高排放標(biāo)準(zhǔn)下分段進(jìn)水多級(jí)AO+MBR工藝的設(shè)計(jì)

文_蘭令宇 廣州潯峰環(huán)保科技有限公司

1 工程概況

某A污水廠一期工程，包括20萬(wàn)m3/d的污水廠、6萬(wàn)m3/d的再生水廠、300t/d的污泥處置項(xiàng)目。該廢水處理廠基于活性污泥工藝技術(shù)處理來(lái)自鄰地區(qū)的廢水。工廠接受處理的廢水類(lèi)型為純生活廢水。該廠由粗篩、細(xì)篩、沉砂池、曝氣池、澄清池、氯化系統(tǒng)、污泥濃縮器、好氧消化池、污泥濃縮機(jī)和污泥干燥床組成。由于出水標(biāo)準(zhǔn)由《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，提高至《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 11/890-2012）中的A標(biāo)準(zhǔn)（準(zhǔn)Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)）。因此，該污水廠原有工藝稍顯落后，需要進(jìn)一步提升和優(yōu)化。

2 分段進(jìn)水多級(jí)AO+MBR工藝原理及流程

2.1 工藝原理

AO工藝也被稱(chēng)作缺氧好氧工藝法，是一種常見(jiàn)污水處理工藝。該工藝通過(guò)微生物尋找食物的過(guò)程，將復(fù)雜的有機(jī)物質(zhì)分解成簡(jiǎn)單的穩(wěn)定物質(zhì)。該過(guò)程導(dǎo)致從廢水中去除可溶性和懸浮有機(jī)物。在溶解氧存在下，微生物的生長(zhǎng)去除了大部分污染物；反過(guò)來(lái)，原生動(dòng)物生長(zhǎng)并以這些生物為食。由此產(chǎn)生的平衡是在活性污泥浮體中懸浮形式的活培養(yǎng)物。該工藝非常適合去除廢水中的含碳物質(zhì)和硝化作用，主要結(jié)構(gòu)包括一個(gè)曝氣池，在該曝氣池中，廢水與連續(xù)的活性污泥和氧氣充分混合。從該過(guò)程的這一部分，污水進(jìn)入一個(gè)澄清池，沉淀的污泥從凈化水中去除，由返回的活性污泥泵回收。要使該系統(tǒng)正常工作，必須滿(mǎn)足兩個(gè)嚴(yán)格的要求：即曝氣裝置必須能夠?qū)⒀鯕鈴拇髿庵修D(zhuǎn)移到液體中，并將這種氧氣通過(guò)廢水分配到污水處理廠。為加強(qiáng)凈化過(guò)程，提高凈化程度，可在此基礎(chǔ)上通過(guò)串聯(lián)多個(gè)AO，組成分段進(jìn)水多級(jí)AO。在該工藝中，回流污泥從首端進(jìn)入，而污水則按一定比例從每個(gè)缺氧段進(jìn)入。由于工藝從缺氧段進(jìn)水，為前一段好氧區(qū)的硝化液提供反硝化碳源，理論上無(wú)需硝化液回流系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)脫氮功能。

膜生物反應(yīng)器（MBR）是一種結(jié)合生物處理和膜工藝的有前途的技術(shù)。與傳統(tǒng)活性污泥(CAS)相比， MBR工藝具有占地面積小、污泥產(chǎn)量低、維護(hù)成本低、出水水質(zhì)穩(wěn)定，且不受生物反應(yīng)器中的污泥性質(zhì)影響，以及更高的有機(jī)物、營(yíng)養(yǎng)物和持久性有機(jī)污染物去除等優(yōu)點(diǎn)。然而，MBR工藝最顯著的缺點(diǎn)之一是處理過(guò)程中的膜污染。現(xiàn)有研究顯示，膜污染會(huì)降低MBR的水質(zhì)和水量，并使MBR運(yùn)營(yíng)成本增加60%以上。在現(xiàn)實(shí)中，膜污染現(xiàn)象非常復(fù)雜，一般表現(xiàn)為污垢附著/沉積和凝膠/濾餅層的熱力學(xué)過(guò)濾阻力；影響因素包括混合液特性、膜特性、反應(yīng)器的水力條件、操作方式、溫度和生化動(dòng)力學(xué)參數(shù)等。

本次研究深度分析了現(xiàn)有的AO工藝和MBR工藝，發(fā)現(xiàn)在兩種工藝中存在兩處融合點(diǎn)：

其一，活性污泥系統(tǒng)是向污水中添加氧氣的過(guò)程。該系統(tǒng)富含天然存在的氧氣，并涉及攪拌環(huán)境中的污水。污水的流動(dòng)足以產(chǎn)生富氧混合物，無(wú)需人工加氧。攪動(dòng)和攪動(dòng)污水后，使其沉降。沉淀后的污水含有形成小細(xì)菌和有機(jī)體的必要條件。污水被認(rèn)為是活性污泥，當(dāng)這種活性污泥添加到原污水中時(shí)，它會(huì)氧化污水中的有機(jī)固體。它還分離已溶解在污水混合物中的固體，因此它使過(guò)濾更容易。

其二，篩選后的廢水與不同量的回收液混合，其中含有高比例的從二級(jí)罐中取出的生物，它成為一種稱(chēng)為混合液的產(chǎn)品。混合物的下一步是攪拌并注入大量空氣以提供氧氣并使固體保持懸浮狀態(tài)。一段時(shí)間后，混合液流入澄清器，在此沉淀。在此沉降過(guò)程中，部分細(xì)菌被去除，部分清潔的水繼續(xù)流動(dòng)以進(jìn)行額外處理。產(chǎn)生的沉降固體，活性污泥，然后返回第一個(gè)罐再次開(kāi)始該過(guò)程。

