AO+MBR 工艺在污水处理厂高排放标准提标改造中的应用

引言

AO 工艺通过优化生物除磷和反硝化脱氮过程，能够有效去除氮磷等营养性污染物，而 MBR 工艺则通过膜分离技术实现固液分离，显著提高出水水质，尤其是在去除悬浮物、病原微生物和有机物方面具有明显优势。将 AO 与 MBR 工艺相结合，不仅能够提高处理效率和水质稳定性，还能在一定程度上减少设施占地和能耗，符合现代污水处理厂节能减排和高效运行的需求。因此，AO+MBR工艺在污水处理厂高排放标准提标改造中具有广阔的应用前景，并已成为解决复杂水质污染问题的有效途径。

1. 工程概况

本工程位于山东省某高新技术产业开发区，旨在对一座建于 2014 年的污水处理厂进行提标改造。该厂原设计处理规模为 2.0 万 m³/d ，服务范围涵盖城市生活污水和工业废水，其中工业废水约占 45%。随着区域工业化进程的加快，污水来源复杂且污染负荷较重，尤其是食品加工、造纸、机械制造及制药等行业产生的工业废水，含有较高浓度的氮磷污染物及难降解有机物。为应对山东省最新实施的《地表水环境质量标准》对污染物排放的严格要求，特别是对 COD、氨氮、总磷及总氮的高标准限值，原有工艺显著难以满足新标准，因此需要在现有设施基础上进行提标改造，避免大规模土建工程的同时，确保改造后能够稳定达标排放[1]。

2. 提标改造中多级 AO+MBR 工艺的应用

2.1 预处理单元设计

预处理单元是污水处理系统中关键的一环，承担着去除污水中较大颗粒悬浮物、漂浮物以及砂粒等污染物的任务，确保后续处理单元的稳定运行和高效处理。在本项目中，预处理单元设计的处理规模为 2.0 万 m³/d，具体设计内容包括粗格栅、提升泵房、细格栅和旋流沉砂池等设施。粗格栅作为第一道屏障，主要用于截留较大的杂物，其栅隙宽度为 20mm ，栅渠宽度为 1.5m，栅前水深为 2.0m 。采用机械格栅可以确保较大颗粒杂物的有效截留，避免进入后续设备造成损坏或运行不稳定。提升泵房则是确保污水能够稳定流入后续处理单元的关键设备，配备 4 台潜水泵（3 用 ¹ 备），单泵设计流量为 700m³/h ，扬程为8m，能够在不同工况下满足污水提升的需求。细格栅进一步对污水中的细小悬浮物进行截留，栅隙宽度为 5mm，栅渠宽度为 1.5m，栅前水深为 2.0m ，确保更细小的颗粒杂物得到有效去除，避免其进入沉砂池或生物处理单元。旋流沉砂池的设计则侧重于高效去除粒径大于 0.2mm 的砂粒，采用2 座并联运行的方式，每座直径为 6.0m ，有效水深为 3.0m ，设计流速为 0.3m/s ，能够有效提高沉砂效率，减少砂粒对后续处理单元的磨损，并保护设备的正常运行 [2]。

2.2 膜格栅间设计

膜格栅间的主要功能是去除污水中的毛发、纤维、微小颗粒和其他悬浮物，防止这些物质进入 MBR 单元后对膜组件造成堵塞，从而确保整个处理系统的稳定性与高效性。本工程在旋流沉砂池之后新建膜格栅间，设计处理规模为2.0 万 m³/d。该膜格栅间的设计包括 2 条格栅渠，宽度为 1.3m，深度为 2.5m，安装 2 台内进流式超细格栅。超细格栅的网板孔径为 1mm ，能够有效截留水中的细小杂质，尤其是难以被传统格栅去除的微小纤维和颗粒，进而减少对后续MBR 膜组件的负担，提高系统的处理效率和稳定性。格栅前后的水位差设计为0.4m，这一设计确保了污水流速的稳定性，并有助于提高格栅的截污效率。同时，格栅配备了高压水冲洗系统和螺旋压榨脱水装置，通过高压水流清洗格栅网板，去除附着在网板上的污物，确保格栅在长时间运行中的稳定性。通过螺旋压榨脱水装置，栅渣的含水率可有效降至 60% 以下，从而大大减轻了后续废物处理的负担，提高了处理效率。为了减少膜格栅间的臭气外逸，整个膜格栅间采用了全封闭设计，并配备了通风除臭系统，有效避免了臭气的外泄，减少对周围环境的影响，确保操作环境的安全和舒适。

2.3 多级 AO 生物池设计

该生物池的设计目标是通过生物脱氮除磷过程，有效去除污水中的有机物和营养物质，特别是氮磷类污染物。原有的 4 组 CASS 池被改造为 2 组多级 AO生物池，每组处理规模为 1.0 万 m³/d，保证了处理能力的提升与稳定性。改造后的生物池按照水质要求分为四个主要功能区：厌氧区、一级缺氧区、好氧区和二级缺氧区，污水依次流经这些区段，通过同步脱氮和除磷过程，达到污水处理标准。

