又見(jiàn)污水廠超高排放標(biāo)準(zhǔn)！
1工程概況
本工程為北京某鎮(zhèn)級(jí)新建污水處理廠，設(shè)計(jì)規(guī)模為3000m3/d。設(shè)計(jì)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(jì)出水水質(zhì)要求同時(shí)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(jì)進(jìn)出水水質(zhì)要求見(jiàn)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(duì)于BOD5、COD、NH3-N等指標(biāo)，需采用污泥齡較長(zhǎng)的工藝；對(duì)于SS要求不超過(guò)5mg/L，可采用砂濾或膜過(guò)濾等工藝；對(duì)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(zhǎng)、污泥濃度高、出水優(yōu)良等特點(diǎn)。
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(xiàng)目采用高級(jí)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(jí)催化氧化。
2工程設(shè)計(jì)
2.1工藝流程（見(jiàn)圖1）
2.2構(gòu)筑物設(shè)計(jì)
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(jī)械粗格柵，用以截留污水中較大的懸浮物或漂浮物。設(shè)計(jì)流量時(shí)考慮水量變化系數(shù)1.82，選擇1臺(tái)機(jī)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(shí)的臨時(shí)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(lái)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(duì)污水進(jìn)行一次提升。設(shè)置3臺(tái)潛水泵，2用1備，24h連續(xù)運(yùn)行。考慮來(lái)水的變化，其中1臺(tái)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(dòng)撇渣管，去除水中的油脂類物質(zhì)及浮渣。設(shè)計(jì)有效水深1m，水力停留時(shí)間10min，半地下結(jié)構(gòu)。
(4)調(diào)節(jié)池。鎮(zhèn)級(jí)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(duì)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(jì)水力停留時(shí)間6h，分2格，可分別排空檢修或清掏。設(shè)置2臺(tái)潛水?dāng)嚢杵鳎?臺(tái)潛水泵（2用1備），24h連續(xù)運(yùn)行，其中1臺(tái)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(jī)械細(xì)格柵1臺(tái)，柵隙3mm，全地上結(jié)構(gòu)。
(6)膜格柵渠。設(shè)置1臺(tái)機(jī)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(shí)的臨時(shí)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(gè)系列。
(1)厭氧池。厭氧池有效水深6m，水力停留時(shí)間1.8h，滿足厭氧釋磷的要求。單系列各設(shè)1臺(tái)潛水?dāng)嚢杵鳎苿?dòng)水流并形成厭氧環(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(jī)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(jì)缺氧池有效水深6m，水力停留時(shí)間4h，單系列各設(shè)1臺(tái)潛水?dāng)嚢杵鳎苿?dòng)水流并形成缺氧環(huán)境。同時(shí)各設(shè)置1臺(tái)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(guò)自身的降解和吸附作用除去水中的有機(jī)物質(zhì)，以達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。設(shè)計(jì)好氧池有效水深6m，水力停留時(shí)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(shí)各設(shè)置1臺(tái)潛水回流泵，回流污泥至缺氧池，回流比為400%。曝氣鼓風(fēng)機(jī)選用2臺(tái)，1用1備。
(4)MBR膜池。MBR膜池利用膜對(duì)生化反應(yīng)池內(nèi)的含泥污水進(jìn)行過(guò)濾，實(shí)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(guò)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(jì)膜池有效水深3.8m，水力停留時(shí)間1.6h。單系列膜組器數(shù)量2組，各預(yù)留1個(gè)空位。膜池各設(shè)置1臺(tái)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(guò)MBR膜組件，濾過(guò)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(yùn)行，間歇運(yùn)行即抽吸泵出水時(shí)間不連續(xù)，運(yùn)行7min停1min。選用3臺(tái)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(dòng)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(tái)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(jì)選用相應(yīng)的儲(chǔ)罐和加藥泵。
(8)除磷加藥系統(tǒng)。為了保證系統(tǒng)對(duì)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(tái)儲(chǔ)罐和2臺(tái)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(jí)氧化為臭氧催化氧化，這是目前處理難降解有機(jī)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(guò)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(qiáng)。本工藝設(shè)計(jì)催化氧化池有效水深6m，水力停留時(shí)間1h，臭氧和催化劑有效接觸時(shí)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(tái)反洗水泵，2臺(tái)反洗鼓風(fēng)機(jī)。
(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(jì)清水池有效水深6m，水力停留時(shí)間3h。次氯酸鈉投加量為2mg/L。選擇2臺(tái)加藥泵。
2.2.4污泥脫水系統(tǒng)
設(shè)計(jì)污泥濃縮池有效水深4m，水力停留時(shí)間16h。污泥脫水系統(tǒng)處理干污泥量設(shè)計(jì)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(jì)臭氣處理量為3000Nm3/h。
2.3設(shè)計(jì)優(yōu)化
2.3.1工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化
(1)考慮污水中含有一定的無(wú)機(jī)砂礫以及油脂類物質(zhì)，會(huì)對(duì)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(duì)無(wú)機(jī)砂礫進(jìn)行沉淀去除，另一方面設(shè)置手電動(dòng)撇渣管對(duì)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(duì)預(yù)處理要求較高，設(shè)計(jì)采用三級(jí)格柵，分別是10mm、3mm和1mm，以保證后續(xù)MBR系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
(3)膜組器吹掃采用高低曝氣，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算吹掃量為130m3/（m２˙h），采用高低曝氣后，設(shè)計(jì)平均吹掃量為80m3/（m２˙h），可以大大降低鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行能耗。
(4)膜池回流采用推入排出式（見(jiàn)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(shí)間較長(zhǎng)，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(duì)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(jì)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(guò)調(diào)整柵板的長(zhǎng)度和柵板的數(shù)量以適應(yīng)不同的渠道長(zhǎng)度和水位高度及流量，結(jié)構(gòu)靈活，不會(huì)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(jiǎn)潔。
(2)曝氣鼓風(fēng)機(jī)采用1用1備，膜池吹掃風(fēng)機(jī)為2用，鼓風(fēng)機(jī)均為變頻控制，以降低能耗；同時(shí)曝氣鼓風(fēng)機(jī)也作為膜池吹掃風(fēng)機(jī)的備用，增加備用鼓風(fēng)機(jī)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(tái)泵和1臺(tái)穩(wěn)壓罐），可同時(shí)作為膜清洗用CIP泵和廠區(qū)回用水泵，膜組件不需清洗時(shí)常開(kāi)1臺(tái)泵，在膜組件清洗時(shí)再開(kāi)另1臺(tái)泵，提高了泵的利用效率，減少泵的設(shè)置，以降低投資和運(yùn)行能耗。
2.4運(yùn)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(yíng)成本1.985元/m3。
3小結(jié)
(1)本工程設(shè)計(jì)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(jì)采用了預(yù)處理+MBR+高級(jí)氧化的工藝，保障出水達(dá)標(biāo)。
(2)本工程對(duì)工藝設(shè)計(jì)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(yíng)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(shí)際運(yùn)行效果。
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