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一、工程概況
1.1設計水量及水質
污水處理站處理規模為500m3/d，主要水質見表1。
1.2工藝流程
原水首先通過閘門井后自流入格柵井，截留污水中的漂浮物及大顆粒懸浮物后自流進入調節池，經過調節池后污水被提升到后續處理單元，依次流經厭氧池、缺氧池、MBR膜生物反應池，去除COD、TN和TP。
1.3工藝說明
原水首先通過閘門井后自流入格柵井，污水中的漂浮物及大顆粒懸浮物被截留去除，保護了后續處理單元的正常運行。格柵出水自流進入調節池，調節池具有調節進水水質和水量的作用，使后續單元進水水量和水質能盡可能均勻穩定。調節池中設置潛水攪拌機，防止懸浮物過度沉積。經過調節池后污水被提升到后續處理單元，依次流經厭氧池、缺氧池、MBR膜生物反應池。在厭氧池的厭氧條件下，聚磷菌吸收能快速降解的有機物，同時將體內的磷釋放出來，為后續超量磷吸收做準備；在缺氧池內，反硝化菌將后續MBR好氧單元混合回流液中的亞硝酸鹽、硝酸鹽轉化成氮氣排除，實現污水脫氮，同時降解一部分有機物；在MBR生物反應池內懸浮態活性污泥在好氧條件下，通過新陳代謝作用，將污水中剩余有機污染物徹底分解為二氧化碳和水，氨氮轉化為硝酸鹽、亞硝酸鹽，聚磷菌超量吸收磷，通過剩余污泥排放將磷從污水中去除。為了確保出水中總磷指標達標，還設置了輔助化學除磷設備，將除磷劑投加到污水中使磷形成不溶性沉淀物隨剩余污泥排放而去除。經過MBR生物反應單元后，污水中絕大部分污染物已經被去除，通過MBR膜的過濾作用，將微生物和其它懸浮物完全截留，實現泥水分離。透過膜的清水由抽吸泵抽取達標排放。剩余污泥暫時排入儲泥池，定期外運處置。
1.4各構筑物出水情況
污水處理站穩定運行后，隨機取水樣進行化驗，得出各構筑物處理水質見表2。
1.5運行成本
污水處理站運行成本主要由電費、藥劑費和人工費構成，根據實際運行情況，每天電費約0.63元/噸水，人工費每天0.08元/噸水，藥劑費每天0.08元/噸水，該處理站每天實際運行費用為0.79元/噸水。
二、工藝對比
本方案工藝設計之初考慮的工藝有A2/MBR（O）工藝、氧化溝工藝、SBR工藝和A2/O工藝，經多方比較后，得出以下結論：首先，本次連片整治的污水治理主要采用生物處理工藝。而所選擇的生物處理工藝不但要有很好的有機污染物去除能力，還需具有良好的脫氮除磷效果。其次，對于處理規模較大、用地緊張的民福家園污水處理站（500m3/d），需要采用構筑物和建筑物少，占地省，體積?。ㄓ纱艘材軠p少土建投資）的有動力高效生物處理工藝；最后，由于工期比較緊，且施工期內降雨較多，所選工藝需盡量減少土建工程量。目前，同時具有有機物去除和除磷脫氮功能的有動力生化處理工藝主要有氧化溝系列工藝、SBR系列工藝、A2/O工藝以及MBR工藝。總體原理都是利用聚磷菌在厭氧條件下，吸收快速降解有機物的同時，將體內的磷釋放出來，然后在好氧條件下，實現磷的超量吸收，通過排出剩余污泥實現磷的去除；通過硝化菌在好氧條件下，將氨氮轉化成亞硝酸鹽、硝酸鹽，然后通過反硝化菌在缺氧條件，吸收有機物的同時將亞硝酸鹽、硝酸鹽轉化成氮氣排出，實現氮的去除；有機污染物在厭氧、缺氧、好氧條件下，通過微生物的新陳代謝作用得以去除。
2.1氧化溝系列工藝
氧化溝是活性污泥法的一種變型，其曝氣池呈封閉的溝渠型，所以它在水力流態上不同于傳統的活性污泥法，它是一種首尾相連的循環流曝氣溝渠，污水流入其中通過活性微生物的代謝作用得到凈化。氧化溝的脫氮除磷功能，通常是主要是利用溝內溶解氧分布的不均勻性，通過合理的設計，使溝中產生交替循環的好氧區和缺氧區，厭氧區（或另設厭氧釋磷池），從而達到脫氮除磷的目的。目前較為流行的氧化溝有多種形式，如：Carrousel氧化溝、雙溝、三溝式氧化溝及Orbal多環型氧化溝等。氧化溝一般由溝體、曝氣設備、進出水裝置、導流和混合設備組成，溝體的平面形狀一般呈環形或圓形，溝端面形狀多為矩形，通常采用二沉池進行泥水分離。氧化溝的水力停留時間長，有機負荷低，其本質上屬于延時曝氣系統。