张文华，赵 鹤，索 坤，安 洲，矫忠鹏，刘红波

(1.长春工程学院水利与环境工程学院，长春 130012；2.吉林市七家子污水处理有限责任公司，吉林省 吉林市，132000)

吉林市污水厂二期工程实例

张文华1，赵 鹤1，索 坤2，安 洲1，矫忠鹏2，刘红波1

(1.长春工程学院水利与环境工程学院，长春 130012；2.吉林市七家子污水处理有限责任公司，吉林省 吉林市，132000)

吉林市污水处理厂二期工程采用A2/O活性污泥法+浸没式MBR膜工艺，该工程处理水量为150 000 m3/d，为目前国内日处理污水量较大的MBR工程。该工程自2014年7月运行以来，一直比较稳定，出水水质达到了GB18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级A标准。介绍了该工程采用A2/O+MBR工艺处理城市污水的工艺特点、设计参数、处理效果、运行成本及运行中存在的一些问题。

A2/O；MBR；城市污水；再生回用

我国是一个水资源短缺且水污染现状严重的国家，因此，强化对水污染的治理和污水的再生利用对保护我国水资源具有重要意义。传统的水处理方法无法满足以再生水为目的的污水深度处理要求，所以，必须依靠与膜技术的组合与集成来实现[1]。近年来MBR在国内也进入了实用化阶段[2]。吉林市污水厂分为一二两期工程，其中一期工程设计规模30万t/d，采用A/O活性污泥工艺，出水标准执行国家一级B排放标准。为达到国家环保关于全国城镇污水处理厂出水均要满足国家一级A排放标准的要求，一期工程已在2014年10月开始进行提标改造，将采用MBR工艺对污水进行深度处理，计划2016年上半年全部完成。二期工程则是将A2/O与膜工艺结合起来对生活污水进行处理，并把部分出水作为再生水进行利用。由于吉林市地处松花江流域上游，吉林市的城市污水得到治理，将消除该流域的一个重要污染源，吉林市污水处理厂二期工程的出水水质对保护松花江流域，改善河道水质有着重要的意义，为保证国家对松花江流域污染治理目标的实现起着积极作用。故污水厂的出水水质执行GB18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级A标准[3]。

1 水量及水质

吉林市污水厂二期为目前国内日处理能力最大的采用MBR工艺进行污水处理的工程，日处理污水量达150 000 m3。所处理原水为吉林市江南地区污水系统、中西部地区污水系统、西北部地区污水系统和东部地区污水系统的生活污水和少量工业废水。具体水质见表1。

表1 进水水质及排放标准 单位：mg·L-1

注：括号外数值为水温>12 ℃时的控制指标；括号内数值为水温≤12 ℃时的控制指标。

2 处理工艺及设备

2.1 处理工艺

吉林市污水处理厂进水水质BOD5/CODcr值属于较易生物降解范畴，因此在膜处理工艺前采取生化性的处理工艺。二期工程中BOD5/TN与BOD5/TP比值也适宜采取生物脱氮除磷。但为了确保出水磷的质量浓度小于0.5 mg/L的要求，在深度处理单元采用化学除磷，辅助生物除磷。污水处理工艺流程如图1。

图1 污水处理工艺流程

生活污水经市政污水管网收集进入污水厂，依次通过粗细格栅、曝气沉砂池和精细格栅去除水中的漂浮物、大颗粒的固体废物、泥沙、部分有机物和纤维状物质，完成预处理。经预处理后的污水进入A2/O生物反应池，进行污水的二级处理，该池由厌氧区、缺氧区、兼氧区和好氧区组成。污水依次通过4个区域进行生化处理，并完成有机污染物的降解和氮、磷等的去除，其出水进入MBR膜分离单元，在由好氧池进入MBR膜池的配水渠中投加聚合氯化铝(PAC)进行化学辅助除磷。MBR膜池进水通过抽吸泵实现泥水分离，部分污泥回流至生化系统，MBR出水经紫外线消毒后，再由回用水泵抽送至用水点或直接排放。

