組合式生物膜SBR工藝在小區中水回用的設計與運行
摘要：本文介紹了組合式生物膜SBR工藝在深圳市星河。丹堤生活小區中水回用中的設計與運行情況。運行表明該工藝處理效果好、運行穩定、占地省、對周邊環境影響小,適合在建筑面積10萬m2以上小區污水處理中推廣。
關鍵詞：小區中水回用; 組合式生物膜; SBR工藝; 設計; 應用
1 項目概況
深圳星河·丹堤生活小區住宅項目為豐澤湖山莊有限公司投資開發建設項目，位于深圳市福田區與寶安區交界的梅林二線關口內，西面為已建成使用的豐澤湖一期項目。2005年5月經有關部門批準許可，豐澤湖山莊有限公司投資新建了星河·丹堤中水回用項目。該項目為深圳星河·丹堤生活小區住宅項目的配套設施，設計處理水量為4800t/d，總投資額約1000萬元。該項目于2005年5月份正式開工，2006年4月中旬進入試運行，目前處理水量為800～1500m3/d（因星河·丹堤生活小區二期別墅及高層區尚未竣工，處理水量尚未達到設計值），全部回用為豐澤湖一期綠化、道路、車輛沖洗、景觀水補水、換水，同時為星河·丹堤二期項目提供施工用水及公共廁所沖洗用水。
2 工藝設計
2.1 處理水量
星河·丹堤生活小區項目建筑面積為51萬m2，每100 m2 按4人計算，小區居住人口前期為6000人，后期為14400人，總計2.04萬人，生活用水量標準按0.26m3/(d·人)，生活污水量標準取生活用水量標準的90%，則該項目日排污水量為：20400人×0.26m3/(d·人)×90%=4774 m3/d，取值為4800 m3/d。
2.2 設計進出水水質
由于本項目尚未完全建成，無法提供準確的污水水質，現參考張自杰主編的《環境工程手冊·水污染防治卷》典型的生活污水水質，結合對前期污水水質監測數據，并考慮到工藝流程中設有調節池，可對水質進行調節，確定本項目進水水質如表1。
本處理站出水用于綠化、道路、車輛沖洗、景觀水補水、換水及公共廁所沖洗用水，出水水質要求較高。根據要求其設計出水水質執行建設部2000年頒布的中華人民共和國建設行業標準中的《再生水回用于景觀水質的水質標準》及《景觀環境用水的再生水水質標準》（GB/T 18921-2002）和《城鎮雜用水水質標準》（GB/T 18920-2002），指標如表2。
2.3 設計工藝流程
如圖1所示, 小區共設四個污水提升泵站，在進泵站總進水管上設置管道破碎機，將毛巾、塑料袋等易堵塞提升泵的雜物破碎后，污水經提升泵輸送進入生物膜厭氧池（厭氧池中安裝彈性立體填料），經厭氧處理后污水自流入污水處理中心，經轉鼓式超細格柵（柵距1ｍｍ）去除較小懸浮物后，污水自流入調節池，調節池內提升泵根據組合式生物膜SBR工藝的運行要求控制運行狀況。組合式生物膜SBR工藝池分接觸氧化段和SBR段兩大部分，其運行過程分進水曝氣、沉淀、潷水、閑置四個階段，并形成重復循環，經組合式SBR工藝進行生物處理后，潷水泵運行將處理出水潷入V型濾池過濾，并在V型濾池進水口投加聚合氯化鋁（PAC）強化V型濾池過濾時的除磷效果，過濾水經紫外線消毒后流入清水池，通過變頻回用裝置提升輸送至各中水回用用水點，多余水量自清水池溢流管外排至小區雨水管。
V型濾池累計運行24～48h后進行反沖洗，反沖洗排水重力流入豎流沉淀池，豎流沉淀池上清液排入調節池，池底污泥用20kg塑料桶桶裝密封后外運至就近污水處理廠處理。組合式SBR工藝的剩余污泥通過循環泵定期排入生物膜厭氧池，利用厭氧工藝對污泥進行減量消化，少量剩余污泥一部分隨轉鼓超細格柵去除的柵渣排出系統，另一部分呈絮狀隨潷水經V型濾池過濾時截留，并通過V型濾池反沖洗水進入豎流沉淀池，最后用塑料桶密封后外運排出系統，因此該工藝不設污泥脫水處理裝置。
2.3.1 轉鼓式超細格柵
采用全不銹鋼加長型GL3-600轉鼓式楔型篩網細格柵，柵距為1mm，轉筒直徑D為600mm，選用兩臺，一用一備，進水流量較大時，兩用互備。單臺格柵機處理水量126m3/h，柵渣自動收集后集中外運。
2.3.2 調節池
為了保證后續處理構筑物或設備的正常運行，需設調節池對廢水的水量和水質（主要是水量）進行調節。該調節池設計采用機械攪拌方式，在調節池內設潛水攪拌器進行攪拌。調節池為地下鋼混結構，單格尺寸：長×寬×高＝19×5×5m，設兩格，有效水深4.5m，有效容積855m3，設計水力停留時間4.3h，調節池內設二臺潛污泵，庫房備用一臺，共三臺潛水泵。潛污泵參數：Q=400m3/h，H=10 m。
