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1 工程概況
某污水處理廠地處國(guó)家南水北調(diào)中線工程水源地丹江口庫(kù)區(qū)，廠區(qū)總占地面積為17 155㎡，預(yù)留用地面積為4 035㎡。污水廠現(xiàn)狀規(guī)模為1.5×104 m/d，二級(jí)處理采用CASS生物處理工藝，出水達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)后排入廠外安樂(lè)河，并最終匯入漢江。
2 技術(shù)路線
2.1 現(xiàn)狀處理效果及問(wèn)題分析
由圖1可知：污水廠現(xiàn)狀實(shí)際日均處理水量約為1.5×104 m/d，已達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷；進(jìn)廠水中污染物濃度的月均值均低于設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)；在實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)均低于設(shè)計(jì)值的情況下，污水廠出水水質(zhì)中CODCr、NH3-N和TP濃度可穩(wěn)定達(dá)到原設(shè)計(jì)國(guó)標(biāo)一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，但尚未達(dá)到準(zhǔn)地表IV類水標(biāo)準(zhǔn)；SS濃度可穩(wěn)定達(dá)到原設(shè)計(jì)國(guó)標(biāo)一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，且基本達(dá)到準(zhǔn)地表IV類水標(biāo)準(zhǔn)。
2.2 設(shè)計(jì)規(guī)模及水質(zhì)
此次改造設(shè)計(jì)中，近期處理規(guī)模為2.25×104 m/d，遠(yuǎn)期逐步達(dá)到3.0×104 m/d。污水廠服務(wù)范圍內(nèi)的工業(yè)以現(xiàn)代加工業(yè)、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)及相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)等輕污染工業(yè)為主，且出廠前廢水中有毒有害物質(zhì)濃度已達(dá)到《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》允許排放濃度。原污水中生活污水和工業(yè)廢水占比約為72%和28%，進(jìn)水水質(zhì)根據(jù)各類污水性質(zhì)加權(quán)計(jì)算。設(shè)計(jì)出水水質(zhì)執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中的IV類水標(biāo)準(zhǔn)，TN和SS執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)如表1所示。
2.3 工藝流程
本工程的主要任務(wù)是去除含氮污染物(NH3-N和TN)、含碳污染物(BOD5和CODCr)及含磷污染物。該污水廠提標(biāo)工程總體思路為：在保證設(shè)計(jì)出水水質(zhì)目標(biāo)的前提下，充分挖掘現(xiàn)狀污水處理設(shè)施的潛力，根據(jù)去除對(duì)象針對(duì)性地選擇處理工藝，避免資源浪費(fèi)。該污水處理廠現(xiàn)狀處理設(shè)施于2015年建成，結(jié)構(gòu)安全和工藝運(yùn)行均良好，廠內(nèi)預(yù)留用地空間不足。結(jié)合廠區(qū)現(xiàn)狀及設(shè)計(jì)出水水質(zhì)，本工程污水處理采用AAO/MBR工藝；污泥處理采用“重力濃縮+板框脫水”工藝，污泥含水率降低至60%以下后外運(yùn)。改造后的工藝流程如圖2所示。
AAO/MBR工藝是生物處理技術(shù)和膜分離技術(shù)的結(jié)合，其中MBR池代替?zhèn)鹘y(tǒng)二沉池，固液分離效果好，對(duì)細(xì)菌、病毒和懸浮物均有很好的截留效果。該工藝實(shí)現(xiàn)了生物池污泥齡和水力停留時(shí)間的完全分離，有利于維持長(zhǎng)污泥齡、高污泥濃度(一般為7～10 g/L)的生長(zhǎng)環(huán)境。
3 主要設(shè)計(jì)參數(shù)