2.2 主要构筑物尺寸及设备

1)粗格栅间。尺寸为33.18 m×21.4 m×7.5 m，内置2台钢丝绳牵引式格栅除污机，渠宽2 500 mm，深10.1 m，间隙20 mm，倾角α=75°，N=3.0 kW，用来去除水中大的漂浮物。另配备无轴螺旋输送机1台，Φ=320 mm，L=7 000 mm，N=2.2 kW。无轴螺旋压榨机1台，Φ=300 mm，N=2.2 kW。

2)提升泵房。尺寸为33.18 m×21.4 m×7.5 m(与粗格栅井合建，包括地下19.5 m)，配置4台潜水排污泵(2用2备)，大泵3台(2台变频)，单泵流量为4 062 m3/h，扬程为15 m；小泵1台，流量为2 031 m3/h，扬程为15 m。各泵配合工作将污水提升至后续处理构筑物内。

3)细格栅间。尺寸为11.65 m×23.9 m×15.15 m，内设4台内进流式网板格栅除污机，过水孔径5 mm，渠宽B=2 040 mm，渠深H=1 850 mm，N=1.3 kW，负责拦截水中较小的固体废物。

4)曝气沉砂池。尺寸为21.15 m×17.9 m×4.55 m。设有2套桥式除砂机；4套振动曝气器；罗茨鼓风机3台(2用1备)；砂水分离器2台；沉砂箱，V=0.5 m3，2个，与砂水分离器配套。利用曝气产生的气流分离出污水中的固体无机颗粒，如砂粒等。

5)精细格栅间。尺寸为16.75 m×23.9 m×15.15 m。含6台内进流式网板格栅除污机，过水孔径1 mm，渠宽B=1 600 mm，渠深H=3 100 mm，N=1.7 kW；2台高排水型螺旋压榨机，Φ=500 mm，处理量9 m3/h，N=0.75 kW。主要用来拦截纤维状物质，以免其进入膜—生物反应器而缠绕在膜丝上，造成膜污染而缩短膜的使用寿命。

6)鼓风机房。尺寸为68.6 m×15.7 m×16.1 m。主要设备包括：曝气鼓风机(3用1备)，风量15 000 Nm3/h，风压0.075 MPa，N=450 kW；膜擦洗鼓风机(4用2备)，风量15 300 Nm3/h，风压0.045 MPa，N=250 kW。曝气鼓风机为两侧生物池兼氧段及好氧段曝气，保证生物系统正常工作；膜擦洗鼓风机为两侧膜池曝气，吹脱吸附在膜丝上的污泥。

7)A2/O生物反应池。钢筋混凝土结构，共4座，单座尺寸为100.7 m×68.2 m×3.2 m(地下8.3 m)，每两座为一组，设计有效水深6.2 m。好氧区配有微孔曝气管进行曝气，由鼓风机房提供所需气量。好氧池—缺氧池及缺氧池—厌氧池由潜水导流泵进行混合液回流，回流比分别为300%～400%和100%～200%。在厌氧、缺氧及兼氧池内设有水流推进器进行推流，其中厌氧池4套，缺氧池8套，兼氧池8套。各区水力停留时间为：厌氧区1.5 h，缺氧区3 h，兼氧区1.5 h，好氧区6.5 h，总停留质量浓度时间为12.5 h。混合液污泥质量浓度为4 000 mg/L，污泥龄15 d。大量活性污泥在生物反应池中营造厌氧、缺氧、好氧环境中降解水中污染物，以达到净化水质的目的。

8) MBR膜池及设备间。膜池共2座，单座尺寸为22.35 m×4.60 m×5.2 m。单侧12格，每格8组膜箱。膜池内共计192组微滤膜组件，膜丝孔径0.3 μm，膜材质为PVDF，单组膜面积1 656 m2，单组膜组器目前实际运行产水量为700 m3/d。主要功能是通过膜过滤污水，截留污水中的污染物质，对混合液进行泥水分离。膜池—好氧池混合液由12台潜水导流泵进行回流，回流比为300%～500%。设备间主要用于安装和放置加药设备、膜组器出水系统相关设备及各种管线。

