A²/O-MBR工艺在市政工程中的应用分析
膜生物反应器（ＭＢＲ）作为一种将膜分离技术和生物处理技术结合而成的新型污水处理工艺，具有占地省，耐冲击性强，出水水质优等特点，近年来已在我国市政污水处理领域逐步推广应用。通过介绍Ａ２／Ｏ－ＭＢＲ组合工艺在市政污水处理厂的应用实例，分析其处理效果、工程投入、运行成本及效益等方面内容，探索ＭＢＲ工艺运行关键参数和控制要点，为具体工程的运行提供经验参考。
１、材料与方法
１．１工程概况
本文以无锡地区的一家污水处理厂的实例工程为研究对象。该厂扩建工程采用Ａ２／Ｏ－ＭＢＲ工艺，设计处理能力为３０ ０００ｍ３／ｄ。污水厂主要处理附近区域的市政污水及部分工业废水，设计进水水质与研究期（２０１２年７月～２０１２年１２月）实际水质见表１。
污水进入厂区后通过格栅、沉砂池等预处理后重力流入Ａ２／Ｏ生化池，经过生化处理后泥水混合液进入膜池，通过中空纤维膜分离实现出水。出水一部分作为中水回用，另一部分排放自然水体，工艺流程如图１所示。
表１进水水质
图１ 污水处理工艺流程
１．２控制参数
Ａ２／Ｏ－ＭＢＲ 工艺的生化池水力停留时间（ＨＲＴ）为１０．９ｈ，其中厌氧池１．６ｈ，缺氧池４ｈ，好氧池５．３ｈ。缺氧池至厌氧池污泥回流比为１００％，膜池回流至缺氧池回流比为３００％～４００％。研究期内，好氧池污泥浓度（ＭＬＳＳ）控制在４０００～６０００ｍｇ／Ｌ，溶解氧（ＤＯ）控制在１～４ｍｇ／Ｌ。
膜组件是Ａ２／Ｏ－ＭＢＲ工艺的核心部件，工程膜系统采用加强型中空纤维膜，膜丝的平均孔径为０．０４μｍ，平均膜通量２２．２８Ｌ／（ｍ２·ｈ），抗拉伸强度可达４５ｋｇ。整个膜系统分为４座膜池，每座膜池含有１０组膜箱，每个膜箱由４８片超滤膜丝装配成的元件组成。每个膜池的１０个膜箱连接在一起形成一个膜列，直接与透过液母管连接，透过液母管则通过一个透过液泵将过滤水抽出。整个系统运行通过ＰＬＣ控制，正常产水过程以间隙方式运行，产水１１ｍｉｎ，停１ｍｉｎ。
为了防止污染物质粘附在膜丝表面，延长膜组件使用年限，系统设置水反洗和化学药剂清洗２种清洗方式，每隔１２ｍｉｎ用出水反冲洗膜丝，耗时３０ｓ，反冲洗强度３４Ｌ／（ｍ２·ｈ）；每周间隔对膜组件进行一次短时间的酸式、碱式维护清洗，耗时约４０ｍｉｎ；每３个月间隔进行一次长时间的酸式、碱式恢复性清洗，耗时约６ｈ。整个过程均在膜池内进
行，无需离线清洗。
１．３检测项目与分析方法
本文研究Ａ２／Ｏ－ＭＢＲ工艺的水质处理效果，检测指标有ＣＯＤＣｒ、ＢＯＤ５、总磷（ＴＰ）、氨氮（ＮＨ＋４－Ｎ）、总氮（ＴＮ）、固体悬浮物（ＳＳ）、粪大肠菌群数等，并在好氧池和膜池分别采样测量污泥浓度（ＭＬＳＳ），分析方法按照国家标准法。
２、结果与分析
２．１处理效果分析
２．１．１水质处理效果
表２为各项检测指标的处理情况，进水ＣＯＤＣｒ和ＢＯＤ５值较低，经过处理出水指标分别都降至２３ｍｇ／Ｌ和２ｍｇ／Ｌ以下；ＮＨ＋４－Ｎ处理效果较好，因污水经过好氧池和膜池的两次曝气处理，出水浓度基本都在１ｍｇ／Ｌ以下，去除率在９８％以上。在１１月出水浓度有所偏高，主要是由于冬季进水水温低，硝化菌的活性受到影响，后通过加大曝气强度，１２ 月降至０．４ｍｇ／Ｌ；ＴＮ 出水基本在１３～１４ｍｇ／Ｌ，难以进一步降低，主要原因是进水ＢＯＤ５／ＴＮ比低，在１．３～１．９，反硝化效果受到影响；半年间进水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，期间厂区向曝气池投加除磷药剂以防进水ＴＰ过高；此外，出水ＳＳ均低于检测限，因为膜孔径在０．０４～０．１０μｍ，颗粒物基本被截留；每周测定的出水粪大肠菌群数也未检出。
表２进出水水质
说明：ＳＳ出水低于检测限。
由上述分析可知，出水水质不仅能稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（ＧＢ１８９１８－２００２）一级Ａ 标准，还基本达到了《城市污水再生利用城市杂用水水质》（ＧＢ／Ｔ１８９２０－２００２）的要求，部分指标优于规范标准。
２．１．２剩余污泥处置
由于ＭＢＲ工艺没有沉淀池，膜池内的混合液作为剩余污泥直接进入脱水流程。ＭＬＳＳ过低会给脱水带来困难，实际运行中膜池ＭＬＳＳ控制在８０００ｍｇ／Ｌ左右。剩余污泥由膜池污泥泵抽出经调节再采用带式压滤机进行压滤处理，脱水后外运堆肥。出厂污泥含水率均在８０％左右，半年时间产生污泥约８６００ｍ３。
２．２费用分析
２．２．１建设费用
