1工程概況
本工程為北京某鎮(zhèn)級新建污水處理廠，設(shè)計規(guī)模為3000m3/d。設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)參照臨近區(qū)域同等市政污水處理廠，設(shè)計出水水質(zhì)要求同時達(dá)到《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB18920-2002）及北京市《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB11/890-2012）A標(biāo)準(zhǔn)。綜合上述標(biāo)準(zhǔn)，本工程設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)要求見表1。
由表1可知，進(jìn)水水質(zhì)為典型的市政污水，BOD5/COD=0.7，BOD5/TN=6.2，BOD5/TP=50，可生化性良好，適宜采用生物脫氮除磷工藝。
由于出水水質(zhì)要求極其嚴(yán)格，對于BOD5、COD、NH3-N等指標(biāo)，需采用污泥齡較長的工藝；對于SS要求不超過5mg/L，可采用砂濾或膜過濾等工藝；對于TP，僅依靠生化除磷難以達(dá)標(biāo)，需輔助化學(xué)除磷。因此本工程生化系統(tǒng)采用MBR工藝，其具有污泥齡長、污泥濃度高、出水優(yōu)良等特點。
但是，一般生化處理很難使COD降解到20mg/L，MBR工藝一般可將其降解到30mg/L以下，因此需在MBR系統(tǒng)后增加深度物化處理，本項目采用高級氧化—臭氧催化氧化工藝（AOPs）。
綜上所述，本工程新建污水處理廠所采用的主體工藝為：預(yù)處理+MBR生化+高級催化氧化。
2工程設(shè)計
2.1工藝流程（見圖1）
2.2構(gòu)筑物設(shè)計
2.2.1預(yù)處理區(qū)
預(yù)處理主要分為3部分：粗格柵渠+提升泵房，沉砂池+調(diào)節(jié)池，細(xì)格柵渠+膜格柵渠。
(1)粗格柵渠。設(shè)置機械粗格柵，用以截留污水中較大的懸浮物或漂浮物。設(shè)計流量時考慮水量變化系數(shù)1.82，選擇1臺機械格柵，間隙10mm。格柵渠設(shè)置2條，分別是工作渠及檢修渠，檢修渠安裝10mm的人工平面格柵，作為檢修時的臨時措施。格柵渠為全地下結(jié)構(gòu)。
(2)提升泵房。在格柵渠后設(shè)置提升泵房，由于來水標(biāo)高較深，需要進(jìn)行兩次提升，因此在粗格柵渠后設(shè)置提升泵對污水進(jìn)行一次提升。設(shè)置3臺潛水泵，2用1備，24h連續(xù)運行?？紤]來水的變化，其中1臺泵設(shè)置變頻。提升泵房為全地下結(jié)構(gòu)。
(3)沉砂池。池內(nèi)設(shè)集砂坑，液面處設(shè)電動撇渣管，去除水中的油脂類物質(zhì)及浮渣。設(shè)計有效水深1m，水力停留時間10min，半地下結(jié)構(gòu)。
(4)調(diào)節(jié)池。鎮(zhèn)級污水處理廠水量晝夜變化明顯，需考慮水量調(diào)節(jié)措施消峰平谷，在預(yù)處理段設(shè)置調(diào)節(jié)池。調(diào)節(jié)池設(shè)有潛水提升泵，對污水進(jìn)行二次提升，以達(dá)到后續(xù)重力自流的高程要求。設(shè)計水力停留時間6h，分2格，可分別排空檢修或清掏。設(shè)置2臺潛水?dāng)嚢杵鳎?臺潛水泵（2用1備），24h連續(xù)運行，其中1臺泵設(shè)置變頻控制。調(diào)節(jié)池為半地下結(jié)構(gòu)。
(5)細(xì)格柵渠。設(shè)置機械細(xì)格柵1臺，柵隙3mm，全地上結(jié)構(gòu)。
(6)膜格柵渠。設(shè)置1臺機械格柵，間隙1mm。格柵渠設(shè)置2條，其中1條安裝5mm的網(wǎng)面格柵，作為檢修時的臨時措施，全地上結(jié)構(gòu)。
2.2.2MBR生化處理區(qū)
MBR生化處理區(qū)分為厭氧池、缺氧池、好氧池和MBR膜池，均分為2個系列。
