工程概况
01、概述
河北某焦化厂主要生产焦炭、煤气、硫铵和轻苯等化工产品。在焦炉煤气冷却、洗涤、粗苯加工及焦油加工过程中，产生含有酚、氰、油、氨及大量有机物的工业废水。焦化厂原有废水处理站一座，采用A/A/O（以下简称原工艺）传统生化处理工艺，系统二沉池出水NH3-N为50mg/L左右，CODCr为300mg/L左右，结合厂内实际生产状况和环保部门要求，焦化厂提出对现有污水处理站改造成A/A/O+MBR组合处理工艺（以下简称MBR工艺），以提高该系统对NH3-N和COD去除效果。
02、设计水量及进出水水质
焦化厂设计污水处理能力为1440m3/d，废水主要进出水水质指标见下表。
03、工艺流程
工程改造主要是在原工艺O池（好氧池）末端增加MBR膜组件，改造后污水处理系统由隔油预处理系统、A/A/O生化处理系统和MBR膜生物反应器系统三部分组成，其工艺流程如图所示。
主要处理系统及设备
01、预处理工艺
预处理工艺采用重力除油，主要包括除油池和浮选池：
除油池为钢砼结构，2座，尺寸：Φ7m×7.5m，有效容积576m3。
浮选池为钢砼结构，2座，尺寸：Φ7m×6.5m，有效容积500m3。
02、A/A/O工艺
A/A/O工艺采用前置反硝化，主要包括以下处理单元：
调节池2座，有效容积2574m3，HRT为42h。
厌氧池1座，有效容积986m3，HRT为16h；内置组合填料进行生物挂膜，池底设穿孔管均匀布水，池面采用三角堰集水。
兼氧池1座，有效容积1100m3，HRT为18h，内置潜水搅拌机2台，单台功率7.5kW。
好氧池1座，有效容积1880m3，HRT为32h；池底采用微孔曝气，配套鼓风机2台（1用1备），单台功率90kW；主要设计参数：容积负荷1.8~3.0kgCOD/m3· d，污泥浓度6~10g/L。
03、MBR工艺
MBR池1座，有效容积500m3，HRT为8h；本工程使用的膜为聚乙烯（PE）中空丝膜，膜的孔径为0.1~0.4μm，设计通量为12.5L/m2·h，MBR组件15套，单套产水5m3/h；配套鼓风机2台（1用1备），单台功率90kW；混合液回流泵2台（1用1备），单台功率7.5kW；自吸泵3台（2用1备），单台功率5.5kW；在线清洗泵2台（1用1备），单台功率1.5kW，MBR行车及行车支架1套，膜离线清洗装置1套。
04、污泥处置
污泥浓缩池1座，尺寸为Φ6m×4.5m；配套周边刮泥机1台，带宽为1000mm的带式污泥脱水机1台及其配套设备。
MBR运行效果及工艺建议
左图显示了工程所用的中空纤维膜组件，右图为安装完成的膜组件系统。为了使得膜能够连续长期稳定的使用，在中空丝膜的下方以一定强度的空气不断对膜进行抖动，既起到为生物氧化供氧作用，又防止活性污泥附着在膜的表面造成膜的污染。
改造好的MBR系统通过半年多的调试，系统开始满负荷正常运转。
上图是MBR系统相对稳定正常运行阶段对COD去除效果图：系统进水CODCr为3998~5801mg/L（均值为4997mg/L），水质变化比较大，出水CODCr为195~248mg/L（均值为221mg/L），相对较稳定，COD去除率达94%以上；
上图是同期运行系统对NH3-N去除效果图：系统进水NH3-N为256~380mg/L（均值为327mg/L），出水NH3-N为1.03~9.8mg/L（均值为5.3mg/L），比较稳定，NH3-N去除率达97%以上；相比改造前原工艺系统出水COD和NH3-N指标数据，MBR工艺系统对COD和NH3-N去除效果有了较大的改善和提高，尤其是NH3-N能稳定达到国家《污水综合排放标准》（GB8978—1996）一级排放标准。
MBR工艺运行费用分析