一般主要設計參數為：活性污泥濃度：≈1500-3000mg/L；水力停留時間：>20小時（有脫氮要求時）；容積負荷：0.1－0.3kgBOD5/(m3.d)。氧化溝具有出水水質好、抗沖擊負荷能力強等優點。但是，由于好氧區、缺氧區和厭氧區同處一溝中，各自的體積和溶解氧濃度會因進水濃度和日常操作的變化很難準確地加以控制，因此，對脫氮除磷的效果有限，控制不好也容易發生污泥膨脹，泡沫較多，污泥上浮等問題。氧化溝工藝由于其容積負荷偏低，水力停留時間很長，雖然抗沖擊負荷能力強，但也付出生化反應池容積比其他活性污泥法通常高出1倍以上的代價，土建工程量大，土建費用高。另外，氧化溝工藝一般都應用于日處理量在萬噸以上的大型市政及工廠污水處理工程中，小型污水處理工程中很少應用。
2.2SBR系列工藝
SBR是序列間歇式活性污泥法（SequencingBatchReactorActivatedSludgeProcess）的簡稱，是一種按間歇曝氣方式運行的活性污泥污水處理技術，又稱序批式活性污泥法，其改造形式有CASS、CAST等，通常用于中小型污水處理設施。生化處理過程：污水分批注入反應池，然后按順序進行反應、沉淀，處理水（上清液）分批排出，然后進入閑置階段，完成一個處理過程，以上五個階段間歇交替運行，按時間編程自動控制的周期循環往復。進水初期，由于沒有向系統供氣，混合液中游離氧和殘留在池內的游離氧首先被消耗，系統由缺氧狀態轉為厭氧狀態。曝氣初期，系統供氧不足，加之在靜沉、排水、閑置階段并未供氧，系統處于缺氧階段。在曝氣反應階段，大量的氧氣注入反應池（維持溶解氧在2～4mg／L之間），系統處于好氧階段。在運行過程中厭氧、缺氧和好氧狀態交替出現，有機污染物通過活性微生物代謝作用得以去除，同時實現脫氮除磷。SBR工藝運行的周期時長依負荷及出水要求而異，一般為4-12小時，具有脫氮除磷要求是通常為8小時，每天運行3個周期。SBR池形狀以矩形為主，水深4～6米，排水時，為了不擾動沉淀污泥，通常潷水深度為總水深的1/3，則SBR水池容積與日處理污水量體積相當（如民福家園污水日處理量500m3，SBR水池有效容積就需500m3）。SBR工藝運行效果穩定，污水在理想的靜止狀態下沉淀，效率高；池內有滯留的處理水，對污水有稀釋、緩沖作用，有效抵抗水量和有機污物的沖擊；反應、沉淀在一個水池內完成，結構緊湊。但有脫氮除磷要求時，SBR工藝也存在水力停留時間長，池容大，運行步驟多，電動閥門多的特點。由于排水時間短，且排水時要求不攪動沉淀污泥層，需要專門的排水設備（潷水器），因此，對潷水器的要求也很高。雖然SBR工藝的泥水分離是在比氧化溝工藝更理想的靜止沉淀條件下進行的，但畢竟仍是重力沉淀方式，出水水質受制于污泥自身的沉淀性能，且出水懸浮物濃度高（通常>20mg/L），還需輔設機械過濾器等過濾裝置，建設反沖洗水池，增加水泵，風機等反沖洗設備，進行深度處理。
2.3A2/O系列工藝
A2/O工藝亦稱A-A-O工藝，按實質意義來說，本工藝稱為厭氧-缺氧-好氧法生物脫氮除磷工藝。A2/O工藝是流程最簡單，應用最廣泛的脫氮除磷工藝。污水首先進入厭氧池，兼性厭氧菌將污水中的易降解有機物轉化成VFAs?；亓魑勰鄮氲木哿拙鷮Ⅲw內的聚磷分解，此為釋磷，所釋放的能量一部分可供好氧的聚磷菌在厭氧環境下維持生存，另一部分供聚磷菌主動吸收VFAs，并在體內儲存PHB。進入缺氧區，反硝化細菌就利用混合液回流帶入的硝酸鹽及進水中的有機物進行反硝化脫氮，接著進入好氧區（傳統活性污泥法），聚磷菌除了吸收利用污水中殘留的易降解BOD外，主要分解體內儲存的PHB產生能量供自身生長繁殖，并主動吸收環境中的溶解磷，此為吸磷，以聚磷的形式在體內儲存。污水經厭氧、缺氧區，有機物分別被聚磷菌和反硝化細菌利用后濃度已很低，有利于自養的硝化菌的生長繁殖。最后，混合液進入沉淀池，進行泥水分離，上清液作為處理水排放，沉淀污泥的一部分回流厭氧池，另一部分作為剩余污泥排放。本工藝在系統上可以稱為最簡單的同步脫氮除磷工藝，流程短，運行穩定。厭氧、缺氧、好氧池分離，易于控制其各自運行狀態，脫氮除磷效果好。該工藝處理效率一般能達到：BOD5和SS為90%-95%，總氮為70%以上，磷為90%左右。但A2/O工藝也存在如下各項的待解決問題，如：傳統的A2/O工藝污泥增長有一定的限度，不易提高，除磷脫氮效果難于再行提高；傳統的A2/O工藝好氧單元為普通活性污泥法，污泥濃度低（1500～3000mg/L），容積負荷小，導致水池池容大，土建費用高；泥水分離采用重力沉淀方式在二沉池中進行，出水水質也受制于污泥自身的沉降性能，且出水懸浮物濃度高（通常>10mg/L），還需輔設機械過濾器等過濾裝置，建設反沖洗水池，增加水泵，風機等反沖洗設備，進行深度處理。
