王廷煜

（上海江柘环境工程技术有限公司，上海200000）

1 工程概述

该项目为某县第二次污水处理厂工程，位于某县横大路中水厂北侧，污水处理规模为1.5 万吨/天，根据集水池容积进行污水厂集水池设计，标准为3 万吨/天，建成后预计每天集水池每部会有1.5 万吨污水。污水设计MBR 工艺系统时，进水水质及对应指标如下所示。考虑到本项目县城其他区域的排水规划，将尾水池、计量槽、紫外线消毒池一次建成。

表1 设计进水水质一览表

表2 出水水质指标一览表

2 污水处理流程设计

2.1 基本流程

该项目的污水处理流程为：污水进入缓冲池后，随后进入均化池、中和池、推流式曝气池、沉淀池，形成污泥和污水。其中，沉淀的污泥进入回流池，再次进入推流式曝气池、沉淀池；不能继续转换的污泥进入污泥缓存池、污泥浓缩池、污泥脱水间。而污水则进入混凝絮凝池、气浮池，经由气浮池变成污泥和污水，污泥进入污泥缓存池、污泥浓缩池、污泥脱水间。污水进入出水调节池，经检测水质达到出水要求，即可排出污水[1]。

2.2 污水处理流程设计图组织结构

污水处理流程主要包括：粗格栅、集水池、细格栅、旋流沉砂池及膜格栅工艺。其中格栅的作用为去除水中的漂浮物、悬浮物；集水池可调节泵的抽水量与来水量之间的平衡性；缺氧池可进行反硝化、除总磷；厌氧池则可去除废水中的有机物质；好氧池将进一步分解有机物质；脱水间可实现泥水分离。本项目采用的标高为国家高程系，以绝对标高1730.9 作为相对标高±0.00，集水池建设规模为3.0m3/d。集水池后1.5 万m3/d 污水排出新建污水处理厂，另有1.5m3/d 污水排入原污水处理厂，尾水一部分排入中水厂清水池，一部分排入截污干管。污水处理之后有效的改善了城市的生活环境，起到了平衡生态环境、保护流域水质的作用（图1）。

3 MBR 工艺系统

3.1 系统构成

MBR 工艺又被称之为膜生物反应器，主要由膜分离系统和生物系统两部分组成，结合膜分离技术和悬浮培养生物处理法对污水进行处理。

3.2 工艺系统分类与形式选择

3.2.1 MBR 工艺系统分类。a.分置式和一体式。MBR 工艺系统按照膜生物反应器主要分为一体式和MBR 两种。分置式MBR 工艺能够在生化系统之外放置膜组件，将这些膜组件全部集中到一个膜池的内部，这种膜组件的分组较为明确，能够独立的进行在线反洗，检修较为方便。当膜组件检修或者在线反洗的时候不影响污水厂的正常运行。一体式MBR 应用时，在生化系统的内部放置膜组件，相较于分置式MBR 工艺而言，一体式MBR 工艺的优点为占地面的较小，减少曝气的能耗。缺点为膜组件配套管路敷设难度较高，无法实现在线原位清洗，膜组件维护难度大。b.正压式和负压式。按照过滤推动方式对进行分类，MBR 工艺系统可以分为负压式（浸没式）和正压式两种类型，应用正压式MBR 工艺系统期间，采用管式膜对污水进行过滤处理，运用料液循环对污水进行净化处理，在压力的作用下，生物反应器内部的混合液会进入到膜组件的内部这个过程进行持续增压处理，大分子物质、淤泥等都会被膜过滤出来，这种MBR 工艺系统的优先为运行稳定性较高，出水水质高，操作流程较为简单，膜组件的清洗操作较为便捷。但是，这种类型的污水处理工艺消耗的动力较高，同时这种超滤设备的处理能力低，在大量水力负荷的城市污水厂中，应用这种超滤设备会大量增加设备的投资成本，不利于污水厂的建设。应用负压式对污水进行处理，采用的一般为浸没操作方式，运行过程中消耗的能源较低，可以考虑不采用模架[2]。3.2.2 MBR 工艺系统形式选择。针对各类工艺系统内部流程展开分析，通过对比其工艺内容，选择出最合适本项目的工艺系统方案：a.A2O-MBR 工艺内部流程：厌氧→缺氧→好氧→膜池或缺氧→厌氧→好氧→膜池，进水方式为厌 氧 单 点 进 水或厌氧、缺 氧两点进水；b.A2O/A-MBR工艺内部流程为厌氧→缺氧Ⅰ→好 氧→缺氧Ⅱ→膜池，进水方式为厌氧、缺氧Ⅰ两点进水；c.A/A2O-MBR 工艺内部流程为厌氧→缺氧Ⅰ→缺 氧Ⅱ→好氧→膜池，进水方式为厌氧、缺氧Ⅰ两点进水；d.3AMBR 工艺内部流程为缺氧Ⅰ→厌氧→缺 氧Ⅱ→好氧→膜池，进水方式为缺氧Ⅰ、厌氧两点进水；e.A/A2O-MBR 工艺内部流程为缺氧Ⅰ→厌氧→缺 氧Ⅱ→好氧→膜池，进水方式为缺氧Ⅰ、厌氧两点进水。综上，对上述MBR 工艺系统形式的工艺流程和进水方式进行对比，根据MBR 工艺出水水质，该项目进水水质、水量波动和进水水质、气候条件，选择了处理效果突出、稳定性强且便于管理的A2O 及其变形强化工艺作为该项目的污水处理工艺。

