A2/O-MBR工藝在市政工程中的應(yīng)用分析

膜生物反應(yīng)器（ＭＢＲ）作為一種將膜分離技術(shù)和生物處理技術(shù)結(jié)合而成的新型污水處理工藝，具有占地省，耐沖擊性強(qiáng)，出水水質(zhì)優(yōu)等特點(diǎn)，近年來已在我國市政污水處理領(lǐng)域逐步推廣應(yīng)用。通過介紹Ａ２／Ｏ－ＭＢＲ組合工藝在市政污水處理廠的應(yīng)用實(shí)例，分析其處理效果、工程投入、運(yùn)行成本及效益等方面內(nèi)容，探索ＭＢＲ工藝運(yùn)行關(guān)鍵參數(shù)和控制要點(diǎn)，為具體工程的運(yùn)行提供經(jīng)驗(yàn)參考。
１、材料與方法
１．１工程概況
本文以無錫地區(qū)的一家污水處理廠的實(shí)例工程為研究對象。該廠擴(kuò)建工程采用Ａ２／Ｏ－ＭＢＲ工藝，設(shè)計(jì)處理能力為３０　０００ｍ３／ｄ。污水廠主要處理附近區(qū)域的市政污水及部分工業(yè)廢水，設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)與研究期（２０１２年７月～２０１２年１２月）實(shí)際水質(zhì)見表１。
污水進(jìn)入廠區(qū)后通過格柵、沉砂池等預(yù)處理后重力流入Ａ２／Ｏ生化池，經(jīng)過生化處理后泥水混合液進(jìn)入膜池，通過中空纖維膜分離實(shí)現(xiàn)出水。出水一部分作為中水回用，另一部分排放自然水體，工藝流程如圖１所示。

表１進(jìn)水水質(zhì)

圖１　污水處理工藝流程
１．２控制參數(shù)
Ａ２／Ｏ－ＭＢＲ 工藝的生化池水力停留時(shí)間（ＨＲＴ）為１０．９ｈ，其中厭氧池１．６ｈ，缺氧池４ｈ，好氧池５．３ｈ。缺氧池至厭氧池污泥回流比為１００％，膜池回流至缺氧池回流比為３００％～４００％。研究期內(nèi)，好氧池污泥濃度（ＭＬＳＳ）控制在４０００～６０００ｍｇ／Ｌ，溶解氧（ＤＯ）控制在１～４ｍｇ／Ｌ。
膜組件是Ａ２／Ｏ－ＭＢＲ工藝的核心部件，工程膜系統(tǒng)采用加強(qiáng)型中空纖維膜，膜絲的平均孔徑為０．０４μｍ，平均膜通量２２．２８Ｌ／（ｍ２·ｈ），抗拉伸強(qiáng)度可達(dá)４５ｋｇ。整個(gè)膜系統(tǒng)分為４座膜池，每座膜池含有１０組膜箱，每個(gè)膜箱由４８片超濾膜絲裝配成的元件組成。每個(gè)膜池的１０個(gè)膜箱連接在一起形成一個(gè)膜列，直接與透過液母管連接，透過液母管則通過一個(gè)透過液泵將過濾水抽出。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行通過ＰＬＣ控制，正常產(chǎn)水過程以間隙方式運(yùn)行，產(chǎn)水１１ｍｉｎ，停１ｍｉｎ。
為了防止污染物質(zhì)粘附在膜絲表面，延長膜組件使用年限，系統(tǒng)設(shè)置水反洗和化學(xué)藥劑清洗２種清洗方式，每隔１２ｍｉｎ用出水反沖洗膜絲，耗時(shí)３０ｓ，反沖洗強(qiáng)度３４Ｌ／（ｍ２·ｈ）；每周間隔對膜組件進(jìn)行一次短時(shí)間的酸式、堿式維護(hù)清洗，耗時(shí)約４０ｍｉｎ；每３個(gè)月間隔進(jìn)行一次長時(shí)間的酸式、堿式恢復(fù)性清洗，耗時(shí)約６ｈ。整個(gè)過程均在膜池內(nèi)進(jìn)
行，無需離線清洗。
１．３檢測項(xiàng)目與分析方法
本文研究Ａ２／Ｏ－ＭＢＲ工藝的水質(zhì)處理效果，檢測指標(biāo)有ＣＯＤＣｒ、ＢＯＤ５、總磷（ＴＰ）、氨氮（ＮＨ＋４－Ｎ）、總氮（ＴＮ）、固體懸浮物（ＳＳ）、糞大腸菌群數(shù)等，并在好氧池和膜池分別采樣測量污泥濃度（ＭＬＳＳ），分析方法按照國家標(biāo)準(zhǔn)法。
２、結(jié)果與分析
２．１處理效果分析
２．１．１水質(zhì)處理效果
表２為各項(xiàng)檢測指標(biāo)的處理情況，進(jìn)水ＣＯＤＣｒ和ＢＯＤ５值較低，經(jīng)過處理出水指標(biāo)分別都降至２３ｍｇ／Ｌ和２ｍｇ／Ｌ以下；ＮＨ＋４－Ｎ處理效果較好，因污水經(jīng)過好氧池和膜池的兩次曝氣處理，出水濃度基本都在１ｍｇ／Ｌ以下，去除率在９８％以上。在１１月出水濃度有所偏高，主要是由于冬季進(jìn)水水溫低，硝化菌的活性受到影響，后通過加大曝氣強(qiáng)度，１２ 月降至０．４ｍｇ／Ｌ；ＴＮ 出水基本在１３～１４ｍｇ／Ｌ，難以進(jìn)一步降低，主要原因是進(jìn)水ＢＯＤ５／ＴＮ比低，在１．３～１．９，反硝化效果受到影響；半年間進(jìn)水ＴＰ月均值低于２ｍｇ／Ｌ，出水ＴＰ基本在０．２ｍｇ／Ｌ以下，只有１１月略高，期間廠區(qū)向曝氣池投加除磷藥劑以防進(jìn)水ＴＰ過高；此外，出水ＳＳ均低于檢測限，因?yàn)槟た讖皆冢埃埃础埃保?mu;ｍ，顆粒物基本被截留；每周測定的出水糞大腸菌群數(shù)也未檢出。

