引言

膜分离技术在污水处理中的应用开始于20世纪60年代末，但是由于当时膜组件的种类很少，制膜工艺也不是十分成熟，膜的寿命通常很短，这就限制了MBR技术在实际工程中的推广应用。膜技术在90年代后期发展迅速，特别是进入21世纪后，随着膜材料生产的规模化、膜组件及其处理产品的设备化和集成化，膜设备生产技术的普及化和价格大众化，膜技术的发展已经从实验室潜在技术迅速发展成为工程实用技术。MBR膜工艺把生物反应器的生物降解作用和膜的高效分离技术溶于一体，具有出水水质好且稳定、处理负荷高、装置占地面积小、产泥量小、操作管理简单等特点。本文以梁山县污水处理厂工程设计为例，介绍改良型A2O+MBR工艺在污水处理厂中的设计应用，以期为类似的污水厂工程设计提供思路。

1 工程概况

梁山县污水处理厂扩建规模为 5万 m³/d，与梁山县现状5万 m³/d污水处理厂，共同服务梁山县中心城区17余万人，本项目占地总面积36.91亩。

2 工程目标

本项目既是一项市政工程，又是一项环境保护工程，其项目目标如下：

2.1水量目标

针对梁山县的发展现状以及总体规划要求，对梁山县现状污水厂进行扩建，扩建规模为5万m³/d，扩建后的总规模满足2030年收纳范围排水量要求。

2.2 水质目标

根据“两个清零，一个提标”要求，要求出水水质满足《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）准Ⅳ类水质标准，减小排入河道的污染物总量，减轻本流域的污染，改善本地区的投资环境，保证梁山县经济社会的健康发展以及人民生活质量的提高。

3污水处理工艺确定

3.1设计进水水质

根据现状污水处理厂的进水水质，确定本次工程设计进水水质如下：

3.2设计出水水质

根据“两个清零，一个提标”要求，要求出水水质主要指标满足《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）准Ⅳ类水质标准。

具体设计出水水质如下：

注：括号内数值为水温低于12℃时冬季指标。

3.3工艺选择

3.3.1污水处理工艺选择

项目推荐了两个方案：方案一改良型A²O工艺+混凝沉淀+过滤、方案二改良型A²O +MBR工艺。本工程设计规模为5万m³/d，根据《城市排水工程规划规范》（GB50318-2017）中城市污水处理厂规划用地指标，本次工程污水厂扩建规模5万m³/d，用地指标测算约8.5公顷，本次扩建实际审批用地仅2.46公顷，比用地指标测算的减少了约6.04公顷，仅占规范规定用地的29%。基于用地面积的限制，且出水水质标准较高，故需要选择一个占地面积最小，对水质变化适应能力强，系统抗冲击性强，运行稳定的处理工艺，最终确定梁山县污水处理厂扩建采用改良型A²O +MBR工艺。

3.3.2消毒工艺选择

城镇污水处理厂最后处理步骤是消毒，消毒方法大体上可分为两类：物理方法和化学方法。物理方法主要有加热、冷冻、辐射、紫外线和微波消毒等方法。化学方法是利用各种化学药剂进行消毒，常用的化学药剂有氯及其化合物、各种卤素、臭氧等。考虑到现状污水厂出水接入人工湿地，本次扩建污水厂也会同步接入湿地，故采用化学药剂进行消毒会对人工湿地的植物生长产生影响，故经综合比较选择杀毒效率高、无二次污染、占地少、无噪音、运行维修简单的紫外消毒技术。

3.3.3污泥处理工艺选择

常用的污泥脱水方法有自然干燥和机械脱水两种。自然干燥是利用自然力量（如太阳能）将污泥脱水干化的一种常用的方式，传统上常用的是污泥干化床。该方法适用于气候比较干燥、占地不紧张以及环境卫生条件允许的地区，在城市污水厂中较少采用。机械脱水是目前世界各国普遍采用的方法。常用的脱水机械有板框压滤机、带式压滤机和离心机、叠螺机等。因本工程用地紧张，为节省用地，且污泥含水率要求仅为80%，污泥浓缩脱水采用带式浓缩脱水一体机工艺，并配套储泥池。

3.4工艺流程

城市污水通过市政污水管网进行系统收集，然后进入粗格栅间，通过格栅去除较大的污染物，再通过进水泵房提升至细格栅、曝气沉砂池及膜格栅间。污水通过细格栅、曝气沉砂池及膜格栅进一步去除污水中的固体污染物，膜格栅间隙仅1mm，为后续的MBR处理工艺创造良好的条件。膜格栅处理之后的污水便进入改良型A²O生化池，通过预缺氧、厌氧、缺氧、好氧、后缺氧、后好氧等反应池，在活性污泥的作用之下，将城市污水中的有机污染物质分解成为H₂O、CO₂、N₂等物质。经过生化池处理的污水进入MBR膜池进行深度处理。膜区产生的清水通过紫外消毒池进行消毒，消毒后的清水一部分进行回用，一部分排往人工湿地，最终进入自然水体。混合液回流分为三部分，MBR膜池混合液回流至好氧池，回流量500%；后缺氧区混合液回流至缺氧区，回流量300%，缺氧区混合液回流至预缺氧区，回流量200%。MBR膜池中的剩余污泥通过污泥泵抽排至污泥脱水机房进行浓缩脱水处理，泥饼外运至污泥处理中心进行统一处理。