(1)厭氧池。厭氧池有效水深6m，水力停留時間1.8h，滿足厭氧釋磷的要求。單系列各設(shè)1臺潛水?dāng)嚢杵鳎苿铀鞑⑿纬蓞捬醐h(huán)境。
(2)缺氧池。缺氧池的功能是脫氮，在此反應(yīng)器中，反硝化菌利用污水中的有機物作碳源將膜池回流污泥中帶入的大量NO3-和NO2-還原為N2并釋放到空氣中，BOD5濃度繼續(xù)下降，TN濃度也大幅度下降。設(shè)計缺氧池有效水深6m，水力停留時間4h，單系列各設(shè)1臺潛水?dāng)嚢杵鳎苿铀鞑⑿纬扇毖醐h(huán)境。同時各設(shè)置1臺潛水回流泵，回流污泥至厭氧池，回流比為200%。
(3)好氧池。在曝氣條件下利用池中大量繁殖的活性污泥微生物通過自身的降解和吸附作用除去水中的有機物質(zhì)，以達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。設(shè)計好氧池有效水深6m，水力停留時間4.5h，單系列均設(shè)曝氣裝置，為好氧池供氧并混合攪拌。同時各設(shè)置1臺潛水回流泵，回流污泥至缺氧池，回流比為400%。曝氣鼓風(fēng)機選用2臺，1用1備。
(4)MBR膜池。MBR膜池利用膜對生化反應(yīng)池內(nèi)的含泥污水進(jìn)行過濾，實現(xiàn)泥水分離。一方面，膜截留了反應(yīng)池中的微生物，使池中的活性污泥濃度大大增加，達(dá)到很高的水平，使降解污水的生化反應(yīng)進(jìn)行得更迅速更徹底；另一方面，由于膜的高過濾精度，去除了大部分懸浮物質(zhì)，得到高質(zhì)量的產(chǎn)水。設(shè)計膜池有效水深3.8m，水力停留時間1.6h。單系列膜組器數(shù)量2組，各預(yù)留1個空位。膜池各設(shè)置1臺潛水回流泵，回流污泥至好氧池，回流比為500%。膜池設(shè)置MBR膜組件系統(tǒng)及配套的出水、吹掃、離線清洗等系統(tǒng)。
(5)抽水系統(tǒng)。生物降解后的水在離心泵的抽吸作用下通過MBR膜組件，濾過液經(jīng)由MBR集水管匯集，送入后續(xù)處理單元。為了防止膜污染，抽吸泵采用了間歇抽吸的方式運行，間歇運行即抽吸泵出水時間不連續(xù)，運行7min停1min。選用3臺抽吸泵，2用1備，均為變頻控制。
(6)吹掃系統(tǒng)。MBR膜組件設(shè)有專用吹掃系統(tǒng)，吹掃抖動膜元件，以防止污泥在膜元件周邊累積，影響膜元件通透性。
(7)膜清洗系統(tǒng)。選用2臺清洗泵，1用1備，均變頻控制。藥劑采用次氯酸鈉和檸檬酸，設(shè)計選用相應(yīng)的儲罐和加藥泵。
(8)除磷加藥系統(tǒng)。為了保證系統(tǒng)對磷的去除效果，另外設(shè)置化學(xué)除磷加藥系統(tǒng)，本工藝除磷藥劑采用PAC，投加量25mg/L，選用1臺儲罐和2臺加藥泵。
2.2.3深度處理區(qū)
(1)催化氧化池。本工程選用的高級氧化為臭氧催化氧化，這是目前處理難降解有機廢水的前沿技術(shù)之一，采用臭氧氧化劑，在常溫常壓下，通過特殊配方載體金屬離子催化劑的催化作用，有效生成和增加反應(yīng)體系內(nèi)的羥基自由基，從而產(chǎn)生全面和激烈的氧化反應(yīng)，以去除或分解轉(zhuǎn)化高難降解的COD，與其他處理工藝配套性極強。本工藝設(shè)計催化氧化池有效水深6m，水力停留時間1h，臭氧和催化劑有效接觸時間30min。臭氧投加量為20mg/L。設(shè)置臭氧制備系統(tǒng)1套，臭氧產(chǎn)生量2.5kg/h。設(shè)置催化氧化池的布水布?xì)庀到y(tǒng)，以便臭氧能更均勻地進(jìn)入反應(yīng)區(qū)。設(shè)置反洗系統(tǒng)，選擇2臺反洗水泵，2臺反洗鼓風(fēng)機。
(2)清水池。由于生化段MBR清洗藥劑為次氯酸鈉，最終出水消毒也采用次氯酸鈉，處理后的出水經(jīng)回用水泵輸送至再生水管網(wǎng)，用于鎮(zhèn)中心區(qū)綠化灌溉用水、景觀用水、建筑沖廁用水、道路澆灑用水等。設(shè)計清水池有效水深6m，水力停留時間3h。次氯酸鈉投加量為2mg/L。選擇2臺加藥泵。
2.2.4污泥脫水系統(tǒng)
設(shè)計污泥濃縮池有效水深4m，水力停留時間16h。污泥脫水系統(tǒng)處理干污泥量設(shè)計為750kgDS/d，脫水后含固率大于20%。