表２進(jìn)出水水質(zhì)
說明：ＳＳ出水低于檢測限。
由上述分析可知，出水水質(zhì)不僅能穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（ＧＢ１８９１８－２００２）一級Ａ 標(biāo)準(zhǔn)，還基本達(dá)到了《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（ＧＢ／Ｔ１８９２０－２００２）的要求，部分指標(biāo)優(yōu)于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。
２．１．２剩余污泥處置
由于ＭＢＲ工藝沒有沉淀池，膜池內(nèi)的混合液作為剩余污泥直接進(jìn)入脫水流程。ＭＬＳＳ過低會(huì)給脫水帶來困難，實(shí)際運(yùn)行中膜池ＭＬＳＳ控制在８０００ｍｇ／Ｌ左右。剩余污泥由膜池污泥泵抽出經(jīng)調(diào)節(jié)再采用帶式壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾處理，脫水后外運(yùn)堆肥。出廠污泥含水率均在８０％左右，半年時(shí)間產(chǎn)生污泥約８６００ｍ３。
２．２費(fèi)用分析
２．２．１建設(shè)費(fèi)用
該項(xiàng)工程建設(shè)投資約９３００萬元，其中膜組件費(fèi)用近３０００萬元。折合單位投資３１００元／ｍ３，高于傳統(tǒng)工藝投資１０００～１５００元／ｍ３。因?yàn)槟すに嚤葌鹘y(tǒng)工藝新增膜組件、膜格柵等裝置，常規(guī)的鼓風(fēng)機(jī)、污泥回流泵等設(shè)備數(shù)量也多于傳統(tǒng)工藝，設(shè)備安裝調(diào)試較復(fù)雜。
２．２．２運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用
該工程污水處理的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用約０．９８元／ｍ３，各項(xiàng)費(fèi)用統(tǒng)計(jì)見表３。由表３可知ＭＢＲ工藝主要費(fèi)支出用為電耗，占５７％。因膜擦洗需要額外能耗，強(qiáng)化脫氮除磷的多段回流系統(tǒng)也增加了動(dòng)力消耗。