具体来说，厌氧区容积为 800m³ ，水力停留时间（HRT）为 2.0 小时，在此区域内，微生物利用无氧环境分解污水中的有机物，促进磷的释放。一级缺氧区容积为 2700m³ ，HRT 为 6.5 小时，该区提供低氧环境，硝态氮通过反硝化作用转化为气态氮，减少氮污染。好氧区容积为 5800m³ ，HRT 为 14.0 小时，在氧气充分供应的条件下，微生物进行硝化作用，将氨氮转化为硝酸盐。二级缺氧区容积为 700m³ ，HRT 为 1.7 小时，进一步进行反硝化处理，确保氮的完全去除。总水力停留时间（HRT）为 24.2 小时，满足高效生物反应的需求，确保污水处理效果稳定且可靠。

为了进一步提升反应效率，该生物池设有两级内回流系统。首先，好氧区末端的硝化液以 300% 的回流比回流至一级缺氧区，促进反硝化作用；其次，一级缺氧区末端的混合液以 100% 的回流比回流至厌氧区，增强生物除磷效果。这一设计使得氮磷的去除达到更高的效率。每个功能区均配备了潜水搅拌器和曝气系统，保证良好的水流混合和充足的氧气供应，尤其是好氧区安装了可调式微孔曝气器，具有较高的氧利用率，进一步提高了好氧区的生物处理能力 [3]。

2.4MBR 膜池设计

本工程在拆除原有斜板沉淀池的基础上，重新设计并建设了 MBR 膜池及其配套设备，设计处理规模为 2 万 m³ /d。膜池采用了四个并联的膜廊道，每个廊道的尺寸为 20.0m×3.6m×5.0m ，保证了充足的反应空间，并通过优化水力分配，确保了膜池的高效运行。每个廊道的有效水深为 3.5m，保证了膜的充分浸没并提供了稳定的过滤环境。为了适应高效的污水处理需求，膜组件选用了中空纤维超滤膜，膜材料为聚偏二氟乙烯（PVDF），其孔径为 0.04μm ，具有优良的化学耐腐蚀性和机械强度，能够有效截留水中的悬浮物和微生物，保证了水质的稳定性。

MBR 系统的设计考虑了较高的运行通量，单个膜组件的面积为 1920m² ，总膜面积达 76800m² ，能够满足高水量处理需求。运行通量设计为12L/（ (m²⋅h) ，能够在膜表面保持较低的污染积累速率，从而延长膜组件的使用寿命并提高水质。为了确保膜池的高效运作，系统配备了先进的设备，包括 5 台产水泵（4用 1 备）、2 台反洗泵（1 用 1 备）以及 2 台膜擦洗风机（1 用 1 备）。产水泵的单泵流量为 300m³ /h，反洗泵的单泵流量为 375m³/h，膜擦洗风机的风量为140m³/min，确保了膜组件的清洁和产水的稳定性。

2.5 臭氧氧化池设计

臭氧氧化池作为这一系统的重要组成部分，主要用于去除 MBR 出水中难以降解的有机物，通过臭氧的强氧化性作用，显著提高水体的有机物降解效率和出水水质。本项目的臭氧氧化池设计处理规模为 2 万 m³/d，位于现有厂区南侧的空地上，设计容量和工艺配置旨在满足日益严格的环保要求。

该臭氧氧化池采用了三格串联形式，总容积为 530m³ ，设计水力停留时间（HRT）为 38 分钟，确保了臭氧与水中的污染物充分接触和反应。臭氧投加量被精确设计为 12mg/L ，充分考虑了水质变化及工艺的稳定性。为了确保臭氧的充足供应，本系统配置了 2 台氧气源臭氧发生器，单台产量为 ，其中1 台为备用，能够保证系统在任何时刻的稳定运行和高效氧化处理。

3. 结束语

在污水处理厂提标改造过程中，AO+MBR 工艺具备较强的适应性，能够应对不同水质条件下的变化，并有效延长设备的使用寿命。随着环保政策日益严格，AO+MBR 工艺的应用将成为污水处理领域的重要趋势，尤其适用于需要高效去除有机物、氮磷污染物的污水处理项目。未来，随着技术的进一步发展和应用经验的积累，AO+MBR 工艺有望在更广泛的领域得到推广和应用，为实现更高效、可持续的水资源管理作出贡献。

参考文献：

[1] 宫晓梅 , 陈文平 , 赵学峰 . 多级 AO+MBR 工艺在污水处理厂高排放标准提标改造中的应用 [J]. 中国资源综合利用 ,2025,43(03):275-277.

[2] 姚亮 , 张强 , 李鹏 . 多级 AO+MBR 工艺在污水处理厂高排放标准提标改造中的应用 [J]. 净水技术 ,2023,42(03):164-173.