五段AO-MBR工艺应用于工业污水处理厂升级改造

摘" " " 要：以某汽车产业园污水处理厂为例，介绍了五段AO-MBR生物池工艺，并在原水重金属离子超标时经过高密度沉淀池工艺进行预处理，当原水生化降解性差导致出水CODCr超标时采用臭氧催化氧化工艺进行处理。工程规模由0.5万m3·d-1升级到1万m3·d-1，处理出水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）一级A标准。

关" 键" 词：污水处理厂；工业废水；升级改造；五段AO-MBR工艺

中图分类号：TQ085" " "文献标识码： A" " "文章编号： 1004-0935（2023）05-0678-04

工业废水具有水质复杂、水质水量变化大的特点，在处理上难度较大。污水处理厂投入使用一段时间后，往往不能满足使用要求，随着水质标准的提高以及污水排放量的增加，使污水处理厂升级改造变得更加迫切。

1" 工程概况

某污水处理厂位于汽车产业园附近，主要收集汽车产业园内的工业废水和周围居民生活用水，混合污水成分较为复杂，如果出水不能达标排放，将严重破坏周围的生态环境。根据《城市污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）及2008年8月1日实施的《辽宁省污水综合排放标准》（DB21/1627—2008），其对城市污水处理厂排放标准要求执行城市污水处理厂排放一级A标准。该污水处理厂进出水水质如" 表1所示。

2" 污水处理厂升级改造

项目改扩建工程规模为1万m3·d-1，其中改造一期0.5万m3/d，新建二期0.5万m3·d-1。

2.1" 二期新建0.5万m3·d-1

2.1.1" 工艺流程确定

本工程可用地面积小且呈三角形的特殊不利条件，本着工艺先进、基建投资省、运行费用低、处理成本少、占地面积少等原则，选用五段AO-MBR工艺作为污水处理厂工程推荐工艺方案。其中，五段AO的最后一段好氧池由MBR池代替。

调节池后设置高密度沉淀池，主要是针对本项目服务范围内存在较多汽车整车及配套企业，当企业排水重金属离子不达标且含有可能对本污水处理厂微生物处理系统造成不良影响时的临时性措施，从汽车涂装及电镀行业排水性质推测可能含有锌、镍、铬等重金属，但具体数值很难预测。

污泥浓缩后，进行二次脱水，采用连续污泥深度脱水机，将污泥含水率降至60%以下，再进行污泥处置。连续深度脱水技术工艺流程如图1所示。消毒部分采用次氯酸钠消毒。

2.1.2" 工艺流程图

工艺流程如图2所示。

2.1.3" 主要处理单元工艺原理及特点

2.1.3.1" 五段AO工艺

在传统的AO及A2O工艺基础上，针对近年来较多遇到的一级A标准下低碳氮比污水的处理问题进行了深入的研究。

五段AO工艺流程是在传统A2O工艺的基础上，增加后置缺氧池和后置好氧池，即A2O+AO工艺。在后置缺氧段补充碳源，进行后置反硝化反应，以解决前段AO工艺因碳源不足或内回流比受限而导致出水TN超标的问题；后置好氧段的功能是处理后缺氧池带来的多余碳源，同时保证好氧出水，防止厌氧反硝化产生气体使二沉池污泥上翻，后好氧段以MBR工艺代替。

刘强[1]采用五段AO-MBBR工艺对某污水处理厂进行提标改造，出水由《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）二级标准提标至一级A标准。

2.1.3.2" MBR工艺

MBR又称膜生物反应器，是一种将生物处理单元和膜分离单元结合到一起的新型水处理技术，在新建和改建污水处理厂中得到了广泛的应用。在市政污水处理领域，通常指固液分离型膜生物反应器，即采用膜将污泥和污水进行分离。近年来，MBR工艺受到广大学者的青睐。

MBR工艺的原理是利用真空泵和产水泵的抽吸作用，因MBR膜的选择透过性，将水和杂质分离实现高效稳定产水。由于MBR膜中空纤维丝的比表面积很大，使微生物附着并大量繁殖，污泥质量浓度能够达到8 000 mg·L-1，工艺处理效率高，抗冲击负荷能力强。同时，由于膜的高效截留作用，泥水分离效果好，截留的活性污泥以400%的回流比回流至缺氧池。MBR膜处理单元不仅对COD和氨氮具有很高的去除率，对非溶解性污染物也具有很好的去除效果，能够使出水水质稳定达标[2]。与传统的生物处理工艺相比，MBR工艺有以下优点：

1）出水水质良好，抗冲击负荷强。MBR工艺能够取代传统活性污泥法中的二沉池，既能进行生化反应，又能进行固液分离，MBR工艺因其膜组件的高效分离作用，出水效果远好于传统二沉池，处理出水浊度和SS低，水质清澈，微生物被大量去除，MBR出水可以直接回用为市政杂用水；由于活性污泥浓度的增大和污泥中优势菌种的出现，提高了生化反应速率；膜组件的高效分离作用也提升了污水厂的抗冲击负荷，在进水水质变化较大的情况下，都能获得稳定良好的出水水质。

2）占地面积小。MBR处理工艺因其占地面积小而备受青睐，尤其是污水处理厂提标改造项目，受场地占地面积限制，很多工艺并不适用，MBR膜组件占地面积小、处理效果稳定良好，在新建和改造项目中应用广泛。