9)紫外线消毒间。尺寸为21.0 m×12.4 m×10.05 m(包括地下13.4 m)。包含2套紫外线消毒系统，单渠道内23组模块，灯管数量总计184根，单根灯管输出后功率大于120 W；3台潜水排污泵(2用1备)，Q=130 m3/h，H=30 m，N=22 kW。处理后的污水进行回用。通过紫外线对污水的照射来杀灭水中的细菌、病毒、寄生虫、原生动物等，达到水净化和消毒的目的。

10)储泥池。尺寸为5.0 m×5.0 m×3.3 m(包括地下3.85 m)，将污泥充分混合，达到污泥性质的均化，以利于污泥的浓缩、脱水。

11)污泥浓缩脱水机房。尺寸为34.47 m×19.75 m×11.32 m。为了保证污泥的脱水效果，在脱水过程中需要投加一定量的药剂(PAM)，降低污泥含水率，减小污泥体积，方便外运。

3 工程运行效果

吉林市污水厂二期工程自2014年7月开始运行。图2～5为2014年7月至2015年6月一年内水质监测结果图形(取每月5日、15日、25日3组监测结果)。

3.1 COD去除效果

二期工程对COD的去除效果如图2所示。首先在厌氧池原污水中的易降解大分子有机物在厌氧菌的作用下部分被转化为挥发性脂肪酸(VFA)被聚磷菌吸收利用；之后进入缺氧池内，在进行反硝化的过程中，也会导致有机物质量浓度的降低[4]；随后进入好氧池，微生物对有机物进一步生化降解，最终进入膜池。由于膜组器内的膜丝孔径小，所以截留了反应池中的微生物，使膜池中的活性污泥质量浓度大幅增加，达到很高的水平。同时可以截留难于降解的大分子有机物，延长其在反应器中的停留时间，有利于提高微生物对污染物的降解能力[2]。由图2可以看出自运行以来，进水COD浓度波动较大，但出水COD浓度优于一级A排放标准(50 mg/L)，对COD的去除率一直稳定在90%以上。

图2 COD去除效果

3.2 SS去除效果

二期工程对SS的去除效果如图3所示。由于膜丝上均匀的分布着无数微米级的小孔径，所以具有高效稳定的截留过滤能力，使得水中悬浮物得到了最大程度的去除，保证了出水悬浮物接近0的优良出水水质。虽然原污水悬浮物质量浓度较高且有波动，但出水悬浮物质量浓度一直稳定在10 mg/L以下，满足一级A排放标准。对悬浮物的平均去除率高达96%。

图3 SS去除效果

3.3 氨氮去除效果

二期工程对氨氮的去除效果如图4所示。在好氧段氨氮在硝化菌的作用下转化成硝氮，氨氮的质量浓度因此显著降低。好氧池产生的大量硝态氮通过内循环，在缺氧池段，反硝化菌利用有机物将混合液中的硝态氮还原为氮气释放到空气中，因此，硝态氮和有机物的质量浓度会大幅度降低[4]。同时，部分氨氮因细胞的同化作用得以去除一部分。此外，因为膜池处于高曝气状态，且通过膜的高效截留作用，全部细菌及悬浮物均被截流在膜池中，可以有效截留硝化菌，避免污泥的流失，使硝化反应顺利进行，强化了对氨氮的去除效果。另外，MBR中过高的污泥质量浓度易于使污泥絮体形成表面好氧、内部缺氧的状态，可在膜池内实现硝化反硝化[5]。由图4看出进水氨氮的质量浓度波动不大，处理后出水中氨氮的质量浓度比较稳定(图4中事故段是由于监测设备故障造成)，满足一级A排放标准(5 mg/L)，氨氮去除率稳定在90%以上。

图4 氨氮去除效果

3.4 总磷去除效果

二期工程对总磷的去除效果如图5所示。在厌氧—好氧过程中，聚磷菌通过厌氧释磷、好氧吸磷[6]

