无锡市梅村污水处理厂总服务面积76.6km²,远期处理规模16万m³/d。一期工程采用CAST工艺,3万m³/d,设计出水水质为《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级B标准。2007年5月底,无锡太湖水源地蓝藻暴发,无锡市政府决定全面提高太湖流域污水处理厂出水指标,从原来的一级B标准提高到一级A标准,一期工程于2007年底升级改造,工艺流程为:A²/O—SBR+滤布滤池,2008年运行。二期工程采用MBR工艺,规程3万m³/d,2009年投产。考虑污水管网的进一步敷设、控源截污及雨污分流工程的实施,以及工业园区的逐步形成,三期工程采用BNR—MBR工艺,5 万m³/d,一阶段3 万m³/d,2012年投入运行;二阶段2万m³/d,2013年投入运行。尾水作为景观环境用水及河道补给水,排入梅花港(佳美浜)、梅荆浜,最终进入江南运河。

　　 扩建项目的设计进水水质以厂区现状实测水质为基础,结合新接纳污水的水质特点合理确定。采集设计前一年时间内的实测进水水质进行统计分析,将90%涵盖率对应的水质作为基础水质,结合一期、二期工程的设计水质和其他相关因素确定设计进水水质。

　　 三期工程的收水系统与一期、二期工程污水管网是各自独立系统,在进水总管处有管网连通,用于特殊情况下的水量调度。设计进出水水质见表1。

　　 充分考虑无锡市梅村水处理厂建设的实际情况以及现场用地、占地的情况,结合环境影响评价。因服务范围工业园区的特点,进水COD浓度较低、除磷脱氮要求较高,决定采用如图1 所示的BNR-MBR工艺流程。

　　 来水经膜格栅滤除1mm以上的颗粒,以保护超滤膜,减少反洗次数延长其使用周期和使用寿命。经过膜格栅,污水中还存有绝大部分的细菌、病毒、藻类、胶体物质、有机物及微小的颗粒物质等有害物质。

　　 利用污水/活性污泥中的溶解氧(DO)来强化微生物作用,将污水中的各种复杂有机物分解。其处理过程是一个复杂的酶生物化学过程,有机物在厌氧菌的作用下逐步分解为有效的脱氮除磷的物质(VFA)。 在分解过程中,含氮有机物分解产生NH₄⁺,同时又有效地去除剩余DO,从而又保护了后续的生物除磷工艺。

　　 潜水搅拌器的作用是提高缺氧反应池的效率。没有搅拌的缺氧池池内料液经常有分层现象。通过搅拌可消除池内梯度,增加食料与微生物之间的接触,避免分层,促进溶气分离;同时还使进料迅速与池中原有料液相混匀。

　　 生物除磷是利用污水中的聚磷菌在厌氧条件下,受到压抑而释放出体内的磷酸盐,提高活性、产生能量用以吸收快速降解有机物,并转化为PHB(聚B羟丁酸)储存起来。当这些聚磷菌进入好氧条件时就降解体内储存的PHB产生能量,用于细胞的合成和过量吸收污水中溶解的磷,形成含磷量高的污泥,随剩余污泥一起排出系统,从而达到除磷的目的。

　　 兼氧/SWING反应池的作用是强化硝化/反硝化和系统运行多功能调节。将污水中的各种复杂有机物及含氮物质分解并转化为N₂和CO₂,并实现整体处理过程的节能。其处理过程是一个复杂的酶生物化学过程。

　　 潜水搅拌器的作用是提高兼氧/SWING反应池的效率。没有搅拌的兼氧池池内料液经常有分层现象。通过搅拌可消除池内梯度,加强传质效果,避免分层,促进溶气分离;同时还使进料迅速与池中原有料液相混匀。

　　 每座好氧反应池可分为好氧曝气区和膜分离区。每座好氧反应池配备一套曝气系统及MBR膜组件。MBR膜片采用的聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜。膜组件有以下特点:膜材质为聚偏氟乙烯,抗污染性强,易清洗,适于污水处理;化学性能稳定,抗氧化性强,可采用常用氧化性药剂清洗;膜的透水量远高于其他材质(比如PP或PE)的同类产品。