图1 粗格栅、集水池、细格栅、旋流沉砂池及膜格栅工艺剖面图

图2 厌氧池、缺氧池、好氧池、膜池、清水池、综合设备间综合单体工艺剖面图

4 MBR 工艺生化系统参数设计

4.1 污泥

在该项目污泥处理过程中，主要对污水进行泥水分离处理，采用的处理方式为膜。传统的活性淤泥对污水进行处理，污泥本身有着MLSS 值较高的特点，但是，实际应用过程中经常会出现污水的有机物浓度低于MLSS 的要求，如果采取减少污水排泥的方式保障MLSS 值，会发现MLVSS /MLSS 值偏低整体处于偏低的状态，生化池的内部会出现浮泥的问题，内部的生物活性会大幅度的降低，严重影响污水的处理效果。进行MBR工艺生化系统设计操作，先进行MLSS 值的设定，如果设计参数值与实际MLSS 值相差较多，就会对其他设计参数的准确性造成影响，降低MBR 工艺生化系统的运行效率。该项目中，污泥龄为20d、TSS/BOD 比率1.374 kgTSS/kgBOD5、污泥产率系数1.020 kgMLSS/kgBOD5、干泥量35901.4 kgDS/d。因为生活污水处理时，有机物浓度较高，为此，要采用设定较高的污泥浓度值，以提升去除污水内部有机物的效果，最后该项目的设定值为4500 m3/d。但是，相较于工业废水而言，县区城镇综合污水的进水浓度较低，设定污泥浓度要低于工业废水的污泥浓度[3]。

4.2 水力停留时间

MBR 工艺生活系统的MLSS 较高，设定水力停留时间，采用SRT 方式对生物池的容积进行计算，生物池的容积较小，所需要的水力停留时间较短，硝化和反硝化处理要求较高时，水力停留时间短无法取得预期的效果。基于此，增加MBR 工艺生化系统中的水力停留时间，降低SRT，对膜污染进行有效的控制。

4.3 需氧量与供气量

MBR 工艺生化系统的MLSS 值高于传统的污水处理工艺，处于污水过程中污泥粘滞度和液膜厚度都会出现一定的变化，该项目膜池与好氧池回流泥含有大量12mg/l 溶解氧、可为好氧池提供12mg/l 溶解氧，设定供氧量和需氧量参数过程中，必须要调整生化池内部的CO2等数值。从理论上讲，MBR 工艺生化系统的供氧量要远高于传统污水处理工艺。但是，通过实践可以知道MBR 工艺生化系统的供气量要远小于计算的数值，在对生化池内部的供气量进行分析，在一体式MBR 工艺中，通过跨膜压差的控制，加强膜表面污堵有效的控制，充分提高膜擦洗气量的氧转移效率，这种处理方式会增加生化池内部溶解氧的浓度。在分置式MBR 工艺中，由于MBR 工艺的大回流比，将溶解氧溶度含量很高的混合液回流至生化池，降低生化池曝气风量，同时也保障MBR 工艺生化系统的整体性能。MBR 工艺生化系统进水有机物浓度低于设定值，实际MLSS 值和需氧量都会低于设定参数，供氧量也会低于设定值，将供氧量设定在一定区间内，以便对风量进行控制，需要对鼓风机进行合理的配置[4]。

5 MBR 工艺系统布局与设备设计

基于进出水的水质、各段流态、回流、进水、好氧等考虑，选择以下系统布局方式，选择的设备涉及搅拌器、回流泵、曝气鼓风机等。工艺剖面如图2 所示。

5.1 系统布局

5.1.1 回流方式。MBR 工艺系统布局设计操作时，回流方式设计为重点部分，该项目采用单独设置膜池即分置式膜分离技术对污水进行处理，将污泥回流与硝化回流结合在一起，相较于传统工艺的回流方式而言，这种回流方式的效果更好，回流比更高。但是回流比例较大会对缺氧系统的MLSS 值和DO 浓度造成影响。因此，要对MBR 工艺的回流进行有效的控制，根据消化液回流位置、生化系统形式等选择回流方式。通过采用膜池回流混合液流入到好氧区，再由好氧区回流到缺氧区，以便对污水进行高效的处理。5.1.2 进水。城市污水处理对脱氮和脱磷的要求较高，采用的处理工艺一般为好氧、缺氧和厌氧工艺。选择的进水方式为两点进水方式，在生活池的前端设置分配调节堰和进水分配渠道，污水进入生化池之后，经由分配渠道进入调节堰门，将污水按照一定的比例分配到好氧区和厌氧区，以满足脱氮、磷的要求，根据水质条件放入脱氮和脱磷的碳源，并对碳源进行灵活的调整，保障脱氮、磷的效果。5.1.3 生化池形式。传统的污水处理方式的好氧区和缺氧区形式为长方形的廊道，采用的形式为推流的形式。MBR 工艺系统的好氧区形式为混合形式，这种形式不仅能够提升混合液紊动，还能保障混合液始终处于悬浮的状态，避免污泥颗粒由于剪力的原因出现破碎的问题，好氧区还可以提升曝气设备的充氧速率，采用大比例混液可以快速的对液体进行混合，充分利用膜池内部的DO。为了减少膜池到好氧区、好氧区到缺氧区、缺氧区到厌氧区的回流所消耗的能量。回流泵采用穿墙泵，同时避免回流混合液的短流现象。采用完全混合式的形式。有利于回流的布置，同时可以避免回流液的短流现象。