2.3.3 接觸氧化池
接觸氧化池為地下鋼混結構,設計成獨立的2組，每組分為4格，單格凈尺寸：長×寬×高＝4×3.675×5m，有效水深4.5m，總有效容積530m3，水力停留時間2.65h，容積負荷為0.452kgBOD5/m3.d。接觸氧化池內安裝彈性立體填料。
曝氣系統采用下彎式穿孔管曝氣裝置，接觸氧化池根據工藝要求及水質特點，可將第2格或第3格曝氣閥關閉形成缺氧段。設三臺羅茨鼓風機為接觸氧化池供氧，2用1備。配1臺變頻器。鼓風機參數：Q=8.7m3/min，H=4.9mH2O。
2.3.4 SBR池
SBR池為地下鋼混結構,該池前端與接觸氧化池末端相連,設計成獨立的2組，每組分為5格, 單格凈尺寸：長×寬×高＝5×7.65×5m，有效水深4.5m，總有效容積1721m3，水力停留時間8.6h，容積負荷為0.279 kgBOD5/m3.d，SBR池內前三格安裝彈性立體填料，后兩格安裝新型礦物濾料（SVA濾料）。曝氣系統采用下彎式穿孔管曝氣裝置，設三臺羅茨鼓風機為接觸氧化池供氧，2用1備。配1臺變頻器。鼓風機參數：Q=24.2m3/min，H=4.9mH2O。
2.3.5 V型濾池
采用鋼制一體式超高速V型濾池兩座，濾池規格L×B×H=3.1 m×1.9 m×3.5m，濾料采用石英砂和陶粒雙層濾料，濾速為20～40m/h，采用氣水反沖洗方式，水洗強度5L/(m2·s),氣洗強度10L/(m2·s),反沖洗水使用清水池內處理水。V型濾池配置了自控系統，對濾池的過濾、反沖洗自動控制運行。
2.3.6 靜態豎流沉淀池
V型濾池反沖水進靜態豎流沉淀池處理后排入調節池。為了節省占地，靜態豎流沉淀池采用間歇式運行方式。采用鋼制一體式結構,池直徑2m，高3m
2.3.7紫外線消毒池
紫外線消毒池平面尺寸為4.15×0.81m。
主要設計參數：懸浮含量低于20 mg/L (最大值)；平均流量：4800 m3/d；峰值系數為１；紫外穿透率為65%(最小值) 。
2.4 主要污染物質的去除
2.4.1 SS的去除
本設計采用了轉鼓細格柵與V型濾池過濾工藝，能有效地將污水中懸浮物（含絲狀懸浮物）去除，污水中Φ1mm以上的無機顆粒和有機顆粒主要通過轉鼓細格柵的篩濾功能去除；Φ1mm以下的有機顆粒靠組合式生物膜SBR工藝中的生物膜降解作用去除，而Φ1mm以下的無機顆粒則在V型濾池中被濾料截留去除，因此能有效地保證出水SS達到10mg/L以下。
2.4.2 BOD5去除
污水中BOD5的去除是靠微生物的吸附作用和代謝作用，然后對老化生物膜與水進行分離來完成的。生物膜中的微生物在有氧的條件下將污水中的一部分有機物用于合成新的細胞，將另一部分有機物進行分解代謝以便獲得細胞合成所需的能量，其最終產物是CO2和H2O等穩定物質。微生物的好氧代謝作用對污水中的溶解性有機物和非溶解性有機物都起作用，并且代謝產物是無害的穩定物質，因此，處理后污水中的殘余BOD5濃度很低。
2.4.3 CODcr的去除
污水中CODcr去除的原理與BOD5基本相同。本設計在二級生化處理前設計了生物膜厭氧工藝，在生物處理后設計了過濾工藝，因此能有效地將出水CODcr控制在50mg/L以下。
2.4.4 NH3-N的去除
本設計采用了組合式生物膜SBR工藝，由于在SBR工藝段應用了新型礦物濾料SVA濾料（比表面積10～60m2/g），其巨大的比表面積有利于硝化細菌的生長繁殖，同時該工藝選擇了12h的水力停留時間，工藝水力流態為完全混合式和推流式相結合，能有效地強化硝化效果，從而在污水進水NH3-N為45mg/L較高的情況下保證出水NH3-N低于10mg/L。另外，組合式生物膜SBR工藝采用了多點布氣（18個點），能在接觸氧化段和SBR段形成A/O工藝，通過系統的反硝化功能去除TN，通過以上措施，該工藝具有良好的除N效果。
2.4.5 TP去除
本設計采用生物除磷與化學除磷相結合的方式，由于本項目采用了生物膜厭氧+組合式生物膜SBR工藝組合，有利于聚磷菌在厭氧池釋磷，在好氧池吸磷，從而達到較好的生物除磷效果，系統中富積的磷由老化膜通過潷水泵潷水進入V型濾池過濾截留，并通過反沖洗水在豎流沉淀池靜沉后排出。由于進水含磷較高，生物除磷不能完全保證出水達標，因此在V型濾池進水口投加聚鋁等藥劑進行化學除磷，含磷泥通過豎流沉淀池外排，因此能保證出水含磷1.0mg/L的較高要求。
