多級AO+MBR工藝在污水廠提標改造中的應用
——以北京某污水廠為例

高術波

(北京禹冰水利勘測規劃設計有限公司，北京 100161)

1 項目背景

北京市某污水處理廠于2006年建成，2008年9月底通過調試驗收，正式運行，日處理污水量為1.0萬m3/d，污水處理主體工藝為間歇式活性污泥法“CASS工藝”，出水水質執行《城鎮污水處理廠污染排放標準》(GB 18918—2002)中的一級B標準。由于污水廠受納水體為Ⅳ類水體，出水考慮再生水回用，亟需對污水廠進行提標改造，提標后出水水質執行北京市地方標準《城鎮污水處理廠水污染物排放標準》(DB 11/890—2012)中的B標準。

2 進、出水水質

污水廠提標改造前，實際監測數據如表1所示。

表1 改造前進、出水水質Tab.1 Water Quality of Influent and Effluent before Reconstruction

2017年，污水廠進水CODCr為320～539 mg/L，進水NH3-N為53～85 mg/L，出水CODCr為31～91 mg/L，出水NH3-N為0.11～8.75 mg/L。

提標后，設計出水水質：CODCr≤30 mg/L，BOD5≤6 mg/L，SS≤5 mg/L，NH3-N≤1.5 mg/L，TN≤15 mg/L，TP≤0.3 mg/L。

本工程進水水質波動范圍較大，NH3-N和TN較常規市政污水高，本次改造主要圍繞COD、NH3-N及TN的去除進行工藝改進。

3 設計難點及改造思路

根據現場監測數據，污水廠進水COD、NH3-N、TN指標均較高，C/N嚴重失調，CASS工藝出水進一步提高的難度較大，且廠區內已無預留用地。針對上述狀況，為避免廠內大拆大建，綜合考慮污水處理系統運行的穩定性及提標改造建(構)筑物布局的合理性，將原有2組CASS池改造成運行更為穩定的多級AO生化池，在2組CASS池中間空地建MBR膜池，生化主體工藝由原來的CASS工藝改造為多級AO+MBR工藝，最大力度地節省空間占地。

4 工藝流程

污水廠于2018年進行提標改造，提標改造后工藝流程如圖1所示。增加膜格柵處理單元，生化主體工藝由CASS工藝改造為多級AO生化處理工藝，新增碳源加藥裝置，新增MBR工藝單元。

圖1 污水廠提標改造后工藝流程圖Fig.1 Process Flow Chart of the WWTP after Upgrading

5 工藝設計

傳統的AAO+MBR工藝具有很好的去除有機物、NH3-N的能力[1]，基本能將污水中的NH3-N完全硝化，而多級AO生化工藝具有較強的反硝化脫氮功能[2]。多級AO工藝與MBR兩者相結合，更有利于提高生化系統對TN的降解能力，適合低C/N的污水處理，能夠保證出水TN明顯優于其他傳統工藝。

(1)改造前、后平面布置

本次提標改造采用多級AO+MBR工藝，主要集中在原污水廠范圍內進行改造。新建厭氧池、混合液回流池及MBR膜池，新建單元位于原有兩組CASS之間，前缺氧池由原CASS池預反應區改造，前好氧池、后缺氧池、后好氧池均在原CASS池內改造，改造后多級AO生化池和膜池均為2組，對稱布置(圖2)。

圖2 生化系統改造前、后對比Fig.2 Comparison of Biochemical System before and after Reconstruction

(2)生化池設計參數

多級AO+MBR生化池主要由厭氧區、缺氧區、好氧區及膜處理區組成，總停留時間為17.5 h。主要功能為去除污水中的有機污染物、NH3-N、TN、TP等污染物，分為2個系列運行，每系列可單獨運行。

①厭氧區

本次改造厭氧池為新建，每組厭氧池尺寸L×B×H為10.0 m×7.0 m×5.3 m，水力停留時間為1.5 h，DO需控制在0.2 mg/L以下，回流比為100%。

②缺氧區

缺氧區由兩部分組成，分別為前缺氧池和后缺氧池，前缺氧池由CASS池預處理區改造，每組缺氧池尺寸L×B×H為15.0 m×12.0 m×6.0 m，水力停留時間為3.5 h，DO需控制在0.5 mg/L以下，混合液回流比為400%；后缺氧池，每組尺寸L×B×H為15.0 m×4.5 m×6.0 m，水力停留時間為1.5 h，后缺氧區需投加碳源作為電子供體進行反硝化脫氮，從而達到降低出水TN的效果。