3）剩余污泥产量少。MBR工艺产生的剩余污泥量少，解决了传统生物处理工艺中污泥膨胀的弊端，使得整个工艺流程的操作和管理更加方便[3]。

2.1.3" 主要构筑物参数

1）高密度沉淀池。设计规模Q=5 000 m3·d-1，变化系数为1.2，共2座，单座平面尺寸为" " " " "10.9 m×12.3 m，混合区尺寸为1.5 m×2.0 m" " " ×3.75m，停留时间为5.4 min，絮凝区尺寸为2.5 m×2.5 m×5.0 m，停留时间为15 min，斜管区表面负荷均值为8.2 m3·m-2·h-1，峰值为9.9 m3·m-2·h-1。

2）五段AO-MBR生物池。设计规模为" " " Q=5 000 m3·d-1，变化系数为1.2，数量1座，内分" " 2组，单组池体尺寸为36.1 m×10.15 m×9.0 m（净尺寸），生物池总尺寸为36.1 m×20.8 m×9.0 m（净尺寸），单组有效容积为2 057 m3，总HRT为16.5 h，设计总泥龄为16 d，设计污泥负荷为" " " " " 0.079 kg BOD·（kg MLSS·d）-1，设计硝化污泥负荷为0.02 kgNH3-N·（kg MLSS·d）-1。①厌氧池：池体尺寸为6.0 m×4.0 m×9.0 m（单组净尺寸，下同），有效水深为8.0 m，单池有效容积为192 m3，池子数量为2座（每组池子各1座），HRT为1.5 h。②缺氧池：池体尺寸为6.0 m×5.85 m×9.0 m，有效水深为" "8.0 m，单池有效容积为280.8 m3，池子数量为2座（每组池子各1座），HRT为2.2 h。③好氧池：池体尺寸为10.15 m×12.1 m×9.0 m，有效水深为" "8.0 m，单池有效容积为933.8 m3，池子数量为2座（每组池子各1座），HRT为7.5 h。④后缺氧池：池体尺寸为10.2 m×2.95 m×8.8 m，有效水深为" 8.0 m，单池有效容积为240.72 m3，池子数量为" " "2座（每组池子各1座），HRT为1.9 h。⑤MBR膜池：池体尺寸为17.2 m×6.6 m×4.6 m，有效水深为3.6 m，单池有效容积为408.7 m3，池子数量为2座（每组池子各1座），HRT为3.3 h。

2.2" 原一期0.5万m3·d-1改造

2.2.1" 原一期工艺流程

工艺流程：污水→粗格栅→提升泵房→细格栅间→旋流沉砂池→水解酸化池+→改良A20池→二沉池→深度处理车间（加药+网格絮凝池+斜板沉淀池+盘式微滤机）→紫外线消毒→出水。

2.2.2" 存在问题分析

根据现场踏勘及对本工程一期设计资料、近年实际运行数据等情况分析，对本工程一期存在主要问题分析如下：经对全厂各工艺处理单体进行核算，发现一期主要问题在于一期的深度处理间。本工程一期深度处理间采用机械混凝+斜管沉淀池+纤维转盘滤池，工艺路线设计合理，但深度处理间的斜管沉淀池设计参数超规范。

参考《室外给水设计标准》（GB50013—2018），混凝之后的上流式斜管沉淀池的液面负荷为5.0～9.0 m3·m-2·h-1，但本工程的斜管沉淀池扣除斜管无效区域后的液面负荷核算值为10.2 m3·m-2·h-1，超过了规范值的上限。现场运行人员也反馈当水量达到峰值时出现跑泥等问题。

针对上述问题，加之占地面积受限，因此建议只针对深度处理的混凝沉淀系统进行改造。

2.2.3" 工艺改造方案

1）原一期生化池整体流程（即由水解酸化、厌氧、缺氧、好氧4部分组成的生化处理系统）不变，但固液分离系统由斜管沉淀池改为MBR工艺。

2）原一期生化池出水由新安装的潜污泵输送 至二期新建生化池中的“一期MBR膜池”，共计" " 2组，在膜池中完成固液分离。膜组件出水与二期膜组件出水合并后进入后续处理系统。一期MBR膜池的回流通过重力回流到原一期生化池。

3" 升级改造效果

此项污水处理厂升级改造工程于2020年7月开始动工，2021年1月完成土建工程和设备安装，现已投入使用，处理效果良好，出水能够达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）一级A标准。

4" 能耗指标

满足工艺要求的介质提升设备耗能包括进水提升泵、生物池内回流泵、剩余污泥泵、反冲洗水泵、反冲洗风机等设备耗能。

其他耗能包括维持工艺需氧要求的空气供给设备耗能为鼓风机耗能、使介质免于沉降的搅拌设备耗能、用于污泥浓缩脱水的浓缩脱水机耗能、生活及照明等耗能、通风和用水等耗能。

经计算，本工程电耗为0.36 kW·h·m-3，BOD5电耗为1.80 kW·h·（kg BOD5）-1。本工程年电耗为 131.4万kW·h，折合年总消耗量为161.5 t标准煤。

5" 结束语

本工程充分考虑现有条件和实际情况，在原有构筑物基础上进行改造和扩建，节省建设投资。运行初期出水各项指标均能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）一级A标准。本工程方案合理、经济可行、自动化程度高，为类似升级改造工程起到了良好的借鉴作用。

参考文献：

［1］ 刘强. 五段AO+MBBR工艺应用于污水处理厂提标改造[J].中国给水排水，2019，35（16）：53-57.

［2］ 张静.A/O+MBR工艺在化工废水处理厂改造中的应用[J].广东化工，2022，49（11）：129-131.

［3］ 付骏盛.MBR膜在污水处理中的应用[J].化学工程与装备，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