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一、工程概况
1.1设计水量及水质
污水处理站处理规模为500m3/d，主要水质见表1。
1.2工艺流程
原水首先通过闸门井后自流入格栅井，截留污水中的漂浮物及大颗粒悬浮物后自流进入调节池，经过调节池后污水被提升到后续处理单元，依次流经厌氧池、缺氧池、MBR膜生物反应池，去除COD、TN和TP。
1.3工艺说明
原水首先通过闸门井后自流入格栅井，污水中的漂浮物及大颗粒悬浮物被截留去除，保护了后续处理单元的正常运行。格栅出水自流进入调节池，调节池具有调节进水水质和水量的作用，使后续单元进水水量和水质能尽可能均匀稳定。调节池中设置潜水搅拌机，防止悬浮物过度沉积。经过调节池后污水被提升到后续处理单元，依次流经厌氧池、缺氧池、MBR膜生物反应池。在厌氧池的厌氧条件下，聚磷菌吸收能快速降解的有机物，同时将体内的磷释放出来，为后续超量磷吸收做准备；在缺氧池内，反硝化菌将后续MBR好氧单元混合回流液中的亚硝酸盐、硝酸盐转化成氮气排除，实现污水脱氮，同时降解一部分有机物；在MBR生物反应池内悬浮态活性污泥在好氧条件下，通过新陈代谢作用，将污水中剩余有机污染物彻底分解为二氧化碳和水，氨氮转化为硝酸盐、亚硝酸盐，聚磷菌超量吸收磷，通过剩余污泥排放将磷从污水中去除。为了确保出水中总磷指标达标，还设置了辅助化学除磷设备，将除磷剂投加到污水中使磷形成不溶性沉淀物随剩余污泥排放而去除。经过MBR生物反应单元后，污水中绝大部分污染物已经被去除，通过MBR膜的过滤作用，将微生物和其它悬浮物完全截留，实现泥水分离。透过膜的清水由抽吸泵抽取达标排放。剩余污泥暂时排入储泥池，定期外运处置。
1.4各构筑物出水情况
污水处理站稳定运行后，随机取水样进行化验，得出各构筑物处理水质见表2。
1.5运行成本
污水处理站运行成本主要由电费、药剂费和人工费构成，根据实际运行情况，每天电费约0.63元/吨水，人工费每天0.08元/吨水，药剂费每天0.08元/吨水，该处理站每天实际运行费用为0.79元/吨水。
二、工艺对比
本方案工艺设计之初考虑的工艺有A2/MBR（O）工艺、氧化沟工艺、SBR工艺和A2/O工艺，经多方比较后，得出以下结论：首先，本次连片整治的污水治理主要采用生物处理工艺。而所选择的生物处理工艺不但要有很好的有机污染物去除能力，还需具有良好的脱氮除磷效果。其次，对于处理规模较大、用地紧张的民福家园污水处理站（500m3/d），需要采用构筑物和建筑物少，占地省，体积小（由此也能减少土建投资）的有动力高效生物处理工艺；最后，由于工期比较紧，且施工期内降雨较多，所选工艺需尽量减少土建工程量。目前，同时具有有机物去除和除磷脱氮功能的有动力生化处理工艺主要有氧化沟系列工艺、SBR系列工艺、A2/O工艺以及MBR工艺。总体原理都是利用聚磷菌在厌氧条件下，吸收快速降解有机物的同时，将体内的磷释放出来，然后在好氧条件下，实现磷的超量吸收，通过排出剩余污泥实现磷的去除；通过硝化菌在好氧条件下，将氨氮转化成亚硝酸盐、硝酸盐，然后通过反硝化菌在缺氧条件，吸收有机物的同时将亚硝酸盐、硝酸盐转化成氮气排出，实现氮的去除；有机污染物在厌氧、缺氧、好氧条件下，通过微生物的新陈代谢作用得以去除。
2.1氧化沟系列工艺
氧化沟是活性污泥法的一种变型，其曝气池呈封闭的沟渠型，所以它在水力流态上不同于传统的活性污泥法，它是一种首尾相连的循环流曝气沟渠，污水流入其中通过活性微生物的代谢作用得到净化。氧化沟的脱氮除磷功能，通常是主要是利用沟内溶解氧分布的不均匀性，通过合理的设计，使沟中产生交替循环的好氧区和缺氧区，厌氧区（或另设厌氧释磷池），从而达到脱氮除磷的目的。目前较为流行的氧化沟有多种形式，如：Carrousel氧化沟、双沟、三沟式氧化沟及Orbal多环型氧化沟等。氧化沟一般由沟体、曝气设备、进出水装置、导流和混合设备组成，沟体的平面形状一般呈环形或圆形，沟端面形状多为矩形，通常采用二沉池进行泥水分离。氧化沟的水力停留时间长，有机负荷低，其本质上属于延时曝气系统。一般主要设计参数为：活性污泥浓度：≈1500-3000mg/L；水力停留时间：>20小时（有脱氮要求时）；容积负荷：0.1－0.3kgBOD5/(m3.d)。氧化沟具有出水水质好、抗冲击负荷能力强等优点。但是，由于好氧区、缺氧区和厌氧区同处一沟中，各自的体积和溶解氧浓度会因进水浓度和日常操作的变化很难准确地加以控制，因此，对脱氮除磷的效果有限，控制不好也容易发生污泥膨胀，泡沫较多，污泥上浮等问题。氧化沟工艺由于其容积负荷偏低，水力停留时间很长，虽然抗冲击负荷能力强，但也付出生化反应池容积比其他活性污泥法通常高出1倍以上的代价，土建工程量大，土建费用高。另外，氧化沟工艺一般都应用于日处理量在万吨以上的大型市政及工厂污水处理工程中，小型污水处理工程中很少应用。