4 工程设计

4.1预处理单元

4.1.1粗格栅及进水泵房。粗格栅间与进水泵房合建，设计规模为5万m³/d。粗格栅间配置2台钢丝绳牵引式格栅除污机，格栅宽度为1.75m，栅条间隙为20mm，栅前水深为0.50m，安装角度为75°，功率为1.50kW，粗格栅间平面尺寸10.0×5.20m，地下深7.0m。进水泵房平面尺寸为14.0×7.70m，地下深度为10.0m，共设5个泵位，大小泵搭配，大泵4台，3用1备，参数为Q=1100m³/h，H=14m，P=75kW，小泵1台，参数为Q=550m³/h，H=14m，P=30kW，水泵均为变频泵。

4.1.2细格栅、曝气沉砂池、膜格栅池。细格栅、曝气沉砂池、膜格栅池合建，土建和设备规模按5万m³/d设计。单座细格栅间平面尺寸10.85×11.1m，采用3道过水渠，每道渠道宽1.6m，每道放置1台内进流格栅除污机，配用电机功率1.1kW。细格栅拦截的平均栅渣量约为3.5m³/d，含水率80%。栅渣由压榨机脱水后打包外运。每道细格栅前后各设B×H=1600×2300渠道闸门1台，作检修和切换用。曝气沉砂池平面尺寸26.00×9.50m，分2格，单格净宽3.60m，有效水深3.5m，池中设有一套曝气系统。两池共一台桥式刮砂机，长L=7.7m，配2台砂泵，提砂量Q=20m³/h，H=7m，N=0.75kW。砂水混合物通过砂泵输送至砂水分离器，分离后的干砂外运。单座膜格栅间平面尺寸10.85×11.1m，采用3道过水渠，每道渠道宽1.6m，每道放置1台内进流板式格栅，配用电机功率1.5kW。每道膜格栅前后各设B×H=1600×2300渠道闸门1台，作检修和切换用。

4.2生化处理单元

生化处理单元由改良型A²O生化池、MBR膜池和设备间合建，设计规模为5万m³/d。

4.2.1改良型A²O生化池。由预缺氧池、厌氧池、缺氧池、好氧池、后缺氧池、后好氧池组成，设1 座2 组，水力停留时间为16 h、污泥浓度为6 g/L、污泥负荷为0.05 kgBOD₅ /kgMLSS·d、容积负荷为0.29 kgBOD₅ /（m3·d）、产泥量为11513.3kg/d。

预缺氧池：有效容积为1052m³，停留时间为0.5h，有效水深为8.0m。

厌氧池：有效容积为3187m³，停留时间为1.5h，有效水深为8.0m。

缺氧池：有效容积为10372m³，停留时间为5.0h，有效水深为8.0m。

好氧池：有效容积为14625m³，停留时间为7.0h，有效水深为8.0m。

后缺氧池：有效容积为2103m³，停留时间为1.0h，有效水深为8.0m。

后好氧池：有效容积为2103m³，停留时间为1.0 h，有效水深为8.0m。

好氧区由溶解氧自控系统及鼓风机自动调节风量，控制溶解氧保持在1.5～2.5mg/L范围之内。MBR膜池混合液回流至好氧池，回流量500%；后缺氧区混合液回流至缺氧区，回流量300%，缺氧区混合液回流至预缺氧区，回流量200%。

4.2.2MBR 膜池。膜池数量：1座；廊道数量：8个；单廊道规格：L*B*H=13.6*2.5*4.5m；有效水深：3.5m；单池有效容积：V=119m³；总有效容积： 952m³；膜池停留时间t=0.46h；膜通量为22.3 L/（m²*h），污泥浓度为10g/L。MBR 膜组件采用浸没式超滤中空纤维膜，过滤孔径小于0.03μm ；单套膜组器面积：2336m²；单廊道膜组器面积：11680m²；全套膜组器总面积93440m²。

MBR膜池由改良型A²O生化池后缺氧区接入，由设备间产水泵接出至紫外消毒池。

维护性清洗（在线清洗）：次氯酸钠药剂质量浓度10%，常规加药浓度500mg/L，清洗频率3.5天1次；柠檬酸原液药剂质量浓度30%，常规加药浓度1000mg/L，清洗频率7天1次。

恢复性清洗（离线清洗）：次氯酸钠药剂质量浓度10%，常规加药浓度2000mg/L，清洗频率182.5天1次；柠檬酸原液药剂质量浓度30%，常规加药浓度5000mg/L，清洗频率182.5天1次。

