A2/O-MBR校园污水处理站工艺分析与设计

（天津渤海职业技术学院，天津300402）

本课题以天津某高校A2/O-MBR污水处理工程作为实例研究。该污水处理站以食堂废水和学生宿舍产生的生活污水为主要处理对象，设计处理能力为100 m3/d，生化处理单元采用A2/O系统与MBR工艺联用，出水主要用于绿地灌溉和校园景观湖补充水源。

1 水质分析

1.1 水质特点

1.1.1 排放水量不均匀，瞬时水量过大

该校A2/O-MBR污水处理站污水来源主要是食堂和学生宿舍，有着比较明显的排水特点。经有关调研发现，由于学生和教职工的活动相对集中，在中午12点、18点和20点为食堂和学生宿舍的用水高峰。因此，日排放水量不均匀且瞬时水量过大是该校污水排放的最显著特点，容易给污水处理系统的运行带来诸多隐患。

1.1.2 寒暑假污水量急剧下降，系统需要一定的恢复期

通常情况下每年1～2月和7～8月是寒暑假时间，此期间校园产生的污水量急剧下降，造成污水处理系统中培养的微生物得不到生长繁殖所需的有机营养物质而大量消失，系统不能正常运行。每当新学期开学时，活性污泥需要培养和驯化，在恢复期间，系统出水不能达到排放标准，基本上不进行回用。

1.1.3 原水污染物浓度高、波动大

按照正常用水及排水量推算，1万左右人员日理论排水量应为1500 t/d左右，但现学校的实际用水量较少，峰值约为1000 m3/d，导致整个污水浓度相对较高[1]。

1.2 水质指标

对该高校A2/O-MBR污水处理站进水水样采集后检测，原水水质见表1。

表1 A2/O-MBR污水处理站进水水质 mg/L（pH除外）

根据国家有关标准规定，生活污水经过处理后用于校区绿化、道路清洁的出水水质必须符合《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T 18920-2002）标准。该高校再生水用于景观湖补水和绿地灌溉，部分出水指标如表1、2所示。

表2 A2/O-MBR校园污水处理站出水水质标准

2 A2/O-MBR污水处理站工艺流程的确定与分析

2.1 预处理工段

该校园A2/O-MBR污水处理站进水主要以食堂废水和学生宿舍生活污水为主，污水先经过隔油池去除掉大量油污之后，通过管道自流至集水井，与学生宿舍排出的生活污水在集水井内进行收集混合，集水井内放置了两组人工格栅，截留污水中的大块悬浮物质后进入格栅池，格栅池内设置了一组回转式细格栅，用于进一步去除污水中的悬浮物质，以免堵塞后续构筑物和机泵。由于食堂废水排放水量不均匀且瞬时水量过大，因此在预处理工段设置了调节池，使废水的水量与水质得到充分的均衡，减小对后续生化单元的冲击。

2.2 生化处理工段

生化处理单元以去除有机物、氮、磷的为首要目标，考虑到高校污水处理站占地面积和污泥的处理处置等问题，在兼顾系统脱氮除磷功能的前提下，选择了占地面积相对较小、剩余污泥的产量较少的A2/O-MBR工艺[2,3]。

经预处理之后的污水依次进入厌氧池、缺氧池、好氧池，即A2/O系统。厌氧池通过厌氧菌的作用能够去除污水中的有机物，提高污水的可生化性；缺氧池在反硝化细菌的作用下，将亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮气从水中逸出，达到脱氮的目的[4]；好氧池中存在大量的活性污泥，在有氧的环境下，进一步将无机物分解为有机物，同时活性污泥中的微生物发生硝化反应，将氨氮氧化为硝态氮，达到去除氨氮的目的。除磷过程是利用聚磷菌的作用将污水中的磷转移至活性污泥上，通过排出剩余污泥的方式加以去除[5]。

污水经过A2/O系统的反应，大量有机污染物以及氮磷类物质被生化降解后进入MBR膜生物反应池。MBR膜生物反应池是通过MBR膜生物反应器的作用进行泥水分离，活性污泥被截留在MBR膜池内，出水进入中水池经消毒后外排。