MBR工艺运行成本统计分析如下表所示。
通过以上运行成本分析，MBR工艺处理焦化废水吨水运行成本为5.10元（不包含膜的更换费）。从表8-15中可以看出占运行费用比重相对比较大的主要是电耗，MBR工艺中电耗增加主要来自于MBR膜组件下方提供鼓风曝气所需的动力消耗。本项目鼓风机提供曝气所增加的动力消耗为0.5kW/m3废水，电费按0.6元计，吨水处理成本增加0.3元，当然不同性质的废水设计的膜通过量不同，该项成本也不一样。虽然MBR工艺动力消耗成本增加，但是容易忽略由于MBR工艺产生污泥少而节约的污泥处理处置成本，随着国家对污泥处理处置相关政策的落实，此项费用应该引起重视。对于本项目，改造前污水站每天产生污泥量为10t（0.7%污水处理量），污泥处理处置费为50元计（焦化厂内伴煤焚烧），吨水污泥处理处置费为0.35元，而MBR工艺每周产生的污泥量为5t（0.05%污水处理量），吨水污泥处理处置费为0.025元，故此吨水处理成本可节约0.325元，扣去动力运行成本增加，吨水处理成本节约0.025元。由于该项目污泥是焦化厂内部焚烧处置，但如果外运处置成本会增加一倍以上，从这个角度分析：采用MBR工艺更能为企业节约污水处理成本。
MBR模块化管理及膜污染控制
为了更加有效地控制MBR工艺膜污染，本工程设计采用了MBR模块化运行管理方法，取得了比较理想的效果。MBR模块化运行主要内容是将膜的开启、膜的待机、膜在线清洗、恢复运行等整套MBR系统采用可编程序控制器（PLC）自动控制加面板按钮操作。为了减缓膜污堵保证膜通量，系统设置时间程序（开8min停2min）自动启停膜抽吸泵运行，实现MBR膜周期性产水；同时膜在线清洗也实现自动化运行，首先通过试运行确定膜的在线清洗时间，每个清洗周期内通过开启和关闭曝气、产水、加药电动阀来实现单组膜组件关停产水、停曝注药、静置清洗、闷曝清洗、恢复产水等在线清洗程序。
本工程MBR系统设计了在线膜清洗装置。工程中采用质量比2‰的次氯酸钠清洗2.0h，每个清洗周期内通过关停产水，停曝注药30min、静置清洗60min、闷曝清洗30min，然后恢复产水，每组膜组件在线清洗周期为1周，整个膜在线清洗操作及其清洗周期通过程序设计自动控制。
本工程还设计安装了MBR离线清洗系统。当膜污染比较严重，膜间压差上升超过20kPa时，需要将膜组件从膜池内拆吊至系统外，进行离线清洗。工程中采用先酸洗后碱洗的方法，具体先采用柠檬酸（质量分数2%）浸泡6h进行酸洗，然后再投入含有氢氧化钠（质量分数4%）+次氯酸钠（质量分数3‰）碱洗药剂至膜清洗池内浸泡12h。膜清洗池内设空气搅拌，每小时曝气5min，让清洗药剂和膜污染物充分反应。清洗完毕后将膜组件通过电动葫芦起吊装置恢复归位MBR系统。离线清洗周期为3个月左右。膜清洗池内遗留的清洗药剂通过用硫代硫酸钠（Na2S2O3·nH2O）将次氯酸钠还原，然后再用盐酸中和氢氧化钠处理后通过泵打回至调节池进行处理，避免产生二次污染。
结论
（1）采用MBR技术对A/A/O工艺进行改造形成A/A/O+MBR组合工艺，可以大幅度提高焦化废水处理效果，出水水质CODCr可稳定在200mg/L左右，NH3-N可达到10mg/L以下。
（2）通过经济分析，本工程MBR工艺处理焦化废水吨水运行成本为5.10元（不包含膜的更换费）。MBR组合工艺通过控制污泥龄和污泥浓度，可以大幅减少剩余污泥产量，从而大大降低了污泥处理处置费用，工程运行中可以部分抵消由MBR新增电耗所增加的运行成本。
（3）本工程MBR膜系统完全实现模块化管理，自动化控制，大大简化了维护操作。在线和离线两套清洗系统有效保证了膜污染的控制和膜通量的维持，大大延缓了膜的使用寿命。