2.2SBR系列工艺
SBR是序列间歇式活性污泥法（SequencingBatchReactorActivatedSludgeProcess）的简称，是一种按间歇曝气方式运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法，其改造形式有CASS、CAST等，通常用于中小型污水处理设施。生化处理过程：污水分批注入反应池，然后按顺序进行反应、沉淀，处理水（上清液）分批排出，然后进入闲置阶段，完成一个处理过程，以上五个阶段间歇交替运行，按时间编程自动控制的周期循环往复。进水初期，由于没有向系统供气，混合液中游离氧和残留在池内的游离氧首先被消耗，系统由缺氧状态转为厌氧状态。曝气初期，系统供氧不足，加之在静沉、排水、闲置阶段并未供氧，系统处于缺氧阶段。在曝气反应阶段，大量的氧气注入反应池（维持溶解氧在2～4mg／L之间），系统处于好氧阶段。在运行过程中厌氧、缺氧和好氧状态交替出现，有机污染物通过活性微生物代谢作用得以去除，同时实现脱氮除磷。SBR工艺运行的周期时长依负荷及出水要求而异，一般为4-12小时，具有脱氮除磷要求是通常为8小时，每天运行3个周期。SBR池形状以矩形为主，水深4～6米，排水时，为了不扰动沉淀污泥，通常滗水深度为总水深的1/3，则SBR水池容积与日处理污水量体积相当（如民福家园污水日处理量500m3，SBR水池有效容积就需500m3）。SBR工艺运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，效率高；池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击；反应、沉淀在一个水池内完成，结构紧凑。但有脱氮除磷要求时，SBR工艺也存在水力停留时间长，池容大，运行步骤多，电动阀门多的特点。由于排水时间短，且排水时要求不搅动沉淀污泥层，需要专门的排水设备（滗水器），因此，对滗水器的要求也很高。虽然SBR工艺的泥水分离是在比氧化沟工艺更理想的静止沉淀条件下进行的，但毕竟仍是重力沉淀方式，出水水质受制于污泥自身的沉淀性能，且出水悬浮物浓度高（通常>20mg/L），还需辅设机械过滤器等过滤装置，建设反冲洗水池，增加水泵，风机等反冲洗设备，进行深度处理。
2.3A2/O系列工艺
A2/O工艺亦称A-A-O工艺，按实质意义来说，本工艺称为厌氧-缺氧-好氧法生物脱氮除磷工艺。A2/O工艺是流程最简单，应用最广泛的脱氮除磷工艺。污水首先进入厌氧池，兼性厌氧菌将污水中的易降解有机物转化成VFAs。回流污泥带入的聚磷菌将体内的聚磷分解，此为释磷，所释放的能量一部分可供好氧的聚磷菌在厌氧环境下维持生存，另一部分供聚磷菌主动吸收VFAs，并在体内储存PHB。进入缺氧区，反硝化细菌就利用混合液回流带入的硝酸盐及进水中的有机物进行反硝化脱氮，接着进入好氧区（传统活性污泥法），聚磷菌除了吸收利用污水中残留的易降解BOD外，主要分解体内储存的PHB产生能量供自身生长繁殖，并主动吸收环境中的溶解磷，此为吸磷，以聚磷的形式在体内储存。污水经厌氧、缺氧区，有机物分别被聚磷菌和反硝化细菌利用后浓度已很低，有利于自养的硝化菌的生长繁殖。最后，混合液进入沉淀池，进行泥水分离，上清液作为处理水排放，沉淀污泥的一部分回流厌氧池，另一部分作为剩余污泥排放。本工艺在系统上可以称为最简单的同步脱氮除磷工艺，流程短，运行稳定。厌氧、缺氧、好氧池分离，易于控制其各自运行状态，脱氮除磷效果好。该工艺处理效率一般能达到：BOD5和SS为90%-95%，总氮为70%以上，磷为90%左右。但A2/O工艺也存在如下各项的待解决问题，如：传统的A2/O工艺污泥增长有一定的限度，不易提高，除磷脱氮效果难于再行提高；传统的A2/O工艺好氧单元为普通活性污泥法，污泥浓度低（1500～3000mg/L），容积负荷小，导致水池池容大，土建费用高；泥水分离采用重力沉淀方式在二沉池中进行，出水水质也受制于污泥自身的沉降性能，且出水悬浮物浓度高（通常>10mg/L），还需辅设机械过滤器等过滤装置，建设反冲洗水池，增加水泵，风机等反冲洗设备，进行深度处理。
