工艺在污水处理厂改造中的应用

1.工程名称

北京某污水处理厂改扩建及再生水利用工程。

2.工程概祝

北京某污水处理厂,最早建于1990年,处理规模4×104m3/d,采用传统活性污泥法,并对污泥进行消化,工程占地6.07hm2（即6.07×104m2）。2006年7月该污水处理厂改扩建及再生水力用工程开工建设,工程总规模10×104m3/d,总流域面积109.3km2。工程内容分为两部分:①扩建6×104m3/d污水处理设施采用MBR工艺,出水一次达到回用要求,其中1×104m3/d的出水再经过反渗透深度处理成为高品质再生水,直接供给奥林匹克森林公园水体补水及场馆杂用；②现有4×104m3/d污水处理设施改造,出水达标排放。扩建6×104m3/d污水处理设施于2008年7月建成投产,根据工期安排,4×104m3/d改造工作的土建部分目前没有实施。以下重点介绍扩建6×104m3/d污水处理设施。

3.设计要点

（1）设计水量与进水水质。设计水量为6×104m3/d；进水水质标准见表2-33。

表2-33　设计进水水质

（2）设计出水水质。设施出水一次达到城市杂用水水质标准。其中5×104m3/d出水排入城市再生水管网,执行枟城市污水再生利用城市杂用水水质标准枠（GB/T 18920—2002）中车辆冲洗水质要求（表2-34）。另外1×104m3/d出水作为奥林匹克森林公园高品质用水,由于国家还没有相应的体育场馆再生水水质标准,暂参照枟地表水环境质量标准枠（GB 3838—2002）中Ⅲ类水体的主要标准（TN除外）。

表2-34　设计进水水质

4.工艺流程与说明

工艺流程:污水首先进入污水处理厂提升泵房的集水池,经过间隙8mm格栅后由提升泵提升至曝气沉砂池,然后分别进入4m3/d的改造系统及6×104m3/d的扩建系统。进入扩建系统的污水经孔径1mm的细格栅后进入MBR池,经紫外线消毒后,其中5×104m3/d进入清水池,臭氧脱色后通过配水泵房输送至厂外再生水利用管网向用户供水。另外,1×104m3/d出水进入反渗透膜设备处理,高品质再生水出水进入独立的清水池,经水泵提升输送至奥林匹克森林公园。工艺流程如图2-14所示。

图2-14　污水处理厂改扩建及再生水利用工程工艺流程

5.主要构筑物与设备

（1）MBR预处理系统。MBR预处理系统的组成:提升泵前8mm格栅、曝气沉砂池及筛孔直径为1mm的转鼓式细格栅。目的:拦截污水中较大杂质、砂粒及纤维毛发等,确保后续系统的稳定运行。

（2）MBR生物池。MBR生物池的组成:厌氧池、缺氧池、变化区、好氧池。生物池分4个系列,每个系列可独立运行,每座池分3个廊道,每个廊道宽6.5m,池长75.0m,池中水深5.5m。厌氧段和缺氧段均加盖以减轻异味散发。同时设置气体收集和输送管路,利用生物除臭池对气体进行处理。变化区内同时安装潜水推进器和曝气头,可以根据进水水质、处理效果、季节变化以及出水水质需求,转换成缺氧区或好氧区。主要参数见表2-35。

表2-35　MBR生物池工艺设计参数

（3）膜系统。共设计8个膜池,每个膜池设计安装38个膜组件,预留4个膜组件位置。每个膜组件内装16个MEMCOR的B30R膜元件（PVDF中空纤维膜）,单个元件的膜面积为37.6m2。设计通量见表2-36。

表2-36　设计通量

每一个膜池中都有1台柱塞阀、1套混合液分配管和1台透过液泵,透过液泵单台泵流量Q＝442m3/h,扬程H＝10.4m。整个膜系统安装2台清洗水泵、2台中和水泵、2台膜池清空泵、4台剩余污泥泵；安装2台空压机、配套冷干机及相应的过滤器和储罐；膜系统配套的擦洗鼓风机,4用1备,单台风量为Q＝228m3/min,升压为35kPa。

运行一段时间后还需要进行化学清洗。膜系统的加药装置包括次氯酸钠加药装置、柠檬酸加药装置、亚硫酸氢钠加药装置、氢氧化钠加药装置。化学清洗有两种方式:维护性清洗和恢复性清洗。维护性清洗（MC）是为了保持膜的透水性和延长恢复性清洗周期,清洗持续时间较短,使用较低的化学药品浓度、清洗频率较高,清洗间隔为1～2周,清洗时采用的药剂为次氯酸钠。恢复性清洗（CIP）则是为了恢复膜的透水性,清洗持续时间长,采用的化学药品浓度较高,清洗频率较低,每3个月采用次氯酸钠进行一次恢复性清洗,每6个月采用柠檬酸进行一次恢复性清洗,恢复性清洗时产生的废液均输送到中和系统。两种清洗方法的周期均可按实际情况进行调节。