2.2.5除臭系統(tǒng)
設(shè)置除臭系統(tǒng)1套，以保證廠區(qū)有良好的工作環(huán)境，設(shè)計臭氣處理量為3000Nm3/h。
2.3設(shè)計優(yōu)化
2.3.1工藝設(shè)計優(yōu)化
(1)考慮污水中含有一定的無機砂礫以及油脂類物質(zhì)，會對MBR膜造成較大的損害，在本工藝中選用平流沉砂池，一方面對無機砂礫進(jìn)行沉淀去除，另一方面設(shè)置手電動撇渣管對浮渣及油脂類進(jìn)行去除。
(2)考慮到MBR系統(tǒng)的膜絲易被纖維毛發(fā)類等物質(zhì)纏繞，對預(yù)處理要求較高，設(shè)計采用三級格柵，分別是10mm、3mm和1mm，以保證后續(xù)MBR系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
(3)膜組器吹掃采用高低曝氣，傳統(tǒng)設(shè)計計算吹掃量為130m3/（m２˙h），采用高低曝氣后，設(shè)計平均吹掃量為80m3/（m２˙h），可以大大降低鼓風(fēng)機的運行能耗。
(4)膜池回流采用推入排出式（見圖2），傳統(tǒng)膜池為方便回流，配水渠需繞到膜池另一側(cè)，配水渠和回流渠水力停留時間較長，土建量也較大，采用推入排出式可節(jié)省土建量，方便膜池的回流。
(5)由于對出水水質(zhì)要求很高，尤其是出水COD要求達(dá)到20mg/L以下，因此深度處理采用臭氧催化氧化工藝，傳統(tǒng)方式去除COD需投加的臭氧量較大，投加比例O3/COD為3，而采用臭氧催化氧化工藝，投加比例O3/COD可降為1.5～2，大大減少臭氧的投加量。
2.3.2設(shè)備設(shè)計優(yōu)化
(1)細(xì)格柵和膜格柵均采用內(nèi)進(jìn)流式網(wǎng)板格柵，網(wǎng)板格柵可以通過調(diào)整柵板的長度和柵板的數(shù)量以適應(yīng)不同的渠道長度和水位高度及流量，結(jié)構(gòu)靈活，不會增加渠道尺寸，占地面積小。而轉(zhuǎn)鼓式格柵一旦水位增高，則需增大轉(zhuǎn)鼓的直徑，因此渠道的寬度和深度都需相應(yīng)增加，占地面積增加。并且網(wǎng)板格柵采用全封閉方式，可直接連接除臭管道，不用再設(shè)置封閉設(shè)施，外觀更簡潔。
(2)曝氣鼓風(fēng)機采用1用1備，膜池吹掃風(fēng)機為2用，鼓風(fēng)機均為變頻控制，以降低能耗；同時曝氣鼓風(fēng)機也作為膜池吹掃風(fēng)機的備用，增加備用鼓風(fēng)機的利用率。
(3)膜抽水系統(tǒng)采用抽真空發(fā)生器，常規(guī)的抽真空系統(tǒng)包括抽真空泵、氣水分離罐等，系統(tǒng)復(fù)雜，占地大，而抽真空發(fā)生器體積非常小，節(jié)省占地。
(4)膜清洗系統(tǒng)均設(shè)置CIP泵，本工程設(shè)置1套變頻供水系統(tǒng)（2臺泵和1臺穩(wěn)壓罐），可同時作為膜清洗用CIP泵和廠區(qū)回用水泵，膜組件不需清洗時常開1臺泵，在膜組件清洗時再開另1臺泵，提高了泵的利用效率，減少泵的設(shè)置，以降低投資和運行能耗。
2.4運行成本
本工程單位水量處理總成本2.854元/m3，單位水量處理經(jīng)營成本1.985元/m3。
3小結(jié)
(1)本工程設(shè)計規(guī)模3000m3/d，出水水質(zhì)要求很高，相當(dāng)于準(zhǔn)地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。工藝設(shè)計采用了預(yù)處理+MBR+高級氧化的工藝，保障出水達(dá)標(biāo)。
(2)本工程對工藝設(shè)計和設(shè)備選型均進(jìn)行了優(yōu)化，單位水量處理總成本2.854元/m3，單位水量處理經(jīng)營成本1.985元/m3。
(3)目前，本工程已完成施工和設(shè)備安裝，但尚未通水，筆者將后續(xù)關(guān)注實際運行效果。
來源:《給水排水》 作者:鄧?yán)?侯曉慶等
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