的特性将磷以聚磷酸盐的形式贮藏在菌体内而形成高磷污泥，经过后续的膜池过滤作用将剩余污泥排出系统，因而可获得相当好的除磷效果[4]。连续进水后，由于污水中磷含量较高，为了确保出水磷含量达标，在由好氧池进入MBR膜池的配水渠中向污水中投加聚合氯化铝(PAC)，进行化学除磷，辅助生物除磷工作。通过膜组器过滤得到满足磷排放标准的水质。进水总磷质量浓度有一定的波动，出水磷较稳定，基本满足一级A排放标准(0.5 mg/L)，总磷的去除率在85%左右。

吉林市七家子污水厂二期工程采用A2/O+MBR工艺处理生活污水，出水水质稳定且对各污染物指标都具有很高的去除率，出水水质优于国家一级A排放标准。将二期工程运行后的膜出水水质与GB/T18920—2002《城市污水再生利用—城市杂用水水质》[7]和GB/T18921—2002《城市污水再生利用—景观环境用水水质》[8]标准主要项目的比较，见表2。

图5 总磷去除效果

水质指标COD/(mg·L-1)NH+4—N/(mg·L-1)SS/(mg·L-1)pH浊度/(NTU)二期工程出水<30<1<106.25～7.88<1冲厕≤50≤10≤106.0～9.0≤5洗车≤50≤10≤56.0～9.0≤5绿化≤50≤20≤106.0～9.0≤10道路清扫、消防≤50≤10≤56.0～9.0≤10娱乐性景观≤50≤5≤106.0～9.0≤5

从表2可以看出，二期工程出水水质基本满足城市污水再生水利用的水质标准，出水可直接作为再生水利用。二期工程远期规划10万t/d的再生水项目，届时将对城市道路清洗、城市绿化、景观用水等方面做出重要贡献。

4 膜单元的运行

膜单元利用膜组件对生化反应池内的含泥污水进行抽吸过滤，实现泥水分离。一方面，膜截留了反应池中的微生物，使池中的活性污泥质量浓度大幅增加，达到很高的水平，使降解污水的生化反应进行得更迅速更彻底，另一方面，由于膜的高过滤精度，保证了出水清澈透明，得到高质量的产水。

膜区设置192组膜组器及配套的出水、反洗、清洗、吹扫、吊装等系统。膜组器规格型号见表3。

表3 膜组器参数配置

每个膜组器包含两个吹扫口与一个出水抽吸口，膜组器下部设置专用的吹扫系统。在抽水进行泥水分离的同时由吹扫口进行曝气，吹扫系统时刻进行工作。产水泵按照控制指示运行7 min，停1 min(停1 min的目的是为了更加剧烈地吹扫抖动膜元件，以缓解膜元件周边的污泥累积)，循环往复运行。吹扫(曝气)有两个用途：一是用于膜组件周围的气水及膜组件内部的膜丝振荡，保持膜丝表面清洁，提高膜通量；二是为提供生物降解所需要的氧气。生物降解后的水在滤液自吸泵的抽提作用下通过 MBR 膜组件，滤过液经由 MBR 集水管汇集送到紫外线消毒间，进行杀菌消毒后回用或排放。通过膜截留的污泥通过回流泵进入生物反应池内，剩余污泥通过膜区剩余污泥泵定期排出，可控制系统内活性污泥质量浓度及污泥龄。

随着膜单元的运行，势必会产生膜孔堵塞导致膜渗透量下降或跨膜压差上升的现象等膜污染问题[9]。原污水特性、污泥混合液特性、膜的特性及运行操作条件等很多的因素均能够导致膜污染[10]。膜污染会使水通过膜的阻力增加，过滤性下降，从而使膜通量下降或跨膜压差升高，因此，对膜污染进行清洗是必须的。目前对吉林市污水厂关于膜污染的清洗方式、方法见表4。

