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設計案例 | 鄉鎮污水廠提標改造工程中AAO/MBR工藝的設計要點

設計案例 | 鄉鎮污水廠提標改造工程中AAO/MBR工藝的設計要點

發布日期:2020-01-16 作者:鄭立安 點擊:

一、 工程概況

某污水處理廠地處國家南水北調中線工程水源地丹江口庫區,廠區總占地面積為17 155㎡,預留用地面積為4 035㎡。污水廠現狀規模為1.5×104 m3/d,二級處理采用CASS生物處理工藝,出水達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級B標準后排入廠外安樂河,并最終匯入漢江。

二、技術路線

(一)現狀處理效果及問題分析

由圖1可知:污水廠現狀實際日均處理水量約為1.5×104 m3/d,已達到設計負荷;進廠水中污染物濃度的月均值均低于設計進水水質;在實際進水水質均低于設計值的情況下,污水廠出水水質中CODCr、NH3-N和TP濃度可穩定達到原設計國標一級B標準,但尚未達到準地表IV類水標準;SS濃度可穩定達到原設計國標一級B標準,且基本達到準地表IV類水標準。

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(二)設計規模及水質

此次改造設計中,近期處理規模為2.25×104 m3/d,遠期逐步達到3.0×104 m3/d。污水廠服務范圍內的工業以現代加工業、高新技術產業及相關配套產業等輕污染工業為主,且出廠前廢水中有毒有害物質濃度已達到《污水排入城鎮下水道水質標準》允許排放濃度。原污水中生活污水和工業廢水占比約為72%和28%,進水水質根據各類污水性質加權計算。設計出水水質執行《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)中的IV類水標準,TN和SS執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)中的一級A標準。設計進、出水水質如表1所示。

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(三)工藝流程

本工程的主要任務是去除含氮污染物(NH3-N和TN)、含碳污染物(BOD5和CODCr)及含磷污染物。該污水廠提標工程總體思路為:在保證設計出水水質目標的前提下,充分挖掘現狀污水處理設施的潛力,根據去除對象針對性地選擇處理工藝,避免資源浪費。該污水處理廠現狀處理設施于2015年建成,結構安全和工藝運行均良好,廠內預留用地空間不足。結合廠區現狀及設計出水水質,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。改造后的工藝流程如圖2所示。

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AAO/MBR工藝是生物處理技術和膜分離技術的結合,其中MBR池代替傳統二沉池,固液分離效果好,對細菌、病毒和懸浮物均有很好的截留效果。該工藝實現了生物池污泥齡和水力停留時間的完全分離,有利于維持長污泥齡、高污泥濃度(一般為7~10 g/L)的生長環境。

三、主要設計參數

本次提標改造工程中土建按遠期規模設計,設備按近期規模安裝,并預留遠期設備安裝條件。預處理區、辦公區及化驗區采用現狀設施,污泥脫水系統在現狀脫水區實施,僅對設施進行擴容改造,AAO生物池由現狀CASS生物池改造而成,新建MBR膜池及附屬設施在廠區規劃預留用地內實施,改造后的平面布置如圖3所示。

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(一)膜格柵渠設計

設計采用內進流孔板式精細格柵,最大流量為1 812.5 m3/h,柵條間隙為1 mm,過柵流速為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、螺旋壓榨機及沖洗泵等。

(二)現狀CASS生物池改造

該污水處理廠現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。此次改造設計中,拆除CASS池內部現狀隔墻,按規范核算后重新劃分出厭氧池、缺氧池和好氧池。改造后AAO生物池的總停留時間為12.5 h,污泥齡為14 d,設計污泥濃度平均為7.0 g/L,污泥負荷為0.2 kg BOD5/(kg MLSS·d),氣水比為5∶1。厭氧池平均停留時間為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臺穿墻循環泵,每組2臺(1用1備),單臺流量為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,單臺流量為625 m3/h。

(三)MBR膜池設計

MBR膜池設計采用由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、延長其使用壽命,還能夠簡化安裝及運維過程,更便于操作。單臺膜組器外觀尺寸L×B×H=2.9 m×1.5 m×2.8 m,有效產水面積為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,共設計6個安裝廊道、48個安裝機位。近期使用5個廊道、30個膜組器,膜通量為14.9 L/(m2·h);遠期使用6個廊道、42個膜組器,膜通量為14.2 L/(m2·h)。MBR膜池各子系統設計如下。

1.混合液進出水系統

進水通過管道從生物池出水堰自流至配水渠,然后通過廊道端部的配水孔進入廊道內部。MBR膜池設計污泥濃度為10 g/L,為維持生物池內生物質濃度,膜池內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。混合液先經水泵提升進入混合液出水池,然后通過管道自流至好氧池。提升泵選用大流量、低揚程的軸流泵,單臺流量為1 563 m3/h,近期采用4臺(3用1備),遠期5臺(4用1備)。

