绵阳某工业污水厂 MBR 工艺设计与运行效果研究

梓潼县隶属于四川省绵阳市，位于绵阳市东北方。2014年7月设立四川梓潼经济开发区，以食品、轻纺和机械制造为主导产业，兼顾城市副中心功能，包括安置区、城市居住小区和配套公共服务设施。经济开发区目前有1座处理规模为5000 m3/d 的临时污水处理厂，处理规模和出水水质均不能完全满足要求。多余污水排至县城生活污水处理厂，同时又对生活污水处理厂运行造成较大冲击。根据经开区产业布局及环保要求，需新建工业污水处理厂。

1 项目概况

1.1　设计规模及进出水水质

工业污水处理厂位于经开区最南边，与潼江相邻，根据规划，工业污水处理厂一期和二期规模均为2×10⁴m3/d，远期污水处理总能力达到4×10⁴m3/d，其中工业污水量为2.5×10⁴m3/d，生活污水为1.5×10⁴m3/d。本次设计为一期工程，出水水质除TN和NH₃-N 以外，其余均执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）一级A标准，TN≤10mg/L，NH₃-N≤1.5 mg/L。本工程设计进出水水质见表1。

 

1.2　工艺选择及流程

工艺选择需要考虑以下因素：（1）厂区中间有110kV高压线横穿，土地利用率较低（2）BOD5/COD平均值为0.31，生化性较差；（3）工业污水来水水量、水质不均匀，波动幅度大；（4）经开区企业偷排现象较多，对污水厂运行冲击较大；（5）出水TN≤10mg/L，仅靠常规的硝化和反硝化生化处理无法稳定达标。

考虑到污水厂占地面积小、出水水质低，因此考虑选用工艺流程短、处理效果好的A²/O/A+MBR工艺。MBR较高的回流污泥浓度使得生化池池内污泥浓度高，生物池处理能力强、设计池体容积相对减小。经工艺比选，最终确定本工程污水处理工艺流程为：预处理+调节池+水解酸化池+A²/O/A+MBR 池+接触消毒。消毒采用次氯酸钠，污泥采用离心脱水至含水率为80%后外运处置，工艺流程见图 1。

 

2 工程设计

2.1　预处理系统

预处理系统分为3个部分，包括：粗格栅+提升泵房、细格栅+曝气沉砂池、调节池及事故池。

（1）粗格栅+提升泵房。粗格栅设计规模为4×10⁴m3/d，设置2台回转式格栅除污机 ，栅条间隙20mm，主要去除污水中较大的漂浮物。提升泵房近期设置3台潜污泵，2用1备，1台为变频泵，远期增加3台。潜污泵的 Q=600m3/h，H=13.0m，N=45kW。粗格栅和提升泵房为全地下结构。

（2）细格栅+曝气沉砂池 。 设计规模为4×10⁴m3/d，细格栅设置2台循环齿耙格栅除污机，栅条间隙3mm，主要用于截留污水中较小的漂、悬浮物，以保证后续处理流程正常。曝气沉砂池1座分2格，设计停留时间为4min，最大流量时水平流速为 0.08m/s，供气量为 4 m3/min。

（3）调节池、事故池。调节池主要用于调节进水水量与水质，事故池主要用于收集突发性水质和水量激增所产生的污水。调节池一期设置1座，二期增加1座，1座分2格，半地下式结构，设计停留时间为8h，土建尺寸为 53.35m×41.75m×6.7m，潜污泵2用1备，Q=600m3/h，H=9.0m，N=22 kW，2 台变频。

2.2　水解酸化池及膜格栅

（1）水解酸化池。水解酸化池设计停留时间为6h，土建尺寸为44.9m×28.9m×6.7m，主要将有机物厌氧处理过程控制在水解酸化阶段，将大分子难降解有机物分解为简单有机物，提高废水的可生化性。采用多点布水器均匀布水，池内设有酶浮填料，增加微生物量。

