AAO+MBR系統設計要點分析及應用

王睿，張夢竹，王明文，俞凱 (.北京云水浩瑞環境科技有限公司，北京 0095；.北京梅凱尼克環保科技有限公司，北京 00086；.中化學生態環境有限公司，北京 0009)

1 MBR技術簡介

膜生物反應器(membrane bio-reactor，MBR)是現代膜分離技術與傳統生物處理技術有機結合而產生的一種全新的高效污水處理工藝。隨著污水排放標準的提高，MBR技術在污水處理廠的應用越來越廣泛，與傳統固液分離技術相比，該技術能夠高效地進行固液分離，出水水質良好，懸浮物和濁度接近于零，可實現污水資源化利用，是污水處理領域未來發展的主流技術之一。MBR工藝替代了傳統污水處理工藝的二沉池、混凝、過濾等多個處理構筑物，大大減少了對土地的占用。MBR占地僅相當于傳統工藝的1/2～2/3，可顯著節省土地資源［1］。

AAO+MBR組合工藝作為生化段的主體工藝應用較為廣泛，不僅適用于大中型新建、改建污水處理廠，也適用于小型農村污水項目。

2 AAO+MBR系統設計要點分析

AAO+MBR組合工藝與傳統活性污泥法相比，在處理單元配置以及設計參數的選擇上均有所區別，文章結合我公司多個項目的設計及運行經驗，對設計要點進行了總結。

2.1 預處理單元設置

AAO+MBR系統的預處理單元設置對后續MBR工藝具有較大影響，將嚴重影響膜污染性質及狀況。預處理單元一般由粗/細格柵、沉砂池、膜格柵及初沉池組成。沉砂池形式的選擇應根據排水體制、進水水質確定，通常采用曝氣沉砂池或旋流沉砂池。進水碳源較低時，建議采用旋流沉砂池，以減少碳源消耗。膜格柵推薦采用內進流網板格柵，孔隙1 mm以下。初沉池的設置應結合排水體制、進水水質及生物脫氮除磷對碳源的需求等方面綜合考慮。對于進水懸浮物較高，脫氮要求不高的情況可設置初沉池，減少生化單元的負荷。當進水總磷大于10 mg/L時，建議設置初沉池，前置化學除磷，減少膜池除磷劑投加量，減緩膜污染。

2.2 AAO工藝

2.2.1 主要參數的選擇

AAO+MBR系統設計參數的選取應遵循相關規范[2]，同時，結合我公司自主研發的MBR產品性能及運行經驗做適當調整，具體參數如表1所示。

表1 AAO生化池主要設計參數

2.2.2 池型的布置

平面布置的總體原則是流態順暢，滿足設備布置和總圖占地要求，確定好分組。生化段工藝流程的選擇應結合進水碳氮比及脫氮要求確定，可采用AAO或AAOA等多種形式。厭氧與缺氧段池型盡量實現推流器攪拌，節約能耗。同時，充分考慮生化池與膜池的結合，靈活布置。

2.2.3 生化池曝氣量的計算

與MBR工藝連用的AAO生化池，因為膜池回流量較大，回流液中攜帶DO較多，其需氧量較傳統AAO較小，因此需氧量計算時需核減膜池回流液中攜帶的DO，這樣能夠降低鼓風機選型，節約能耗。計算方法建議如下：

式中：CS為膜區溶解氧飽和度(mg/L)；C1為MBR池進水溶解氧濃度(mg/L)；Q為水量(m3/d)；R為膜區污泥回流到好氧區的回流比。

SOR生化用于計算好氧生物池的需氧量，換算成空氣量后用于鼓風機的選型。由于風阻不同，膜池吹掃用風機和生物池曝氣風機應各自獨立，不建議共用。膜吹掃氣量需根據不同膜產品的要求設計，不宜出于保守考慮，設計供氣量過大造成對膜的損傷。

2.3 膜池的設計

2.3.1 膜通量的選擇

我公司污水處理項目中采用的MBR膜組器為我公司自主研發的中空纖維簾式膜組件，該膜組件的特點是中空纖維膜材料由PVDF 樹脂制成，強度高、耐摩擦、壽命長、通量大、抗氧化性能好。膜組件采用超薄型設計，厚度小，膜絲填充密度、膜絲長度和集水管路配置合理。根據來水性質選擇合適的膜通量，平均設計通量為15～25 L/(m2·h)。

