保持在25和150mg/L以下。

3.2 初沉池

初沉池目的促进固体沉降，以在生物处理之前最大限度地减少悬浮颗粒的大小。诸如沙砾和有机固体等致密物质作为“污泥”沉降到水箱底部，其中超过90%污水进料沉积在此处，而密度较低的脂肪、油和油脂作为“浮渣”停留在上部。污泥和浮渣结合在一起产生污水污泥，然后对其进行额外的处理，例如增稠、好氧硝化和脱水。即为了将池底物生物转化和生物转化为所需产品，可以根据所用生物体的生长要求设计或制造反应器，用于所有类型的生物催化，包括酶的产生以及组织、细胞的生长。在分段进水多级AO+MBR工艺中，初沉池被设计为50,000升圆柱形罐，由不锈钢和搪玻璃钢制成，是保持某些参数，如流速、曝气、温度、pH、泡沫控制和搅拌速率，以期为微生物提供了一个细致的环境，以实现最佳生长和产生代谢物。为了在需氧、厌氧或连续厌氧/好氧条件下利用微生物代谢来利用底物并将其降解为残留物，所设计的初沉池还包括间歇反应器、连续搅拌釜反应器(流量：Q=25m3/h 扬程：H=15m功率：N=2.2kW) 和活塞流反应器（流量：Q=50m3/h 扬程：H=15m功率：N=7.5kW）等。

3.3 AO+MBR膜池

MBR是使用膜过滤单元将生物质与流出物分离的活性污泥组件。MBR使用膜过滤，不依赖重力（沉降）来分离生物质和流出物。因此，生物质分离所需的时间和空间不受限制，可以处理更多的水并占用更少的空间。然而，增加的处理能力伴随着增加的电力成本，因为需要更大的曝气能力和加压才能充分发挥MBR的潜力。为了完成氮和磷的去除，必须在MBR工艺中增加额外的单元工艺。在所设计的AO+MBR膜池中，单片膜设计面积为25m2；膜元件设计数量为168帘；膜箱设计数量为4，单膜箱设计42帘。

4 结语

废水中含有大量污染物，包括化学需氧量(COD)、重金属、悬浮固体、痕量有机化合物和各种来源的毒素，为了安全地回收废水，有必要确保将污染物彻底清除至当地环境机构确定的可接受标准。然而，传统废水处理系统中产生的污泥量是一个亟待解决的问题。此外，废水处理中的挑战还包括影响处理系统的金属和化合物的沉积，以及潜在的为了土壤中的盐分积累。本文所设计的分段进水多级AO+MBR工艺，取AO工艺之长，补MBR工艺之短，实现了两者的良性循环，同时解决了AO污泥产量高和MBR膜污染等问题，具有多种工艺技术优势，值得应用和推广。