（2）膜格栅。膜格栅采用内径流板式膜格栅2套，栅条间隙1mm。格栅渠2条，采用地上式结构，与水解酸化池合建。

2.3 A2/O/A-MBR 系统

（1）A2/O/A 生化池+膜池。生物反应池是本工程的核心处理构筑物，包括厌氧池、一级缺氧池、好氧池、二级缺氧池和膜池。总停留时间13.6h，厌氧区停留时间1.7h，一级缺氧区停留时间2.4h，好氧区停留时间6.5h，二级缺氧区停留时间1.5h，膜池停留时间1.5h，总尺寸为55m×36.5m×7.3m。回流比为：膜池回流至好氧池200%~400%、好氧池回流至一级缺氧池150%~300%、二级缺氧 池至厌氧池100%~200%。污泥设计质量浓度为：膜池10g/L、好氧区和二级缺氧区8.0g/L、一级缺氧区6.0g/L、厌氧区5.3g/L。设计泥龄22d，单位质量MLSS的污泥负荷0.04 kg/（kg·d）（以 BOD5计），生化池气水比为 6.9∶1。膜池共有 8个廊道，并列运行，每个廊道4个膜组器，单组膜面积为1650 m2。设计膜通量≤16 L/（m2·h），膜组件采用中空纤维 PVDF膜，孔径≤0.4 μm。

（2）膜生产车间。膜生产车间主要进行产水、超滤膜反洗。配产水泵 5 台（4 用 1 备），Q 为 210~300m3/h，H=10 m，N=18.5 kW；膜系统过滤周期 ：过滤7 min、空曝气1 min。膜清洗泵 3 台（2 用 1 备），Q=280 m3/h，H=10 m，N=15 kW。膜 吹 扫 鼓 风 机 5 台（4 用 1 备），Q=20 m3/min，风压 60 kPa，N=30 kW；配有次氯酸钠和柠檬酸投加系统。

2.4　消毒与加氯系统

接触消毒池设计停留时间为40min，采用次氯酸钠消毒（投加量为15mg/L），出水可作为厂内中水回用，主要用于加氯、加药、污泥脱水等生产使用，以及厂内绿化灌溉、景观、道路冲洗和建筑冲厕使用。

加氯间1座，配有次氯酸钠发生器2台1用1备，有效氯产量12.5 kg/h。计量泵2台，1 用 1 备，Q=90 L/min，H=8 m，N=0.37 kW。

2.5　污泥脱水与加药系统

（1）污泥脱水车间。污泥脱水车间 1 座。剩余污泥干重为 3.1 t/d，设计进泥含水率 99%，脱水后含水率为 80%。采用离心浓缩脱水一体机 2 台，1 用 1备，水力负荷为 20 m3/h，固体负荷为 195 kg/h。絮凝剂采用聚丙烯酰胺，投加量为 16 kg/d。

（2）加药间。①化学除磷。除磷药剂采用聚合氯化铝（PAC），投加量为 17 mg/L，投加至生化池出水堰处，配比体积分数为 10%。安装隔膜计量泵 3台，2 用 1 备，Q 为 100~300 L/h，P=0.3 MPa，N=0.25 kW。②碳源投加间。考虑进水水质 C/N、BOD5/TP 的比值小于设计值，容易造成出水 TN 不达标，因此需考虑进水碳源不足时，投加乙酸钠作为补充碳源。普遍认为 C/N≥4 时，反硝化完全，本工程设计进水 C/N=2.5，因此需要补充碳源。

乙酸钠投加量 (mg/L ) = ( 4 - CBOD5/CN ) × CN /η，其中：CBOD5为设计进水BOD5，mg/L；CN设计进水TN，mg/L；η 为单位乙酸钠折合成 BOD 的量，取 0.52。乙酸钠最大投加量为 145 mg/L，采用乙酸钠固体溶解后投加，安装一体化乙酸钠制备装置 1 套，制备能力为 2 000 L/h，N=5 kW。

3 设计特点

（1）为了应对工业污水处理厂进水水量和水质的剧烈变化，设置调节池均衡水量和水质，由于缺少进水量变化曲线，因此设计停留时间为8h。为应对突发性进水水质变化和水量激增的情况，设置事故池收集水质超标或多余废水。

（2）采用水解酸化池提高废水可生化性。本工程设计进水B/C仅为 0.31，不利于生物脱氮除磷。采用水解酸化工艺对难降解或大分子有机物进行水解发酵，可以提高污水的B/C。枝江市城西污水处理厂采用水解酸化作为预处理工艺，明显提高了污水的可生化性，运行结果表明停留时间为6h时运行效果最好。