2.5 除臭系統工藝設計
除臭工藝可概括地分為濕式脫臭工藝、干式脫臭工藝及濕式—干式組合脫臭工藝。本設計采用干式脫臭中的生物脫臭工藝處理惡臭氣體，其工藝流程如圖2。
生物除臭裝置分收集系統和生物過濾系統兩部分，對惡臭氣體產生源采用封閉式設計并對其進行抽氣收集，主要將轉鼓超細格柵、調節池、接觸氧化池、SBR反應池等處臭氣收集后集中處理，通風機選用兩臺（一用一備），風機風量為2640m3/h,風壓為1.61kpa，生物過濾裝置采用鋼制一體式，外形尺寸為L×B×H=3×2.5×4.4m，共一座，用沸石、竹片和SVA濾料作為填料，利用附著在填料上的微生物降解所吸附的惡臭氣體。
2.6 工藝特點
（１）該工藝采用了國內首創的新型礦物濾料及先進的組合工藝技術，工藝產泥量少，能耗低，并且該工藝的核心處理單元組合式生物膜SBR工藝分為兩個獨立的操作單元，運行靈活，便于系統檢修，能保證系統檢修期間不停產。
（２）系統產生的臭味考慮了生物除臭裝置進行處理，確保污水處理站對周邊環境無不良影響。
（３）該工藝應用了管道破碎機和轉鼓超細格柵等新型水處理設備，較好地解決了生活小區懸浮物高易堵塞問題。
（４）該處理站布置緊湊，處理構筑物、設備間、中控室呈上下三層布置，所有的處理構筑物均布置在地下（占地面積913ｍ2）；所有設備均集中在第二層設備間（占地面積不到160ｍ2），確保設備檢修維護不影響周邊環境；中控室在第三層，占地面積僅55ｍ2，最大限度地節省了占地。
（５）污水處理站采用二級分布式計算機控制管理系統。全站的控制系統均采用自動控制、遙控和就地控制三種控制方式。自動控制由可編程序控制器按軟件程序和在線儀表按設定值控制完成，遙控由中央控制室操作人員控制，就地控制即在設備現場的手動控制。整個系統的自動化程度很高。
3 組合式生物膜SBR工藝的運行
3.1 組合式生物膜SBR工藝的啟動
組合式生物膜SBR工藝的啟動,采用引入附近城市污水處理廠脫水污泥進行接種培養方式，接種污泥量按污水量的5～10‰投加,開啟接觸氧化池和SBR池風機曝氣，控制接觸氧化池和SBR池DO為2～4 mg/L, 啟動循環泵使污水在接觸氧化池和SBR池之間形成水力循環，加快污泥培養速度；曝氣一段時間后，停止曝氣靜沉，取SBR池上清液進行水質分析，當CODcr小于50 mg/L時，開啟潷水泵潷水，再開啟調節池泵將接觸氧化池和SBR池進滿，重新曝氣培養污泥，如此重復循環，直至接觸氧化池和SBR池污泥掛膜培養成熟。星河·丹堤中水回用項目于2006年4月15日進水培養污泥，至2006年4月25日，SBR池出水穩定達到設計值，從開始進水至污泥培養成熟，耗時十天左右。
3.2 組合式生物膜SBR工藝的運行管理及運行效果
從2006年5月至今，組合式生物膜SBR工藝進入穩定運行階段，其運行過程分進水曝氣、沉淀、潷水、閑置四個階段，一般滿負荷運行時循環周期為4h，進水曝氣1h，沉淀1h，潷水閑置2h，當組合式SBR工藝處于閑置后期時，調節池內提升泵啟動將污水提升至組合式SBR工藝的SBR段（接觸氧化段水位恒定），組合式SBR工藝的風機運行曝氣，同時循環泵啟動使組合式SBR工藝污水混合液形成水力循環，從而使污水、空氣、生物膜三相充分接觸反應，并可根據工藝需要通過控制接觸氧化段和SBR段某格的曝氣量形成A/O工藝的推流流態，從而使工藝單元具有碳化、硝化、反硝化生物反應過程。當組合式SBR工藝處于沉淀階段時，風機、循環泵停運，SBR工藝段進行固液分離；當組合式SBR工藝處于潷水階段時，潷水泵運行將SBR段上清液潷入V型濾池過濾。此階段運行數據見表３。
從表３可見，組合式生物膜SBR工藝運行穩定，出水水質可達到《景觀環境用水的再生水水質標準》（GB/T18921/2002）和《城鎮雜用水水質標準》（GB/T18920-2002），特別是NH3-N去除效果良好，遠低于設計出水水質。
4 結論
組合式生物膜SBR工藝用于小區生活污水處理回用，處理效果好、運行穩定、占地省、對周邊環境影響小,非常適合在建筑面積10萬m2以上小區污水處理中推廣。
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