2.4A2/MBR（O）工艺
A2/MBR（O）工艺在普通A2/O工艺中引入MBR膜生物反应器，利用膜分离替代二沉池进行固液分离，污水处理效果不受污泥性状（例如污泥膨胀现象）和外界因素影响。出水细菌、悬浮物和浊度接近于零，微生物浓度（可达8000mg/L以上）、容积负荷高，占地面积小，土建费用少，污泥产量小。由于膜技术的引入，一方面，悬浮物被完全截留，磷随出水悬浮物流失的渠道被彻底切断，磷的去除效果大为改善，且效果稳定，即使采取化学除磷措施，也不必再另设沉淀池；另一方面，可同时实现水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）的分别控制，互不干扰，短水力停留时间和长污泥停留时间的状态可以并存，这有助于长世代周期的硝化菌和其它分解难降解有机物的特殊微生物的存留和繁殖，进而也有助于这些污染物的去除。由于微生物量稳定且不流失，除磷脱氮效果大为改善。
三、MBR技术优势
MBR污水处理技术有以下几个优点：
1.占地面积小，不受设置场合限制
传统处理工艺（格栅+调节池+厌氧池+缺氧池+好氧池+絮凝池+沉淀池+消毒池）流程较长，占地面积大，而MBR膜生物反应器由于能维持高浓度的微生物量，处理装置容积负荷高，因此占地面积大大节省；该工艺流程简单、结构紧凑、不受设置场所限制，适合于任何场合，可做成地面式、半地下式和地下式。
2.可去除氨氮及难降解有机物
由于微生物被完全截流在生物反应器内，从而有利于增殖缓慢的微生物如硝化细菌的截留生长，系统硝化效率得以提高。同时，可增长一些难降解的有机物在系统中的水力停留时间，有利于难降解有机物降解效率的提高。
3.污泥浓度高，COD、BOD去除效果好
由于膜组件的高效截留作用，将全部的活性污泥都截留在反应器内，使得反应器内的污泥浓度可达到较高水平，案例中的MBR生物反应池内污泥浓度最高时达到12g/L，大大降低了生物反应器内的污泥负荷，提高了对有机物的去除效率。
4.解决了剩余污泥处置难的问题
MBR工艺中，污泥负荷非常低，反应器内营养物质相对匮乏，微生物处在内源呼吸区，污泥产率低，剩余污泥产量很少，SRT得到延长，排除的剩余污泥浓度大，可不用进行污泥浓缩而直接进行脱水，大大减少污泥处置费用。
5.出水效果稳定
MBR工艺由于不用二沉池进行固液分离，从而解决了传统工艺中出现的污泥膨胀问题。
6.操作管理方便，易于实现自动控制
MBR工艺实现了水力停留时间（HRT）与污泥停留时间（SRT）的完全分离，运行控制更加灵活稳定，是污水处理中容易实现装备化的新技术，可实现微机自动控制，从而使操作管理更为方便。
四、浸没式平板膜特点
MBR工艺的核心--膜生物反应器主要采用浸没式平板膜组件。浸没式平板膜组件可以实现膜片之间间隙可控，通过调节组件底部的曝气强度，气水混合物在膜片表面的冲刷作用，很好的清除膜表面的附着物，膜片可单片取出进行清洗，清洗方便。平板膜主要材质为PVDF，材料强度高，在污水中能长期稳定运行，清洗周期可达3个月以上。平板膜组件使用寿命比较长，目前由常州汇恒膜科技有限公司生产的平板膜组件使用寿命能达到8年以上。因此平板膜组件在污水处理中有着极高的技术优势以及性价比。MBR污水处理技术被称为“21世纪的水处理技术”，在我国，MBR技术市场正以80%的年增长率高速发展。随着我国新型城镇化建设的推进，节能减排、污水资源化利用等政策的推行，污水处理及回用倍受关注。MBR污水处理技术以其优质的出水水质被认为是具有较好经济、社会和环境效益的节水技术。在水环境标准日益严格的今天，MBR已显示出其巨大的发展潜力，将是新世纪替代传统废水处理技术的有力竞争者。
作者：陆波 单位：北京汇恒环保工程有限公司 常州汇恒膜科技有限公司