（3）优化设置厌氧池、一级缺氧池、好氧池、二级缺氧池和膜池，强化深度脱氮，形成两级 A/O 串联反应；二级缺氧池实现内源反硝化，节省碳源投加；膜池兼做好氧池，进一步降解有机物和去除氨氮。设置两段配水技术，在运行时将进水灵活地分配到厌氧区和一级缺氧区，为厌氧释磷和反硝化脱氮充分提供碳源，增加系统的灵活性。本工程设置三段回流：第一段膜池污泥回流至好氧池前端，以维持好氧池的污泥浓度，污泥回流比为 200%~400%；第二段好氧池末端混合液回流至一级缺氧池前端，进行反硝化脱氮，混合液回流比为 150%~300%；第三段二级缺氧池末端回流至厌氧池进水端，维持厌氧池污泥浓度，该段混合液硝态氮最低，可以消除硝态氮对除磷的影响，同时该段污泥浓度高，可以减少回流污泥量节省能耗，污泥回流比为 100%~200%。

4 运行研究

4.1　调试期间运行效果研究

该工程于 2021 年 3 月进行调试运行，经过 30 d调试，出水水质、污泥泥龄、回流量等指标基本达到设计要求。经开区工业污水处理厂实际进水量为11 000~12 000 m3/d，仅为一期设计规模的 55%~60%。根据建设单位统计，工业废水排放量约为9000~10000m3/d，生活污水排放量约为2000m3/d。经开区工业废水主要为食品、轻纺等企业排放工业废水，由于配套城市居住小区和公共服务设施还在建设中，因此整个经开区生活污水量较少。调试过程中最后 5 d 的实际进出水水质见表 2。

由表2可知，调试运行后出水主要污染物指标均能满足设计出水水质要求。实际进水 BOD5基本在 70~100 mg/L 范围内，导致调试期间乙酸钠投加量偏大，平均投加量约为 175 mg/L，平均日投加量为3.5 t。PAC 投加量约为 25~30 mg/L，高于设计投加量，主要是由于生物除磷效果未达到预期水平。膜池实际污泥质量浓度为 7~8 g/L，好氧池污泥质量浓度为 5~6 g/L，均低于设计污泥浓度，主要是由于水量未达到设计规模，无法维持较高的污泥浓度。

4.2　优化调度运行效果研究

本工程调试运行期间，由于进水 BOD5较低，为保证出水 TN 和 TP 达标，乙酸钠和 PAC 投药量偏大，运行费用较高。梓潼县有城市生活污水处理厂（设计规模15000 m3/d）和经开区工业污水处理厂，城市生活污水处理厂远期规划规模为30000 m3/d，目前实际运行规模为21000m3/d，实际出水水质能够达标排放，一直未进行扩建。为减少工业污水处理厂运行过程中乙酸钠与 PAC 的药耗量，拟考虑通过优化调度，将部分生活污水分流至工业污水处理厂，待后期经开区生活污水量增加后逐步减少分流污水量。经开区工业污水处理厂位于城市污水处理厂下游，污水管网系统连通，通过分流井，可以每天分流约6000~7000 m3生活污水至工业污水处理厂。

优化调度后 4月—9月平均进出水水质运行数据统计见表 3

 

由表3可知，从4月份进行优化调度后，工业污水处理厂的实际进水量约为17000~19000 m3/d，实际进水水质指标中，BOD5和 TP 均有增加，NH3-N 和TN变化较小。乙酸钠实际投加量约为1~2 t/d，在水量增加的时候，药耗量只为调试期间的30%~50%。PAC投加量为5~10mg/L，药耗量减少 30%~75%，主要因为生物除磷相较于调试期间得到加强。

5 结语

本工程设计规模为2×10⁴m3/d，采用预处理+水解酸化+A2/O/A-MBR 处理工艺，占地面积为86亩（约合 57 334 m2），项目总投资为1.2亿元，处理成本为1.74元/m3。出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级 A 标准，其中TN≤10 mg/L，NH3-N≤1.5 mg/L。污水处理厂处理后尾水排入潼江，该工程对于改善潼江水质、保护水生态环境，促进梓潼经济技术开发区的发展具有重大意义。

秦 川 1，戴 红 1，郝 静 2，龚 正 1转工业水处理