（4）RO反渗透系统。共设有3套,采用一级二段式,每套系统的膜压力容器排列方式为24∶12,共36只压力容器,每只压力容器内装6支反渗透膜,每套系统共有216支反渗透膜。每套系统对应1台RO原水提升泵（过滤加压泵）、1台保安过滤器、1台RO高压泵。RO原水提升泵单台泵流量Q＝170m3/h,扬程H＝46m；保安过滤器单台流量为167m3/h,过滤精度为5μm；RO高压泵单台泵流量Q＝170m3/h,扬程H＝130m。RO系统包括化学清洗系统,安装2台清洗水泵、1台清洗过滤器及一个清洗水箱。加药装置包括氢氧化钠投加系统、还原剂投加系统以及阻垢剂投加系统。在进水中添加阻垢剂,防止被截留在膜表面的残液形成硬垢,投加还原剂来消除原水中的余氯；在出水处投加NaOH调整水的pH值。

RO系统是否需要进行化学清洗可根据在线压力及电导率监测值决定。又根据污染物不同,可采用EDTA、柠檬酸、盐酸等药剂进行清洗。正常情况下,清洗周期为3个月左右进行一次；试运行时设定为1个月一次。每次浸泡、循环1～2h。

6.运行效果

本厂6×104m3/d扩建系统于2008年4月通水进入试运转阶段,同年7月开始正式运转。试运行阶段,根据枟性能测试报告枠,各种设备运转达到了技术指标要求,运行正常,出水水质稳定,基本没有出现故障。截至2009年1月,7个月的运行时间内,出水水质良好,达到设计目标。

（1）进水水质分析。根据污水处理厂2008年1月—2009年1月的监测情况分析,进水水质月平均值分别为BOD5167～291mg/L,COD361～618mg/L,SS208～498mg/L,TN47.5～78.5mg/L,TP4.6～8.3mg/L,基本符合本工程设计的进水水质指标。

（2）MBR系统处理效果评价。自2008年7月扩建系统投入运行后,MBR系统出水浊度月平均值为1.02～2.95NTU,在线浊度仪检测MBR出水浊度＜0.2NTU；SS月平均值为5～7.5mg/L。膜系统对水中悬浮固体有良好的截留效果。

进水BOD5的月平均值为167～291mg/L,出水仅为2～6.8mg/L,MBR系统对BOD5去除率达96%以上。进水COD的月平均值为361～618mg/L,出水为20.9～35.5mg/L。MBR系统对COD去除率达92%以上。MBR工艺将膜过滤系统应用于二级生物处理系统,代替沉淀池,进行泥水分离,提高生物系统的污泥浓度,加强生物处理效果,出水生化指标优于传统活性污泥法出水水质。

进水TN的月平均值为47.5～78.5mg/L,出水TN为9.65～15.2mg/L,NH3—N为0.29～1.32mg/L,TN平均值为13.47mg/L,基本可以满足＜15mg/L的要求。但随着水温下降以及进水TN的上升,出水TN的去除效果较之夏季有比较明显的下降。因此MBR系统出水TN达标与否受到水温、原水碳源、进水TN等外部因素的影响,其中水温对反硝化速率影响较为明显。从数据来看,当水温低于18℃时,MBR系统脱氮效率降低较明显。MBR运行期间（包括冬季）NH3—N出水月均值均低于设计出水水质1.5mg/L,可见MBR出水水质可以稳定地达到设计出水水质要求。

进水TP的月平均值为4.56～8.28mg/L,出水为0.086～0.406mg/L,去除率达92%以上。MBR工艺采用生物除磷辅助化学除磷,用聚合氯化铝作为化学除磷药剂,TP去除效率较高。

因为MBR的膜过滤系统不能去除水中的溶解物质,所以其对于色度的去除能力有限,出水色度能够达到30度以下的标准。但是由于水中的溶解性物质会吸附在水中的颗粒物质上,随着颗粒物质被膜截留,MBR系统还是能够去除部分溶解性物质。

（3）RO系统处理效果评价。经过反渗透系统处理后,出水中各项指标除总氮外,都达到枟地表水环境质量标准枠（GB 3838—2002）中Ⅲ类水体的主要指标。根据性能测试报告,该系统产水率保持在75%,脱盐率达到98%以上。

（4）臭氧脱色处理效果评价。MBR池出水色度为25～30度,虽满足再生水水质要求,但与正常天然水体比较,出水的黄色很明显,将其排入无天然补给水源的水体（湖泊、河流）,感官效果不佳。投加臭氧氧化后（投加浓度控制在15mg/L以下）,臭氧可氧化水中的有机物,使难降解有机物断链、开环,很好地改善了感官性状指标,出水色度能够控制在15度以下。

7.技术经济指标

该厂是目前国内最大的MBR再生水厂,每年可生产1800×104m3再生水及360×104m3高品质再生水。系统运行主要电耗:MBR系统电耗0.73kWh/m3水,RO系统电耗0.64kWh/m3水,UV系统电耗0.039kWh/m3水,以及除磷、膜化学清洗、消毒剂投加等药剂消耗。