2.3.2膜吹掃方式的優化

采用高低曝氣強度相結合的方式，低曝氣強度是一個維持量，使膜組器的膜絲輕微抖動，有效地清除了膜絲表面松散的泥餅層；高強度曝氣以膜絲的碰撞摩擦機理為主導，有效地清除了膜表面上粘性較大的凝膠層。確定最佳高低曝氣強度比，并根據壓力上升速度的大小，自動計算高強度曝氣歷時長短與高低曝氣交互周期。高曝氣強度大、曝氣的歷時短，低曝氣強度小、曝氣歷時長，二者綜合，平均曝氣強度小于恒流量曝氣強度，不但降低了運行能耗，而且有效控制了膜污染。

2.4 鼓風機房通風機的選型

鼓風機房通風設計時應考慮通風散熱問題，除應滿足6次/h換氣次數外，還應滿足散熱要求，根據置換通風系統所需要的新風量進行通風機選型。

置換通風系統所需要的新風量按照以下公式計算[3]：

其中：V為單位時間置換通風最(m3/h)；Q為單位時間鼓風機運轉產生的熱量(J/h)；ΔQ為單位體積的空氣溫差產生的熱值(J/m3)。

Q值可以根據選用風機的電機功率與軸助率的差值與運行時間進行計算。

式中：P為鼓風機電動機功率(kW)；N為鼓風機軸功率(kW)；n為鼓風機工作臺數(臺)。

式中：n為氣體摩爾數(mol，等于)；Cv,m為單位體積空氣摩爾熱容(J/(mol·℃));T2為室外溫度(℃)；T1為室內溫度(℃)。

鼓風機為室內進風的，除應保證以上通風量外，還應滿足風機進風量要求，根據兩者之和確定通風機選型。

3 工程應用案例

河北某市政污水處理廠擴建項目，設計規模為6.0萬 m3/d，按照京津冀一體化建設的需要，擴建后設計出水水質達到北京市地標DB 11/890—2012《城鎮污水處理廠水污染物排放標準》中B 排放限值。設計進出水指標如表2所示。

表2 污水廠設計進出水水質

污水處理工藝流程為“粗格柵及提升泵房+細格柵及爆氣沉砂池+膜格柵+AAOA+MBR+臭氧接觸氧化+消毒”。污泥處理工藝采用板框壓濾機，脫水至60%后外運。

本項目膜格柵采用精度1mm的內進流網板格柵。為強化總氮去除效果，生化段采用AAOA形式。AAO/A—MBR 工藝是一種強化內源反硝化的新型工藝，該工藝利用MBR 內高濃度活性污泥和生物多樣性來強化脫氮除磷效果［4］，其內部流程依次為厭氧、缺氧、好氧、缺氧和膜池。

AAO系統主要設計參數如下：總停留時間：T=16.2 h，其中厭氧池水力停留時間2.0 h，一段缺氧池水力停留時間6.8 h，好氧池水力停留時間5.4 h，二段缺氧池水力停留時間2.0 h；膜池至好氧回流比：500%，好氧至一段缺氧回流比：300%，二段缺氧至厭氧回流比：100%；好氧池MLSS=8.0 g/L。

AAO系統與膜池合建，MBR系統設計參數如下：膜池構筑物尺寸：59.6 m×18.0 m×5.2 m，配置12個系列，每系列膜箱數：6組+2空位，設計膜通量：18.9 L/(m2·h)。膜系統產水泵運行周期為8 min，即過濾7min/停止1min；低曝氣強度55～100 Nm3/(m2·h)，高曝氣強度180～220 Nm3/(m2·h)。

該項目出水各項指標均能夠穩定達標，水質波動較小，也說明了生化反應池高MLSS可保證生物降解的穩定性，提高系統的抗沖擊能力，對污染物的去除率保持在較高水平［5］。

4 結語

文章根據我公司多個項目的實踐經驗，初步分析了AAO+MBR系統的設計要點及鼓風曝氣節能措施，可為今后MBR工藝設計提供參考。通過合理的參數設計及完善的運營維護，AAO+MBR系統將在污水處理廠的提標改造以及村鎮污水治理等領域中得到廣泛的應用。