本次提標(biāo)改造工程中土建按遠(yuǎn)期規(guī)模設(shè)計(jì)，設(shè)備按近期規(guī)模安裝，并預(yù)留遠(yuǎn)期設(shè)備安裝條件。預(yù)處理區(qū)、辦公區(qū)及化驗(yàn)區(qū)采用現(xiàn)狀設(shè)施，污泥脫水系統(tǒng)在現(xiàn)狀脫水區(qū)實(shí)施，僅對(duì)設(shè)施進(jìn)行擴(kuò)容改造，AAO生物池由現(xiàn)狀CASS生物池改造而成，新建MBR膜池及附屬設(shè)施在廠區(qū)規(guī)劃預(yù)留用地內(nèi)實(shí)施，改造后的平面布置如圖3所示。
3.1 膜格柵渠設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)采用內(nèi)進(jìn)流孔板式精細(xì)格柵，最大流量為1 812.5 m3/h，柵條間隙為1 mm，過(guò)柵流速為0.3 m/s。格柵渠平面尺寸L×B=17.1 m×4.9 m，柵前水深為2.7 m，1座2組并排布置，配套安裝溜槽、螺旋壓榨機(jī)及沖洗泵等。
3.2 現(xiàn)狀CASS生物池改造
該污水處理廠現(xiàn)狀生物處理單元采用2座4組CASS生物池，單座平面尺寸為38 m×31 m。此次改造設(shè)計(jì)中，拆除CASS池內(nèi)部現(xiàn)狀隔墻，按規(guī)范核算后重新劃分出厭氧池、缺氧池和好氧池。改造后AAO生物池的總停留時(shí)間為12.5 h，污泥齡為14 d，設(shè)計(jì)污泥濃度平均為7.0 g/L，污泥負(fù)荷為0.2 kg BOD5/(kg MLSS·d)，氣水比為5∶1。厭氧池平均停留時(shí)間為1.7 h，單格尺寸為14.55 m×6 m，有效水深為6 m，有效容積為522 m3。
缺氧池平均停留時(shí)間為4.6 h，單格尺寸為14.55 m×13 m，有效水深為5.95 m，有效容積為1 125 m3。好氧池平均停留時(shí)間為6.2 h，單格尺寸為14.55 m×16.9 m，有效水深為5.9 m，有效容積為1 450 m3。好氧池至缺氧池的混合液回流比為400%，采用8臺(tái)穿墻循環(huán)泵，每組2臺(tái)(1用1備)，單臺(tái)流量為1 250 m3/h；缺氧池至厭氧池的混合液回流比為200%，水泵布置同好氧池，單臺(tái)流量為625 m3/h。
3.3 MBR膜池設(shè)計(jì)
MBR膜池設(shè)計(jì)采用由PVDF(聚偏氟乙烯)中空纖維膜組成的成品膜組器，不僅可以避免膜絲相互纏繞、延長(zhǎng)其使用壽命，還能夠簡(jiǎn)化安裝及運(yùn)維過(guò)程，更便于操作。單臺(tái)膜組器外觀尺寸L×B×H=2.9 m×1.5 m×2.8 m，有效產(chǎn)水面積為2 100 m2，投影面積為3.54 m2。MBR膜池平面尺寸L×B=22.4 m×43.2 m，共設(shè)計(jì)6個(gè)安裝廊道、48個(gè)安裝機(jī)位。近期使用5個(gè)廊道、30個(gè)膜組器，膜通量為14.9 L/(m2·h)；遠(yuǎn)期使用6個(gè)廊道、42個(gè)膜組器，膜通量為14.2 L/(m2·h)。MBR膜池各子系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下。
(1)混合液進(jìn)出水系統(tǒng)
進(jìn)水通過(guò)管道從生物池出水堰自流至配水渠，然后通過(guò)廊道端部的配水孔進(jìn)入廊道內(nèi)部。MBR膜池設(shè)計(jì)污泥濃度為10 g/L，為維持生物池內(nèi)生物質(zhì)濃度，膜池內(nèi)的高濃度活性污泥混合液以500%的回流比回流至生物池的好氧池�；旌弦合冉�(jīng)水泵提升進(jìn)入混合液出水池，然后通過(guò)管道自流至好氧池。提升泵選用大流量、低揚(yáng)程的軸流泵，單臺(tái)流量為1 563 m/h，近期采用4臺(tái)(3用1備)，遠(yuǎn)期5臺(tái)(4用1備)。
(2)產(chǎn)水系統(tǒng)
混合液進(jìn)入廊道之后將膜組器浸沒(méi)，在真空泵和產(chǎn)水專用設(shè)備的作用下，膜絲內(nèi)部形成一定的真空度，混合液中的水分在外界水壓和大氣壓的作用下進(jìn)入膜絲，活性污泥則被攔截在膜絲外部，出水經(jīng)產(chǎn)水泵提升進(jìn)入清水池。為了控制膜污染，產(chǎn)水泵間歇運(yùn)行：每運(yùn)行7 min停1 min，實(shí)際運(yùn)行中另需考慮0.5 min的無(wú)效運(yùn)行時(shí)間，即產(chǎn)水時(shí)間按6.5 min計(jì)。設(shè)計(jì)選用7臺(tái)抽吸泵(6用1庫(kù)備)，每臺(tái)水泵對(duì)應(yīng)一個(gè)廊道，單臺(tái)流量為90 L/s，變頻控制。為節(jié)約用水，清水池內(nèi)的水一部分溢流進(jìn)入紫外消毒渠，一部分用于膜組器清洗。
(3)吹掃系統(tǒng)
