MBR工藝在北小河污水處理廠改擴建工程中的應用
1、工程概況
北京市北小河污水處理廠改擴建及再生水利用工程是北京市污水處理和資源化的重要工程項目,建設總規模為10萬m3/d。該工程分為:改造現狀4萬m3/d污水處理設施和新建6萬m3/d 污水處理設施。改造后的設施出水質量將達到城鎮污水處理廠一級B標準,并排入北小河;新建的設施出水水質將達到一次回用要求,并向北小河流域的亞云村、大屯開發區以及奧林匹克公園地區提供城市綠化、住宅區沖廁用水等市政雜用水,向太陽宮熱電廠提供工業冷卻水,向該區域內的奧運湖、南湖渠公園、太陽宮公園、鴻華綠苑運動休閑園等河湖水系定期提供補、換水,尤其是向奧運公園中心區提供1萬m3/d 的高品質再生水。北小河污水處理廠總占地面積6 hm2,擴建部分(6萬m3/d)可用地僅1.7 hm2(包括清水池及配水泵房)。該工程的實施對于奧運建設項目、北京市景觀水體的建設和污水資源化有著重要的意義。
2、工藝流程
2、1原工藝流程及其改造
原北小河污水處理廠一期設計處理規模4萬m3/d,采用A/O工藝。北小河污水處理廠占地面積6萬m2,服務面積30km2,其工藝流程見下圖。
改造部分(4萬m3/d)是將原有工藝改造成為具有脫氮除磷功能的A2/O工藝(工藝中含化學除磷和UV 消毒),處理后出水達到二級處理的一級標準,排入北小河。
2、2 新建污水處理工藝流程
根據出水6萬m3/d 達到一次回用,其中1萬m3/d達到高品質再生水的要求,并滿足現況北小河污水處理廠占地面積要求,采用能大大節省占地且出水水質能達到一次回用要求的MBR工藝,工藝流程見下圖。
設計中采用了3種消毒工藝,即:紫外線先對MBR膜池出水進行整體消毒,殺滅水中病原微生物;而后,其中的5萬m3/d 水量經過臭氧接觸池達到脫色、除味和消毒的目的,從而使出水水質在感觀上得到進一步改善,另外1萬m3/d 的水量經過RO反滲透工藝,使水的品質進一步提高,成為高品質再生水;最后,由于紫外線和臭氧消毒均沒有持續殺菌的能力,所以需要加少量氯(采用二氧化氯)消毒,以保持管網的余氯,避免管網的二次污染。
2、3 MBR系統簡介
在北小河污水處理廠改造工程及再生水利用工程中,MBR處理部分分為MBR生物池和MBR膜池(包含設備)。其中:MBR 生物池由厭氧池、缺氧池、變化區、好氧池組成;MBR 膜池主要由膜設備及矩形鋼筋混凝土池組成。因為MBR膜池對MBR生物池有污泥回流,所以MBR系統可以認為是分體式MBR。MBR膜池也可看成獨立的一體式MBR,由其前面的生物池為其進行脫氮除磷和去除有機物的預處理,以減小MBR膜的負荷和清洗難度。浸沒式膜組件放在單獨的膜池中,在滲透(出水)泵產生的真空條件下,水穿過膜而完成過濾過程,膜池取代了傳統二沉池固液分離和顆粒濾料濾池過濾的功能。膜系統共設有8個膜池,每個膜池設計安裝38個膜組件,預留4個膜組件,一共可安裝42個膜組件。每個膜組件內裝有16個MEMCOR 的B30R膜元件,膜元件為PVDF中空纖維膜,單個元件的膜面積為37.6 m2。
2、4 UCT與MBR組合
由于A/A/O工藝中的回流污泥中很難保證不含有硝酸鹽及亞硝酸鹽,為了徹底排除在磷釋放池內硝酸鹽及亞硝酸鹽的干擾,故MBR生物池采用UCT工藝。UCT工藝不是將污泥回流到磷釋放池,而是回流到其后的反硝化池,在反硝化池內排除硝酸鹽及亞硝酸鹽后,再引入磷釋放池與原污水混合。與A/A/O工藝相比,UCT工藝在適當的COD/TKN 比例下,缺氧區的反硝化可使厭氧區回流混合液中硝酸鹽含量接近于零。UCT工藝中厭氧區、缺氧區、好氧區是單個反應器,每個反應區都是完全混合的,泥齡13~25d(通常≥20d),工藝過程的典型水力停留時間為24h,UCT與MBR組合工藝流程見下圖。UCT工藝為MBR 進水進行預處理,預先脫氮除磷和去除有機物,從而減輕了MBR的運行負荷,提高了MBR壽命和出水水質。
2、5 MBR與RO組合
從MBR膜池排出的水經UV消毒渠后,1萬m3/d的水量直接進入RO反滲透膜系統,反滲透膜幾乎能夠去除水中全部溶解性物質和微生物等,產生的優質回收(純)水可滿足工業用水和飲用水源補給水的要求。MBR膜池是由微濾(MF)、超濾(UF)或納濾(NF)膜組件組成,膜池中采用PVDF 中空纖維膜,孔徑在超濾范圍內,可滿足RO對原水預處理的要求。各過濾膜孔徑及分離對象情況見下表。將MBR膜池作為RO工藝的預處理并與之結合構成MBR-RO組合工藝,既可有效保證RO系統連續運行、控制膜污染,還可獲得高質量的回收水。
3、結論
在北小河污水處理廠改擴建及污水利用工程中,根據工程的特殊性,大膽采用了2種工藝的組合,即:UCT工藝與MBR工藝組合、MBR工藝與RO工藝組合,這在國內外都極為少見,并且取得很好的效果。MBR-RO系統既充分發揮了MBR工藝的高效生物降解優勢,又滿足了RO對原水預處理的要求, 為污水回收提供了一種新的選擇途徑。
在污水處理回用領域中,MBR 作為一種新興、高效的廢水處理技術,受到世界上廣泛的關注。在過去的30年中,隨著膜組件價格的降低和膜性能的提升,MBR污水處理技術得到了飛速發展。可以預見在不久的將來,隨著膜技術的進步,MBR 工藝及其與各種活性污泥法的組合必將在污水、廢水處理領域尤其是污水處理廠改擴建工程及中水回用工程中得到更加廣泛的運用。
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