2.2 工藝流程

依據(jù)出水要求及排放標(biāo)準(zhǔn)，分段進(jìn)水多級(jí)AO+MBR工藝流程確定為“調(diào)節(jié)池+初沉池+A/O+MBR膜池”。具體如圖1所示。

圖1 分段進(jìn)水多級(jí)AO+MBR工藝流程

3 分段進(jìn)水多級(jí)AO+MBR主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)

3.1 調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池的目的是進(jìn)行水量、水質(zhì)的調(diào)節(jié)均化，保證后續(xù)生化處理系統(tǒng)水量、水質(zhì)的均衡、穩(wěn)定，提高整個(gè)系統(tǒng)的抗沖擊性能和處理效果。在分段進(jìn)水多級(jí)AO+MBR工藝中，調(diào)節(jié)池進(jìn)水廢水與大約 20%～30%（按體積）的活性污泥混合，該方法包括兩個(gè)曝氣階段，并通過(guò)再循環(huán)的活性污泥水進(jìn)行稀釋。經(jīng)過(guò)這樣的稀釋后，廢水中所含的生物毒性物質(zhì)現(xiàn)在處于低濃度狀態(tài)，不再能夠使控制生物降解過(guò)程的細(xì)菌群失活。曝氣后，一定量的活性污泥被循環(huán)利用。稀釋不需要補(bǔ)充清潔水，曝氣池的循環(huán)水已經(jīng)證明是令人滿(mǎn)意的。該系統(tǒng)導(dǎo)致負(fù)載非常高的工廠在運(yùn)行中具有出色的經(jīng)濟(jì)性。在流出的流體中，BOD5和COD分別保持在25和150mg/L以下。

3.2 初沉池

初沉池目的促進(jìn)固體沉降，以在生物處理之前最大限度地減少懸浮顆粒的大小。諸如沙礫和有機(jī)固體等致密物質(zhì)作為“污泥”沉降到水箱底部，其中超過(guò)90%污水進(jìn)料沉積在此處，而密度較低的脂肪、油和油脂作為“浮渣”停留在上部。污泥和浮渣結(jié)合在一起產(chǎn)生污水污泥，然后對(duì)其進(jìn)行額外的處理，例如增稠、好氧硝化和脫水。即為了將池底物生物轉(zhuǎn)化和生物轉(zhuǎn)化為所需產(chǎn)品，可以根據(jù)所用生物體的生長(zhǎng)要求設(shè)計(jì)或制造反應(yīng)器，用于所有類(lèi)型的生物催化，包括酶的產(chǎn)生以及組織、細(xì)胞的生長(zhǎng)。在分段進(jìn)水多級(jí)AO+MBR工藝中，初沉池被設(shè)計(jì)為50,000升圓柱形罐，由不銹鋼和搪玻璃鋼制成，是保持某些參數(shù)，如流速、曝氣、溫度、pH、泡沫控制和攪拌速率，以期為微生物提供了一個(gè)細(xì)致的環(huán)境，以實(shí)現(xiàn)最佳生長(zhǎng)和產(chǎn)生代謝物。為了在需氧、厭氧或連續(xù)厭氧/好氧條件下利用微生物代謝來(lái)利用底物并將其降解為殘留物，所設(shè)計(jì)的初沉池還包括間歇反應(yīng)器、連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器(流量：Q=25m3/h 揚(yáng)程：H=15m功率：N=2.2kW) 和活塞流反應(yīng)器（流量：Q=50m3/h 揚(yáng)程：H=15m功率：N=7.5kW）等。

3.3 AO+MBR膜池

MBR是使用膜過(guò)濾單元將生物質(zhì)與流出物分離的活性污泥組件。MBR使用膜過(guò)濾，不依賴(lài)重力（沉降）來(lái)分離生物質(zhì)和流出物。因此，生物質(zhì)分離所需的時(shí)間和空間不受限制，可以處理更多的水并占用更少的空間。然而，增加的處理能力伴隨著增加的電力成本，因?yàn)樾枰蟮钠貧饽芰图訅翰拍艹浞职l(fā)揮MBR的潛力。為了完成氮和磷的去除，必須在MBR工藝中增加額外的單元工藝。在所設(shè)計(jì)的AO+MBR膜池中，單片膜設(shè)計(jì)面積為25m2；膜元件設(shè)計(jì)數(shù)量為168簾；膜箱設(shè)計(jì)數(shù)量為4，單膜箱設(shè)計(jì)42簾。

4 結(jié)語(yǔ)

廢水中含有大量污染物，包括化學(xué)需氧量(COD)、重金屬、懸浮固體、痕量有機(jī)化合物和各種來(lái)源的毒素，為了安全地回收廢水，有必要確保將污染物徹底清除至當(dāng)?shù)丨h(huán)境機(jī)構(gòu)確定的可接受標(biāo)準(zhǔn)。然而，傳統(tǒng)廢水處理系統(tǒng)中產(chǎn)生的污泥量是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。此外，廢水處理中的挑戰(zhàn)還包括影響處理系統(tǒng)的金屬和化合物的沉積，以及潛在的為了土壤中的鹽分積累。本文所設(shè)計(jì)的分段進(jìn)水多級(jí)AO+MBR工藝，取AO工藝之長(zhǎng)，補(bǔ)MBR工藝之短，實(shí)現(xiàn)了兩者的良性循環(huán)，同時(shí)解決了AO污泥產(chǎn)量高和MBR膜污染等問(wèn)題，具有多種工藝技術(shù)優(yōu)勢(shì)，值得應(yīng)用和推廣。