4.2.3设备间。设备间分为三间，分别为泵区、加药间及鼓风机房，平面尺寸15m×46.2m。泵区主要布置MBR池的产水泵、反洗泵、剩余污泥泵、空压机及冷干机等。产水泵：共设8台泵，参数为Q=440m³/h，H=10m，P=18.5kW；反洗泵：共设2台泵，1用1备，参数为Q=350m³/h，H=12m，P=18.5kW；剩余污泥泵：共设2台泵，1用1备，参数为Q=100m³/h，H=20m，P=11kW；空压机：设2台泵，1用1备，排气量1.0m³/min，排气压力0.8MPa，N=7.5kW；冷干机：设1台泵，Q=1.5m³/min， P=0.55kW。加药间：为改良型A²O生化池设置PAC投加系统及乙酸钠投加系统，为MBR膜池设置次氯酸钠投加系统及柠檬酸投加系统。鼓风机房：为改良型A²O生物池及MBR池提供气源。平均时总供气量：6200Nm³/h；最大时总风量：140Nm³/min；出口供气压力：80KPa（8.0mH₂O）。根据生物池好氧区溶解氧浓度，控制机组开停及调节风量。鼓风机的出风量可通过变频或调节进口阀门进行自动调节，调节范围100～45%。

4.3消毒及再生回用单元

4.3.1紫外消毒池

污水处理厂的出水通过紫外消毒池，以杀灭水中的细菌，达到消毒的目的。设计流量：Qmax=3292m³/h；停留时间：≥30s；紫外消毒池平面尺寸15.80×3.80m，有效水深2.0m。

4.3.2回用泵房。回用泵房与消毒池合建，土建按总规模1.5万 m³/d 建设，回用水主要用于粗格栅、细格栅、膜格栅、脱水机房、生化池冲洗使用以及厂区绿化浇洒用水使用。

4.4污泥处理单元

MBR膜池剩余污泥通过剩余污泥泵抽排至储泥池，储泥池后设置污泥脱水车间1座，建筑面积886.67m²，将剩余污泥进行脱水，降低含水率，便于污泥运输和最终处置。剩余污泥量干重10.35tDS/d；脱水前污泥量：1036m³/d，含水率99%；脱水后泥饼量：51.8m³/d，含水率80%设带式浓缩脱水一体机3台，单台处理能力25~30m³/h，每天运行8~16h，配套功率41kW。配套水平安装泥饼无轴螺旋输渣机、泥饼泵、污泥进料螺杆泵、絮凝剂制配系统、投药泵、冲洗泵、电动单梁桥式起重机、轴流风机等辅助设备。

5 重点及难点分析

本项目面临的主要挑战是如何在仅有2.46公顷的不规则三角形用地上，合理布置处理设施以有效利用空间，并确保新建污水处理厂出水质量稳定达标。为此，采用了改良型A²O+MBR工艺，这种方法不仅占地面积小，而且对水质变化的适应能力强，具有较强的系统抗冲击性，是一种技术成熟且运行稳定的处理工艺。

改良型A²O生化池是处理的核心，通过内部细分为多个区域（预缺氧池、厌氧池、缺氧池、好氧池等），强化了脱氮除磷能力。此设计优化了进水路径和增加了碳源及除磷剂的加药点，以提高处理效率和适应性。同时，通过设置搅拌器和曝气管道，保持了污泥的悬浮状态并为微生物提供了充足的氧气，进一步优化了生化处理过程。

MBR膜工艺不仅提升了土地利用效率，还通过悬浮物和浊度接近零的出水水质，展示了其相较于传统混凝沉淀池的优势。膜池的混合液回流和高强度风量的膜擦洗机制，旨在保持活性污泥的平衡并防止污泥浓度过高影响产水效率，进一步确保了处理效果的稳定性和高效性。  

6 结语

为治理解决梁山县污水处理厂超负荷运行问题，根据国家“十四五”节能减排规划和省“十四五”期间城镇污水处理规划，以及《梁山县城市总体规划》的要求，梁山县污水处理厂扩建提标工程的建设是一项将环境保护基本国策落到实处的实事工程、民八工程。污水处理厂的建设，为实现梁山县经济的可持续发展，改善人民生活环境、保护洁净的水体、保障梁山县的居民生活饮用水资源创造了良好的条件。

虽然改良型A²O+MBR工艺的建设投资和运行成本略高于传统工艺，但是出水品质高，即使在梁山冬季低温工况下，出水仍能稳定达标。

改良型A²O+MBR工艺相较于传统活性污泥法占地面积小，尤其适用于用地紧张的新建或改扩建工程。

参考文献

[1]石俊飞,于文轩,郭建朋等.A~2O+MBR工艺处理海上平台生活污水的应用研究[J].黑龙江环境通报,2023,36(09):157-159.

[2]李敏,赵楠.A~2O工艺和A~2O+MBR工艺运行效果对比[J].环境与发展,2021,33(03):131-134.DOI:10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2021.03.022.

[3]梁延安,马伟,薛伟等.A~2O+MBR工艺在乡镇污水处理厂的应用研究[J].施工技术,2020,49(18):63-65.