2.4A2/MBR（O）工藝
A2/MBR（O）工藝在普通A2/O工藝中引入MBR膜生物反應器，利用膜分離替代二沉池進行固液分離，污水處理效果不受污泥性狀（例如污泥膨脹現象）和外界因素影響。出水細菌、懸浮物和濁度接近于零，微生物濃度（可達8000mg/L以上）、容積負荷高，占地面積小，土建費用少，污泥產量小。由于膜技術的引入，一方面，懸浮物被完全截留，磷隨出水懸浮物流失的渠道被徹底切斷，磷的去除效果大為改善，且效果穩定，即使采取化學除磷措施，也不必再另設沉淀池；另一方面，可同時實現水力停留時間（HRT）和污泥停留時間（SRT）的分別控制，互不干擾，短水力停留時間和長污泥停留時間的狀態可以并存，這有助于長世代周期的硝化菌和其它分解難降解有機物的特殊微生物的存留和繁殖，進而也有助于這些污染物的去除。由于微生物量穩定且不流失，除磷脫氮效果大為改善。
三、MBR技術優勢
MBR污水處理技術有以下幾個優點：
1.占地面積小，不受設置場合限制
傳統處理工藝（格柵+調節池+厭氧池+缺氧池+好氧池+絮凝池+沉淀池+消毒池）流程較長，占地面積大，而MBR膜生物反應器由于能維持高濃度的微生物量，處理裝置容積負荷高，因此占地面積大大節?。辉摴に嚵鞒毯唵?、結構緊湊、不受設置場所限制，適合于任何場合，可做成地面式、半地下式和地下式。
2.可去除氨氮及難降解有機物
由于微生物被完全截流在生物反應器內，從而有利于增殖緩慢的微生物如硝化細菌的截留生長，系統硝化效率得以提高。同時，可增長一些難降解的有機物在系統中的水力停留時間，有利于難降解有機物降解效率的提高。
3.污泥濃度高，COD、BOD去除效果好
由于膜組件的高效截留作用，將全部的活性污泥都截留在反應器內，使得反應器內的污泥濃度可達到較高水平，案例中的MBR生物反應池內污泥濃度最高時達到12g/L，大大降低了生物反應器內的污泥負荷，提高了對有機物的去除效率。
4.解決了剩余污泥處置難的問題
MBR工藝中，污泥負荷非常低，反應器內營養物質相對匱乏，微生物處在內源呼吸區，污泥產率低，剩余污泥產量很少，SRT得到延長，排除的剩余污泥濃度大，可不用進行污泥濃縮而直接進行脫水，大大減少污泥處置費用。
5.出水效果穩定
MBR工藝由于不用二沉池進行固液分離，從而解決了傳統工藝中出現的污泥膨脹問題。
6.操作管理方便，易于實現自動控制
MBR工藝實現了水力停留時間（HRT）與污泥停留時間（SRT）的完全分離，運行控制更加靈活穩定，是污水處理中容易實現裝備化的新技術，可實現微機自動控制，從而使操作管理更為方便。
四、浸沒式平板膜特點
MBR工藝的核心--膜生物反應器主要采用浸沒式平板膜組件。浸沒式平板膜組件可以實現膜片之間間隙可控，通過調節組件底部的曝氣強度，氣水混合物在膜片表面的沖刷作用，很好的清除膜表面的附著物，膜片可單片取出進行清洗，清洗方便。平板膜主要材質為PVDF，材料強度高，在污水中能長期穩定運行，清洗周期可達3個月以上。平板膜組件使用壽命比較長，目前由常州匯恒膜科技有限公司生產的平板膜組件使用壽命能達到8年以上。因此平板膜組件在污水處理中有著極高的技術優勢以及性價比。MBR污水處理技術被稱為“21世紀的水處理技術”，在我國，MBR技術市場正以80%的年增長率高速發展。隨著我國新型城鎮化建設的推進，節能減排、污水資源化利用等政策的推行，污水處理及回用倍受關注。MBR污水處理技術以其優質的出水水質被認為是具有較好經濟、社會和環境效益的節水技術。在水環境標準日益嚴格的今天，MBR已顯示出其巨大的發展潛力，將是新世紀替代傳統廢水處理技術的有力競爭者。
作者：陸波 單位：北京匯恒環保工程有限公司 常州匯恒膜科技有限公司