表4 膜污染的清洗方式、方法

注：由于在线酸洗会对管线、泵等造成腐蚀危害，所以在线清洗暂不进行酸洗。

当产水单元系统TMP达到-20 kPa，停止产水系统产水抽吸泵，进入在线清洗。另外，为了保证膜组件有良好的膜通量，能持续、稳定地出水，目前水厂对膜组器进行每周1次小洗(10%质量分数的次氯酸钠溶液进行反洗)，每月1次大洗(20%质量分数的次氯酸钠溶液进行反洗)及每年1次的离线人工清洗的定时清洗。

5 工程经济效益分析

该工程总造价4.49亿元，占地8.18公顷(含100 000 m3/d再生水预留用地)。直接运行费用包括电费、药剂费、污泥处理费和人工费。电费为0.48元/m3，药剂费为0.107元/m3，污泥处理费为0.075元/m3，人工费为0.027元/m3，折合成处理每吨污水的直接成本为0.689元(不含离线清洗、折旧、维修等费用)。

6 结语

1)对于以生活污水为主的污水，通过二期工程A2/O活性污泥法+浸没式MBR膜工艺处理后水质满足国家一级A标准，且满足城市污水再生利用的水质标准，膜系统运行稳定。

2)较传统污水处理，采用MBR工艺具有出水水质标准高、品质稳定、对水质水量的变化适应力强、耐冲击负荷强、占地面积小等优势，但运行成本和离线清洗费用较高，并且膜污染问题及低温下膜丝孔径缩小导致的膜通量减少仍是亟待解决的问题。

[1] 张萱，韩异祥.现代膜技术与水处理工艺[M].北京：化学工业出版社，2013.

[2] 黄建元.MBR新工艺设计[M].北京：化学工业出版社，2015.

[3] 国家环境保护总局，国家质量监督检验检疫总局.GB18918—2002城镇污水处理厂污染物排放标准[S].北京：中国环境科学出版社，2003.

[4] 王晓莲，彭永臻.A2/O污水生物脱氮除磷处理技术与应用[M].北京：科学出版社，2009.

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[6] 黄霞，文湘华.水处理膜生物反应器原理与应用[M].北京：科学出版社，2012.

[7] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T18920—2002城市污水再生利用—城市杂用水水质标准[S].北京：中国标准出版社，2002.

[8] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T18921—2002城市污水再生利用—景观环境用水水质标准[S].北京：中国标准出版社，2002.

[9] Meng F，Chae S-R，Drews A，et al.Recent advances in membrane bioreactors (MBRs)：membrane fouling and membrane material[J].Water Res.，2009，43 (6)：1489-1512.

[10] Le-Clech P，Chen V，Fane A G.Fouling in membrane bioreactors used in wastewater treatment[J].J.Membr.Sci.，2006，284 (1-2)：17-53.

The Example of the Second-phase Project of Municipal Wastewater Treatment Plant in Jilin City China

ZHANG Wen-hua，et al.

(SchoolofWaterConservancy&EnvironmentalEngineering，ChangchunInstituteofTechnology，Changchun130012，China)

The second-phase project of Jilin municipal wastewater treatment plant in China uses A2/O activated sludge process + immersion MBR membrane process，and the water content of the project is 150 000 m3/d，which is currently the largest domestic wastewater treatment project in MBR engineering projects.Since the operation of the project in July 2014，the operation has been relatively stable，and the effluent quality reached the standard of A Level of GB18918—2002“Cities Sewage Treatment Plant Pollutant Discharge Standard”.This paper introduces the process characteristics by adopting A2/O+MBR process，and introduces the design parameters，treatment effects，operating cost，and some problems occurred during the operation.

A2/O；MBR；municipal wastewater；regeneration reuse

2016-12-30

国家水体污染控制与治理科技重大水专项(2012ZX0702009-01-02) 吉林省科技厅重点项目(20140101161JC)

张文华(1961-)，男(汉)，河北槀城，教授 主要研究污水处理与资源化利用技术与难生物降解有机物废水处理技术。

10.3969/j.issn.1009-8984.2017.02.019

X799.3

A

1009-8984(2017)02-0077-06