產(chǎn)水時(shí)污泥會(huì)在膜表面聚集，膜孔堵塞、通量下降，因此，需吹掃膜絲、擦除膜表面堵塞物。本工程吹掃系統(tǒng)采用脈沖曝氣，周期為1～2 h，高曝時(shí)間為5～10 min，其余均為低曝。高曝時(shí)開(kāi)啟高曝氣氣動(dòng)閥門，吹掃強(qiáng)度為210 m/(㎡·h)(膜組器投影面積)；低曝時(shí)開(kāi)啟低曝氣氣動(dòng)閥門，吹掃強(qiáng)度為60 m/(㎡·h)。實(shí)際運(yùn)行中，為避免系統(tǒng)瞬時(shí)負(fù)荷過(guò)大，各廊道錯(cuò)峰吹掃，平均吹掃強(qiáng)度為90 m3/(㎡·h)。MBR膜池近期總風(fēng)量為160 m/min，遠(yuǎn)期總風(fēng)量為223m/min。本設(shè)計(jì)新建鼓風(fēng)機(jī)房一座，近期安裝3臺(tái)羅茨鼓風(fēng)機(jī)(2用1備)，遠(yuǎn)期另增加1臺(tái)，單臺(tái)風(fēng)機(jī)風(fēng)量為80 m/min，變頻控制。
(4)膜清洗系統(tǒng)
膜清洗有助于MBR膜通透性的恢復(fù)，清洗方式和主要參數(shù)如表2所示。
在線維護(hù)性清洗和在線恢復(fù)性清洗合稱為CIP清洗(在線清洗)，膜組器不需要從安裝廊道吊離。在CIP清洗過(guò)程中，首先關(guān)閉廊道兩端的進(jìn)出水閘門，然后將次氯酸鈉和檸檬酸注入清洗泵出水管，經(jīng)管道混合器混合后進(jìn)入產(chǎn)水泵進(jìn)水管，最后按照與產(chǎn)水相反的方向進(jìn)入膜組器內(nèi)部。CIP清洗強(qiáng)度為3 L/㎡(膜組器有效產(chǎn)水面積)，選用2臺(tái)離心泵(1用1備)，單臺(tái)流量為213 m/h；次氯酸鈉加藥泵采用2臺(tái)化工泵(1用1備)，單臺(tái)流量為1 000 L/h；檸檬酸加藥泵采用2臺(tái)化工泵(1用1備)，單臺(tái)流量為6 000 L/h；加藥過(guò)程均在15 min內(nèi)完成。離線清洗過(guò)程中，先通過(guò)起吊設(shè)備將膜組器吊至膜清洗區(qū)，然后按照酸-堿-清水的順序浸泡清洗。離線清洗可提前向清洗池內(nèi)注水，因此，加藥泵流量無(wú)需擴(kuò)大，仍按照CIP清洗所需流量選型。
(5)PAC輔助除磷系統(tǒng)
本次設(shè)計(jì)中，當(dāng)水質(zhì)惡化導(dǎo)致出水TP不達(dá)標(biāo)時(shí)，需投加PAC溶液輔助除磷，投加量為10～30 mg/L，平均投加量為20 mg/L。PAC原液濃度為10%，儲(chǔ)藥罐有效容積為6 m，儲(chǔ)藥時(shí)間為10 d。運(yùn)行過(guò)程中，為使藥液與污水混合均勻、充分發(fā)揮絮凝作用，在溶解罐內(nèi)將10%濃度的PAC原液稀釋10倍，然后利用加藥泵輸送至膜池配水渠。PAC溶解罐的有效容積為2.0 m，儲(chǔ)藥時(shí)間為8 h，采用2臺(tái)加藥計(jì)量泵，1用1備，單臺(tái)流量為150 L/h。為便于集中管理，PAC輔助除磷系統(tǒng)設(shè)置于MBR膜池設(shè)備間內(nèi)。
4 結(jié)論
該工程總投資為6 463.11萬(wàn)元(不含市政管網(wǎng)部分)，改造后單位水量處理成本為1.69元/t，單位水量處理運(yùn)行成本為1.14元/t。污水處理廠是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，本身并不產(chǎn)生直接的經(jīng)濟(jì)效益，其效益主要體現(xiàn)在環(huán)境效益和社會(huì)效益。污水處理廠的建設(shè)有助于控制污水排放對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成的負(fù)面影響，通過(guò)改善環(huán)境質(zhì)量可產(chǎn)生巨大的間接經(jīng)濟(jì)效益。隨著國(guó)家南水北調(diào)中線工程的實(shí)施，漢江中下游各段的自凈能力減弱、生態(tài)環(huán)境惡化。本工程的實(shí)施能夠有效削減排入漢江的污染物負(fù)荷，有助于實(shí)現(xiàn)城市供排水的良性循環(huán)和保障漢江沿線居民飲用水安全。
本次提標(biāo)改造新增構(gòu)筑物較少，主要為膜格柵、AAO生物池(現(xiàn)狀CASS生物池改造)、MBR膜池及設(shè)備間、MBR膜池鼓風(fēng)機(jī)房及其他配套設(shè)施改造，充分利用了現(xiàn)狀設(shè)施的潛力。采用MBR工藝后，生物池污泥濃度、容積負(fù)荷大大增加，使生物池在有效容積不變的情況下滿足設(shè)計(jì)水質(zhì)、水量的處理需求，且MBR池吹掃系統(tǒng)采用脈沖曝氣技術(shù)優(yōu)化后可節(jié)約30%～50%的風(fēng)量。AAO/MBR改造方案對(duì)廠區(qū)現(xiàn)狀擾動(dòng)較小、與現(xiàn)狀處理設(shè)施銜接順暢、施工方便，為該類水廠的提標(biāo)改造提供了可靠思路。
來(lái)源：凈水技術(shù)
作者：鄭立安 楊濤