2.3 污泥工段

MBR膜生物反应池在MBR膜生物反应器的分离作用下截留了大量的活性污泥，一部分剩余污泥利用污泥泵输送至污泥池，并通过螺杆泵泵入污泥压滤机进行污泥脱水后统一外运。为确保系统的脱氮除磷效果，MBR膜生物反应池中的活性污泥需进行污泥回流，在实际运行中通常采用三段式回流方式（MBR膜池回流至好氧池、好氧池回流至缺氧池、缺氧池回流至厌氧池），在能够保证系统脱氮除磷效果和生物量分配的同时，可以降低MBR膜池高DO浓度混合液回流对系统的影响，保持系统运行的稳定性。

经分析，该校园A2/O-MBR污水处理站工艺优良，优势明显，具有以下突出特点：①投资少，占地面积小，适合高校水处理项目；②出水水质优，安全稳定，再生水回用效果好；③耐冲击负荷，有机负荷较高；④剩余污泥量少，污泥处置费用低。

3 A2/O-MBR污水处理站主要构筑物和设备的确定

3.1 主要构筑物确定

3.1.1 隔油池

隔油池采用全地下钢砼，规格为2.3×1.3×1.8m3，水力停留时间T为1.5～2 h，含油废水在池内流速v为5mm/s，超高h1为 0.3m，有效水深h2为 1.5m。隔油池采用人工除油的方式，除油周期为5～7d。

3.1.2 格栅-集水井

格栅-集水井采取合建的形式，分为格栅井和集水井两个部分，采用全地下钢砼，规格为2.2×1.5×4.5 m3。

格栅井容积为3 m3，设置了两道人工格栅。格栅宽度为600 mm，中格栅栅距为10 mm，细格栅栅距为5 mm。集水井内设置2台提升泵和2个投入式液位计。

3.1.3 格栅池

设置了回转式立式除污器，格栅栅条宽度宽度为600 mm，栅距为1 mm，格栅倾角α为60°，过栅流速v为0.8 m/s，过栅水损h3为0.1 m，超高h1为0.3 m，过流部分材质为不锈钢。

3.1.4 调节池

调节池采用全地下钢砼，规格为4.0×3.6×4.0m3，有效容积为50m3，采用曝气空气搅拌。池内设置曝气设施，并配备2台提升泵和2个投入式液位计。

3.1.5 厌氧池

厌氧池采用全地下钢砼，规格为3.6×1.55×4.0 m3，有效水深为3.5m，超高为0.5 m。

3.1.6 缺氧池

缺氧池采用全地下钢砼，规格为3.6×1.55×4.0 m3，有效水深为3.5 m，超高为0.5m。

3.1.7 好氧和MBR膜生物反应池

好氧和MBR膜生物反应池采用全地下钢砼，规格为 3.6×3.4×4.0m3，有效水深 3.2m，超高0.8m。MBR膜池内置FP系列中空纤维帘式膜组件，由中空纤维微滤膜、集水管、树脂槽、封端树脂浇铸而成[6]。