2.產水系統

混合液進入廊道之后將膜組器浸沒,在真空泵和產水專用設備的作用下,膜絲內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入膜絲,活性污泥則被攔截在膜絲外部,出水經產水泵提升進入清水池。為了控制膜污染,產水泵間歇運行:每運行7 min停1 min,實際運行中另需考慮0.5 min的無效運行時間,即產水時間按6.5 min計。設計選用7臺抽吸泵(6用1庫備),每臺水泵對應一個廊道,單臺流量為90 L/s,變頻控制。為節約用水,清水池內的水一部分溢流進入紫外消毒渠,一部分用于膜組器清洗。

3.吹掃系統

產水時污泥會在膜表面聚集,膜孔堵塞、通量下降,因此,需吹掃膜絲、擦除膜表面堵塞物。本工程吹掃系統采用脈沖曝氣,周期為1~2 h,高曝時間為5~10 min,其余均為低曝。高曝時開啟高曝氣氣動閥門,吹掃強度為210 m3/(㎡·h)(膜組器投影面積);低曝時開啟低曝氣氣動閥門,吹掃強度為60 m3/(㎡·h)。實際運行中,為避免系統瞬時負荷過大,各廊道錯峰吹掃,平均吹掃強度為90 m3/(㎡·h)。MBR膜池近期總風量為160 m3/min,遠期總風量為223m3/min。本設計新建鼓風機房一座,近期安裝3臺羅茨鼓風機(2用1備),遠期另增加1臺,單臺風機風量為80 m3/min,變頻控制。

4.膜清洗系統

膜清洗有助于MBR膜通透性的恢復,清洗方式和主要參數如表2所示。

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在線維護性清洗和在線恢復性清洗合稱為CIP清洗(在線清洗),膜組器不需要從安裝廊道吊離。在CIP清洗過程中,首先關閉廊道兩端的進出水閘門,然后將次氯酸鈉和檸檬酸注入清洗泵出水管,經管道混合器混合后進入產水泵進水管,最后按照與產水相反的方向進入膜組器內部。CIP清洗強度為3 L/㎡(膜組器有效產水面積),選用2臺離心泵(1用1備),單臺流量為213 m3/h;次氯酸鈉加藥泵采用2臺化工泵(1用1備),單臺流量為1 000 L/h;檸檬酸加藥泵采用2臺化工泵(1用1備),單臺流量為6 000 L/h;加藥過程均在15 min內完成。離線清洗過程中,先通過起吊設備將膜組器吊至膜清洗區,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注水,因此,加藥泵流量無需擴大,仍按照CIP清洗所需流量選型。

5.PAC輔助除磷系統

本次設計中,當水質惡化導致出水TP不達標時,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%,儲藥罐有效容積為6 m3,儲藥時間為10 d。運行過程中,為使藥液與污水混合均勻、充分發揮絮凝作用,在溶解罐內將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 m3,儲藥時間為8 h,采用2臺加藥計量泵,1用1備,單臺流量為150 L/h。為便于集中管理,PAC輔助除磷系統設置于MBR膜池設備間內。

四、結論

該工程總投資為6 463.11萬元(不含市政管網部分),改造后單位水量處理成本為1.69元/t,單位水量處理運行成本為1.14元/t。污水處理廠是城市基礎設施的重要組成部分,本身并不產生直接的經濟效益,其效益主要體現在環境效益和社會效益。污水處理廠的建設有助于控制污水排放對工農業生產及國民經濟發展造成的負面影響,通過改善環境質量可產生巨大的間接經濟效益。隨著國家南水北調中線工程的實施,漢江中下游各段的自凈能力減弱、生態環境惡化。本工程的實施能夠有效削減排入漢江的污染物負荷,有助于實現城市供排水的良性循環和保障漢江沿線居民飲用水安全。

本次提標改造新增構筑物較少,主要為膜格柵、AAO生物池(現狀CASS生物池改造)、MBR膜池及設備間、MBR膜池鼓風機房及其他配套設施改造,充分利用了現狀設施的潛力。采用MBR工藝后,生物池污泥濃度、容積負荷大大增加,使生物池在有效容積不變的情況下滿足設計水質、水量的處理需求,且MBR池吹掃系統采用脈沖曝氣技術優化后可節約30%~50%的風量。AAO/MBR改造方案對廠區現狀擾動較小、與現狀處理設施銜接順暢、施工方便,為該類水廠的提標改造提供了可靠思路。

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