5.2 设备应用设计

5.2.1 搅拌器。该项目设计MBR 工艺系统时，缺氧区和厌氧区池型与正方形相近，选择的搅拌器为双曲面搅拌器，这种搅拌器本身有着能耗较低的特点，运行过程中采用的搅拌方式为立式环流搅拌方式，能够对池内部均匀搅拌，避免池内出现死角，并且伞型搅拌器水下的位置并没有损耗件，搅拌过程中主体并不会出现挂带物质的情况，搅拌操作过程中并不会出现堵塞状况。5.2.2 回流泵。设计回流泵过程中，要根据回流的位置进行设计，根据不同回流位置选择不同的回流泵。该项目采用的回流泵为穿墙PP 泵，这种回流泵能够在生化系统内部回流，回流泵主要在膜池内部回流。选择回流泵时除了要考虑回流位置外，还要考虑提升方式，MBR 工艺系统为提升方式为前提升就要选择潜水轴回流泵，MBR 工艺系统为后提升方式，选择回流泵为卧式端吸离心泵，和穿墙PP 泵两种。卧式端吸离心泵设置在膜车间的位置，输送的介质一般为污泥，这些污泥的浓度较高，不能采用清水泵输送污泥，采用的一般为污水泵，安装操作过程中采用的方式为干式安装。穿墙PP 泵主要设置在回流泥渠的内部。5.2.3 曝气鼓风机。考虑到MBR 工艺系统内部的变化因素，相较于传统的污水处理工艺而言，MBR 工艺系统生化池气量的变化幅度较大。因此，在选择曝气鼓风机类型时，该项目需要气量调节范围较大的曝气鼓风机，不宜采用多级离心鼓风机，故而采用了空气悬浮式风机，并搭配相应的变频器。另外，选择曝气鼓风机时，要保障鼓风机调节之后机组供气量大于设定的供气量。

6 系统调试与能耗优化分析

6.1 系统调试。6.1.1 系统调试方案。该项目采用的系统调试方案为试水方式、单机调试、单元调试、分段调试、全线连调、压力试验等方式。调试之前，承包人须要提供MBR 工艺系统的所有设备的出厂合格证明，并对设备进行检测，检查橡胶膜等位置存在损伤，没有损伤才可以开展调试工作，建立调试记录和检测档案，整个调配方案的重点为生化单元调试，调试完成后应及时将设备转入试运行，运行结束后方可进行系统交接，自验检测时间为3 天，合格后即可认定为自检合格。

6.1.2 水质对比

表3 出水水质一览表

进水相较于出水水质CODCr、BOD5、SSNH3-N、TN、TP 分别降 低 了290mg/L、144mg/L、170mg/L、33.5mg/L、30mg/L、3.7mg/L，符合相关规定以及出水水质设计指标。

6.1.3 污水处理效果分析。城市的水环境得到了较大的改善，城市污染得到有效治理，城市生态平衡性大幅度提升，优化了某市的投资环境，真正的实现经济可持续发展。

6.2 能耗优化

MBR 工艺系统运行过程中也会消耗大量的能源，该项目污水处理厂运行过程中，能耗来源为曝气风机和回流泵，通过优化曝气风机和回流泵的方式，有效的降低了这两种设备的运行功率。除此之外，还通过优化好氧池、缺氧池、厌氧池布局，采用穿墙泵将污水从缺氧池运输到厌氧池，缺氧池设置为完全混合模式，采用穿墙泵将污水送到回流泵中，完成缺氧池到好氧池的回流，污水通过回流渠回到缺氧池，将好氧池设置为完全混合模式，采用A2O 生物池和MBR 膜池合建的方式，减少好氧池与膜池之间的回流扬程，以降低MBR 工艺系统运行时消耗的能源。

7 结论

在处理城市污水的过程中，通过合理设计MBR 工艺系统，在有效地节约能源、压缩污水处理的占地面积的同时，实现水中有机污染物质高效去除。在设计过程中，重视MBR 工艺系统应用合理性，根据城市布局情况对MBR 工艺系统进行适当调整，优化设备设计，做好系统调试工作，在保障工程有效性的前提下，合理降低MBR 工艺系统运行过程中能源消耗，期望本文撰写可以为类似工程提供一定程度的参考。