3.1.8 中水池

中水池采用钢筋混凝土结构，规格为3.6×1.8×2.8 m3，池体容积为 18 m3。

3.1.9 离线清洗池

离线清洗池采用钢筋混凝土结构，规格为2.85×1.0×2.95 m3，池体容积 8 m3。

3.1.10 污泥池

污泥池规格为 3.0×2×2.5 m3，池体容积 15 m3。

3.2 主要设备确定

3.2.1 格栅

在格栅集水井内设置了一道中格栅和一道细格栅，格栅栅条宽度为600mm，中格栅栅距10mm，细格栅栅距5 mm。

3.2.2 毛发过滤器

毛发过滤器一台，安装在厌氧池入水口之前，壳体采用不锈钢材质，壳体工作压力不小于0.35 MPa，顶盖设置排气阀。

3.2.3 MBR膜生物反应器

MBR膜生物反应器由膜丝、膜支架、曝气装置、排水管、箱体等构成。MBR膜是由PVDF材质制成的中控纤维膜，具有韧性高、不易断丝等优点。

采用3组MBR膜生物反应器，一共33片中空纤维帘式膜。相关参数见表3。

表3 膜组件相关参数

3．2．4 二氧化氯发生器

二氧化氯发生器1套，配备数字温度控制器、水射器、滴定阀、安全阀等部件，型号为HTF908。消毒系统管路采用UPVC管，并设置管道混合器。

3．2．5 污泥压滤机

采用千斤顶厢式压滤机1台，型号为XMQ450，过滤面积 4 m2，液压系统压力 18 MPa，滤室总容积60 L，过滤压力0.6 MPa。

3．2．6 罗茨鼓风机

采用三叶罗茨鼓风机，数量2台，一用一备。型号为 BR65，风量 3.27 m3/min，升压 49 kPa，电机功率5.5 kW，额定转速1350 r/min。

3．2．7 提升泵

采用潜水排污泵，数量4台，两用两备。型号为50WQ/C240-0.75，扬程15～8 m，电机额定功率0.75 kW，转速 2825 r/min。

3．2．8 MBR 吸引泵

采用自吸泵，数量2台，一用一备。型号为ZWII25-8-15，流量 8 m3/h，扬程 15 m，自吸高度4.5 m，电机功率1.5 kW，转速2900 r/min。

3．2．9 变频供水泵

采用卧式多级离心泵，数量2台，一用一备。型号为WB200/150-B，流量3.6～15.6 m3/h，扬程26～15 m，电机功率 1.5 kW，转速 2900 r/min。

3．2．10 污泥回流泵

采用卧式管道泵，数量6台，三用三备。型号为SG系列管道泵，流量50 L/min，扬程13 m，电机功率0.5 HP，转速2850 r/min。

3．2．11 反冲洗泵

采用不锈钢离心泵，数量2台，一用一备。型号为 DW2-20/037，流量 0.5～3.5m3/h，扬程 18～11m，电机功率0.37 kW，转速2900 r/min。

3．2．12 螺杆泵

采用G型单螺杆泵，数量2台，一用一备。型号为E2H164VW201，电机功率0.55 kW，进轴转速1410 r/min，出轴转速 570 r/min。

4 结论

1）高校污水具有如下的特点：①污水排放有明显的间歇性、不稳定性。每日排放水量不均匀，峰值过大，每年有寒暑假两个间歇期，系统不能运行。②有机负荷较高，且污水中含有油污、氮、磷等污染物。因此，污水处理站的启动运行管理、活性污泥的培养和驯化、系统的除油和同步脱氮除磷尤为关键。

2）对该高校A2/O-MBR污水处理站进水水样采集后检测，原水主要水质指标如下：pH为7～8；CODcr为 200～765 mg/L；BOD5为 128～376 mg/L；SS 为 89.5～198.5 mg/L；NH3-N 为 27.5～54.7 mg/L；TN 为 36.2～63.9 mg/L；TP 为 3.46～7.12 mg/L。

该高校再生水用于景观湖补水和绿地灌溉，最终排放出水指标满足《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T 18920-2002）标准，部分出水指标如下：pH为6～9；色度≤30；浊度≤10 NTU；溶解性总固体≤ 1000 mg/L；COD≤ 100 mg/L；BOD5≤ 20 mg/L；NH3-N≤ 5 mg/L；TN≤ 15 mg/L；TP≤0.5 mg/L。

3）该污水处理工艺包含了完善的预处理工段、生化处理工段、污泥处理工段等，优势明显，能够基本满足校园生活污水的处理要求。其中生化处理工艺选择了A2/O系统与MBR工艺联用，耐有机负荷、剩余污泥少、能够同步脱氮除磷，在具有良好的处理效果的同时减少了土建和污泥处置的费用，能够产生良好的环境效益的同时兼顾了经济效益。

4）确定和分析了主要构筑物与设备。该污水处理站构筑物选择合理，规格参数齐全，主要设备的选型合理，鼓风机、泵的相关参数完整，能够满足运行要求。其中MBR工艺段设置了3组MBR膜生物反应器，MBR膜选取了由PVDF材料制成的中空纤维帘式膜，具有韧性高、不易断丝等优点，固液分离效果较好，出水效果优良。