　　 膜区布置超滤膜系统,膜区内的曝气装置完成两种功能,既进行膜的气水振荡清洗,保持膜表面清洁,又继续在该段进行生物降解,生物降解后的水在虹吸和滤液自吸泵的抽提作用下通过超滤膜,透过液经由MBR透过液集水管汇集到清水池/反洗水池排出。通过膜的高效截留作用,全部污泥及悬浮物均被截留在曝气池中,有利于增殖缓慢的硝化细菌及其他细菌的截留、生长和繁殖,系统硝化效率、COD去除率等各项指标得以提高,反应时间也大大缩短。

　　 真空系统的作用是制造虹吸为透过液抽吸水泵(清吸水泵)的有效工作创造条件;清水泵的作用是将经生物处理后的水在抽提作用下通过超滤膜,滤过液经由MBR集水管汇集到清水池/反洗水池排出。

　　 MBR系统设置一套擦洗及化学清洗系统,此系统是由擦洗空气、反洗水泵、次氯酸钠及柠檬酸加药装置构成。

　　 本工程设计包括进水泵房、曝气沉砂池、膜格栅池、BNR-MBR生物池、膜池及设备间、鼓风机房,具体尺寸及主要设备见表2和表3。

　　 BNR-MBR工艺将传统A²/O法的厌氧池和缺氧池倒置,采用多点进水的方式,通过这个方式,可以根据需要,对厌氧池和缺氧池的进水碳源分配进行优化调整,优化脱氮除磷效果。混合液采用双回方式流,该工艺自身变化调整的余地大,可以根据进出水水质优化运行方式。

　　 主要设计参数如下:

　　 (1)BOD₅污泥负荷0.11kgBOD₅/(kgMLSS·d);水力停留时间,缺氧4h、厌氧2.1h、兼氧池2.52h、好氧4.54h;混合液污泥浓度7.2g/L。

　　 (2)综合产泥率0.6kgSS/kgBOD₅。

　　 (3)曝气方式:鼓风微孔曝气,曝气器1 970m,设计参数:通气量6~9 m³/h,清水氧转移率≥35%,阻损≤300mm。

　　 膜池污泥回流比R=500%;好氧区至缺氧区混合液回流比>250%,好氧区至兼氧区<150%。

　　 2012 年开始运行,实际进水COD、BOD₅均低于设计值(见表4),兼氧池没有曝气充氧,出水基本达到设计出水水质(COD绝大多数低于30mg/L),极少时间投加碳源(冰乙酸,冬季),除磷效果很好。

　　 2014年一年中排水管理处、环保局每月检测数据(年平均COD 24.8 mg/L、NH₃-N 0.6 mg/L、TP 0.20mg/L),表明BNR-MBR工艺处理低浓度污水效果良好。

　　 各膜池产水设定值100~240 m³/h;产水负压(TMP)限制-35kPa;出水浊度<0.5NTU;各廊道产水/停歇时间7min/1min;在线清洗流量(CIP)/压力30m³/h/<50kPa;膜清洗系统运行:1周1次小洗,3 000mg/L(有效氯浓度)次氯酸钠,1年2次大洗,人工冲洗后用2%的柠檬酸(用草酸将pH调至2)浸泡,再用3 000mg/L(有效氯浓度)次氯酸钠浸泡。

　　 膜组件的中空纤维膜0.1~0.4μm孔径,一阶段运行发现大肠杆菌超标,增加消毒设施。为了延长膜组件寿命,膜池污泥浓度控制,夏季约6 000mg/L,冬季约8 000 mg/L。夏季缺氧池、厌氧池、兼氧池、好氧池混合液浓度分别5 400mg/L、5 000mg/L、5 000mg/L、5 400mg/L左右。

　　 温度降低时,污泥的粘度会有所提高,从而造成膜过滤压差的上升速率加快,膜污染加剧,低温季节,严密监测污泥混合液变化和出水水质变化,及时调整,防止膜组器发生不可逆污染。

　　 好氧区、膜区的曝气量要均匀,是控制曝气的首要原则;其次是保证各区混合液良好的混合与DO浓度。好氧区DO无需过高,保证2mg/L即可,过高会造成缺氧区内回流污泥对反消化的干扰,膜区需要有足够的风量,否则容易造成膜丝表面积泥,影响水量。

　　 回流污泥量的控制,采用回流率恒定,当入流污水量变化时,回流污泥相应做调整。当剩余污泥排放量基本不变时,可保持MLSS、F/M以及曝气池内污泥基本恒定。通过调整各回流量和剩余污泥量,可控制区内污泥浓度比例,从而在进水条件和环境条件发生变化时,灵活调整活性污泥内微生物的群落结构,控制有机物、氮、磷等各污染物指标的有效去除。