表３運(yùn)行費(fèi)用統(tǒng)計(jì)
２．２．３藥劑費(fèi)用
藥劑消耗主要為系統(tǒng)碳源投加和膜組件的化學(xué)藥劑清洗２部分。由進(jìn)水?dāng)?shù)據(jù)可知實(shí)際進(jìn)水ＣＯＤＣｒ和ＢＯＤ５濃度偏低，碳源不足，為保證脫氮效果，需要外加碳源。在當(dāng)日出水ＴＮ濃度偏高時(shí)，廠方會(huì)安排人員向系統(tǒng)的缺氧單元投加濃度為９８．５％的冰醋酸以確保出水達(dá)標(biāo)。研究期內(nèi)累計(jì)投加８８２５０ｋｇ，折合噸水藥耗０．０４９元。
化學(xué)藥劑清洗指通過檸檬酸酸洗和次氯酸鈉堿清洗分別清除膜絲表面的有機(jī)、無機(jī)污染物以增加膜絲透水性能，延長組件使用壽命。根據(jù)膜供應(yīng)商提供的清洗方案，每一周間隔進(jìn)行一次維護(hù)性酸洗、堿洗以保持膜的透水性能，酸洗使用濃度為２０００ｍｇ／Ｌ的檸檬酸，堿洗采用濃度為２００ｍｇ／Ｌ的次氯酸鈉；每３個(gè)月間隔進(jìn)行一次高濃度的恢復(fù)性酸洗、堿洗以恢復(fù)膜的透水性能，檸檬酸濃度為２０００ｍｇ／Ｌ，次氯酸鈉濃度為１０００ｍｇ／Ｌ。研究期內(nèi)累計(jì)使用次氯酸鈉３６００Ｌ，檸檬酸１９８０ｋｇ，折合噸水藥耗０．０１４元。在研究期半年內(nèi)膜系統(tǒng)清洗效果良好，組件過膜壓差（ＴＭＰ）值維持在３０ｋＰａ左右的正常水平。在冬季水溫偏低，泥水混合液的粘滯性大，膜絲易污堵，廠方則會(huì)相應(yīng)延長清洗時(shí)間至８ｈ，確保冬季膜組件的清洗效果。
２．３效益分析
２．３．１水處理收費(fèi)
該項(xiàng)工程設(shè)計(jì)期２５ａ，項(xiàng)目投資回收期１５ａ，平均污水處理費(fèi)應(yīng)達(dá)２元／ｍ３才能實(shí)現(xiàn)預(yù)期回報(bào)。區(qū)政府為推廣回用水示范工程，在財(cái)政上給予一定支持，污水處理費(fèi)定為２．３８元／ｍ３，來保證污水廠長期正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
２．３．２回用效益
投產(chǎn)運(yùn)行后，廠區(qū)的生產(chǎn)用水和大部分辦公用水均使用ＭＢＲ出水，自來水用量較投產(chǎn)前節(jié)省近４０％，２０１２年下半年節(jié)約水費(fèi)２．５萬元。２０１２年污水廠與附近的一家企業(yè)正式簽供水合同，每日供水２０００ｍ３作為生產(chǎn)冷卻用水，協(xié)議水價(jià)０．２元／ｍ３，研究期半年內(nèi)回收水費(fèi)７．３萬元，截止目前已累計(jì)供水１５０萬ｍ３，在一定程度上加快投資回收。廠方還與區(qū)政府簽訂協(xié)議，ＭＢＲ出水用于附近園區(qū)道路沖洗和綠化澆灌，已起到良好的示范作用。
２．３．３運(yùn)行節(jié)能
本工程電耗費(fèi)用０．５６元／ｍ３，較常規(guī)城市污水二級處理工藝而言，費(fèi)用較高，如能合理控制曝氣量可以一定程度降低成本。該工藝膜池曝氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)有雙臺(tái)風(fēng)機(jī)曝氣和單臺(tái)風(fēng)機(jī)曝氣兩種模式。采用前者，膜池內(nèi)ＤＯ值經(jīng)常高于８ｍｇ／Ｌ，回流液至缺氧池會(huì)破壞缺氧環(huán)境，影響ＴＮ去除。采用后者可以節(jié)約能耗，但膜擦洗強(qiáng)度不夠易使膜絲堵塞。經(jīng)過長時(shí)間調(diào)試，可根據(jù)季節(jié)不同來調(diào)整曝氣模式。夏季用一臺(tái)風(fēng)機(jī)曝氣就能滿足膜擦洗強(qiáng)度要求。冬季水溫低、污泥粘度大，膜絲易污堵，需要兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，同時(shí)需要降低膜池至缺氧池回流比來保證脫氮效果，還應(yīng)減小好氧池的曝氣強(qiáng)度。廠方采用這種交替的曝氣模式節(jié)約電耗。
３、結(jié)論與建議
１）采用Ａ２／Ｏ－ＭＢＲ工藝處理污水，可使出水穩(wěn)定達(dá)到ＧＢ／Ｔ１８９２０－２００２的要求。出水可用于冷卻、沖洗、澆灌等方面，在緩解水資源短缺方面具有示范作用。
２）ＭＢＲ工藝基建和運(yùn)行成本高于傳統(tǒng)工藝，出水回用能產(chǎn)生效益，優(yōu)化運(yùn)行管理可以降低能耗，是萬噸以上規(guī)模的ＭＢＲ市政工程加快投資回收的關(guān)鍵。
３）膜系統(tǒng)的管理維護(hù)對于ＭＢＲ工藝的運(yùn)行至關(guān)重要。在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，ＭＢＲ 系統(tǒng)全由ＰＬＣ自動(dòng)控制，設(shè)備儀表多出現(xiàn)故障概率大，其中有的故障自控系統(tǒng)中無法顯示難以預(yù)警，需要定期設(shè)備巡檢并制定應(yīng)急預(yù)案。同時(shí)，諸如出水濁度、ＴＭＰ值等關(guān)鍵數(shù)據(jù)則需要實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)異常要及時(shí)排查盡早解決，避免膜組件出現(xiàn)不可恢復(fù)的污堵。此外，水質(zhì)、設(shè)備、人員等因素時(shí)有變化，在運(yùn)行管理過程中不宜完全按照設(shè)計(jì)參數(shù)或供應(yīng)商建議的方案實(shí)施，可在其基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際，探索適合本污水廠發(fā)展的方案。
４）規(guī)模化ＭＢＲ工藝在國內(nèi)推廣應(yīng)用的時(shí)間不長，各污水廠的外部條件、工藝參數(shù)各有不同，可借鑒生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)少。運(yùn)行參數(shù)、水質(zhì)數(shù)據(jù)、能耗藥耗的分析，與傳統(tǒng)污水處理工藝的比較研究，同類工藝污水廠之間的經(jīng)驗(yàn)交流學(xué)習(xí)，對于工程控本節(jié)能有著重要意義。 


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