该项工程建设投资约９３００万元，其中膜组件费用近３０００万元。折合单位投资３１００元／ｍ３，高于传统工艺投资１０００～１５００元／ｍ３。因为膜工艺比传统工艺新增膜组件、膜格栅等装置，常规的鼓风机、污泥回流泵等设备数量也多于传统工艺，设备安装调试较复杂。
２．２．２运行维护费用
该工程污水处理的运行维护费用约０．９８元／ｍ３，各项费用统计见表３。由表３可知ＭＢＲ工艺主要费支出用为电耗，占５７％。因膜擦洗需要额外能耗，强化脱氮除磷的多段回流系统也增加了动力消耗。
表３运行费用统计
２．２．３药剂费用
药剂消耗主要为系统碳源投加和膜组件的化学药剂清洗２部分。由进水数据可知实际进水ＣＯＤＣｒ和ＢＯＤ５浓度偏低，碳源不足，为保证脱氮效果，需要外加碳源。在当日出水ＴＮ浓度偏高时，厂方会安排人员向系统的缺氧单元投加浓度为９８．５％的冰醋酸以确保出水达标。研究期内累计投加８８２５０ｋｇ，折合吨水药耗０．０４９元。
化学药剂清洗指通过柠檬酸酸洗和次氯酸钠碱清洗分别清除膜丝表面的有机、无机污染物以增加膜丝透水性能，延长组件使用寿命。根据膜供应商提供的清洗方案，每一周间隔进行一次维护性酸洗、碱洗以保持膜的透水性能，酸洗使用浓度为２０００ｍｇ／Ｌ的柠檬酸，碱洗采用浓度为２００ｍｇ／Ｌ的次氯酸钠；每３个月间隔进行一次高浓度的恢复性酸洗、碱洗以恢复膜的透水性能，柠檬酸浓度为２０００ｍｇ／Ｌ，次氯酸钠浓度为１０００ｍｇ／Ｌ。研究期内累计使用次氯酸钠３６００Ｌ，柠檬酸１９８０ｋｇ，折合吨水药耗０．０１４元。在研究期半年内膜系统清洗效果良好，组件过膜压差（ＴＭＰ）值维持在３０ｋＰａ左右的正常水平。在冬季水温偏低，泥水混合液的粘滞性大，膜丝易污堵，厂方则会相应延长清洗时间至８ｈ，确保冬季膜组件的清洗效果。
２．３效益分析
２．３．１水处理收费
该项工程设计期２５ａ，项目投资回收期１５ａ，平均污水处理费应达２元／ｍ３才能实现预期回报。区政府为推广回用水示范工程，在财政上给予一定支持，污水处理费定为２．３８元／ｍ３，来保证污水厂长期正常运转。
２．３．２回用效益
投产运行后，厂区的生产用水和大部分办公用水均使用ＭＢＲ出水，自来水用量较投产前节省近４０％，２０１２年下半年节约水费２．５万元。２０１２年污水厂与附近的一家企业正式签供水合同，每日供水２０００ｍ３作为生产冷却用水，协议水价０．２元／ｍ３，研究期半年内回收水费７．３万元，截止目前已累计供水１５０万ｍ３，在一定程度上加快投资回收。厂方还与区政府签订协议，ＭＢＲ出水用于附近园区道路冲洗和绿化浇灌，已起到良好的示范作用。
２．３．３运行节能
本工程电耗费用０．５６元／ｍ３，较常规城市污水二级处理工艺而言，费用较高，如能合理控制曝气量可以一定程度降低成本。该工艺膜池曝气系统设计有双台风机曝气和单台风机曝气两种模式。采用前者，膜池内ＤＯ值经常高于８ｍｇ／Ｌ，回流液至缺氧池会破坏缺氧环境，影响ＴＮ去除。采用后者可以节约能耗，但膜擦洗强度不够易使膜丝堵塞。经过长时间调试，可根据季节不同来调整曝气模式。夏季用一台风机曝气就能满足膜擦洗强度要求。冬季水温低、污泥粘度大，膜丝易污堵，需要两台风机，同时需要降低膜池至缺氧池回流比来保证脱氮效果，还应减小好氧池的曝气强度。厂方采用这种交替的曝气模式节约电耗。
３、结论与建议
１）采用Ａ２／Ｏ－ＭＢＲ工艺处理污水，可使出水稳定达到ＧＢ／Ｔ１８９２０－２００２的要求。出水可用于冷却、冲洗、浇灌等方面，在缓解水资源短缺方面具有示范作用。
２）ＭＢＲ工艺基建和运行成本高于传统工艺，出水回用能产生效益，优化运行管理可以降低能耗，是万吨以上规模的ＭＢＲ市政工程加快投资回收的关键。
３）膜系统的管理维护对于ＭＢＲ工艺的运行至关重要。在实际生产运行中，ＭＢＲ 系统全由ＰＬＣ自动控制，设备仪表多出现故障概率大，其中有的故障自控系统中无法显示难以预警，需要定期设备巡检并制定应急预案。同时，诸如出水浊度、ＴＭＰ值等关键数据则需要实时监控，当出现异常要及时排查尽早解决，避免膜组件出现不可恢复的污堵。此外，水质、设备、人员等因素时有变化，在运行管理过程中不宜完全按照设计参数或供应商建议的方案实施，可在其基础上结合实际，探索适合本污水厂发展的方案。
４）规模化ＭＢＲ工艺在国内推广应用的时间不长，各污水厂的外部条件、工艺参数各有不同，可借鉴生产经验少。运行参数、水质数据、能耗药耗的分析，与传统污水处理工艺的比较研究，同类工艺污水厂之间的经验交流学习，对于工程控本节能有着重要意义。
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