③好氧區

好氧區分為前好氧池和后好氧池，前好氧池由CASS池改造，每組好氧池尺寸L×B×H為47.0 m×4.5 m×6.0 m，水力停留時間為8.0 h，氣水比設計值為8∶1；后置好氧區每組尺寸L×B×H為10.0 m×4.5 m×6.0 m，水力停留時間為1.0 h，進一步降解和吸附水中的有機物，使其得到徹底的氧化分解。

④MBR膜池

膜池設計處理規模為1.0萬m3/d，分為2組，每組尺寸L×B×H為20.0 m×9.0 m×5.3 m，膜元件設計通量為15 L/(m2·h)，水力停留時間為2.0 h，氣水比為9∶1，污泥負荷為0.041～0.045 kg BOD5/(kg MLSS·d)。 MBR膜對膠體、懸浮顆粒、濁度、細菌、大分子有機物具有良好的分離去除能力，其產水水質指標穩定可靠[3]。

6 運營狀況分析

本項目污水廠于2018年10月改造完成并投入使用，2019年1月開始滿負荷運行。目前，運營狀況良好，生化系統好氧池MLSS基本維持在7 000～8 000 mg/L，膜池MLSS能達到10 000 mg/L以上，出水水質優于北京市地方標準《城鎮污水處理廠水污染物排放標準》(DB 11/890—2012)中的B標準限值。

對COD的去除效果如圖3所示。由圖3可知，進水CODCr在410 mg/L左右，預處理后出水COD基本能去除10%～20%，系統總出水CODCr基本維持在15 mg/L以下，去除率能達到90%以上。說明，生化系統運行比較穩定，再加上膜池活性污泥濃度較高，更有利于降解生化池難以降解的COD。

圖3 污水廠CODCr的變化Fig.3 Variation of CODCr in WWTP

對NH3-N的去除效果如圖4所示。由圖4所示，進水NH3-N在52 mg/L左右，系統總出水NH3-N基本維持在0.5 mg/L以下，去除率在95%以上。說明，多級AO生化系統對NH3-N的去除率較高，而且處理效果較好。

圖4 污水廠NH3-N的變化Fig.4 Variation of NH3-N in WWTP

對TN的去除效果如圖5所示。由圖5可知，進水TN在65 mg/L左右，系統總出水TN基本維持在15 mg/L以下，去除率在70%以上，而TN主要依靠生化系統反硝化去除，MBR膜對TN基本無截留作用。說明，多級AO生化系統通過兩級缺氧反硝化作用，更有利于加強對TN的去除。

圖5 污水廠TN指標變化情況Fig.5 Variation of TN in WWTP

以上分析表明，多級AO+MBR工藝具有很強的去除有機物和反硝化脫氮能力，抗沖擊負荷能力較強，適用于C/N較低而TN去除要求較高的污水，可以在污水廠提標改造中推廣與使用。

7 運營成本分析

污水廠直接運營費用主要包括：電度電費、人工費、藥劑費、污泥運輸及處理費、膜折舊費及大修費[4]。

本次提標改造后，再生水廠直接運營成本如表2所示。

由表2可知：再生水廠年運行成本為1 008.68萬元，噸水直接運營成本約為2.77元/(t水)。說明，多級AO+MBR工藝運營成本較常規處理工藝稍高，主要原因為電費、膜折舊及大修費用較高，但其占地面積小，可取代常規工藝中的二沉池，出水水質穩定等優點可彌補自身不足。

表2 運營成本分析Tab.2 Analysis of Operation Cost

8 結論

本文主要基于北京市某污水廠提標改造，出水執行北京市地方排放標準的要求，北京市地方排放標準要高于國標排放標準，故本次提標改造經驗可為全國范圍內污水廠的提標改造工程提供借鑒作用。

(1)本工程生化處理工藝由CASS池改造，無需新增占地，充分利用污水廠現有空間，在技術上先進、合理，經濟上可行，可為同類型污水廠提標改造提供借鑒。

(2)多級AO+MBR工藝，具有很強的去除有機物和反硝化去除TN的能力，其污泥濃度高，抗沖擊負荷能力明顯增強，適用于低C/N、TN去除率高的污水。

(3)由于污水廠進水水質波動范圍較大，為保證出水水質穩定達標，需及時調整碳源投加量和PAC除磷計投加量，建議同類污水廠在提標改造過程中增加污水調節池，均衡水質。

(4)本工程提標改造后，隨著運行時間的增加，MBR膜通量衰減，運營能耗有所增加。