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城镇污水处理厂MBR工艺设计

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摘要:

膜-生物反应器是一种由生物处理单元与膜分离单元相结合的水处理技术,因此可省掉二沉池,并可保持非常优异的出水效果可有效去除水中的有机物与氨氮等污染物质。文章通过两个工程案例总结了城镇污水处理MBR工艺生化处理系统的工艺特点、设计参数等。

关键词:

城镇污水处理厂;MBR工艺;生物处理单元;膜分离单元;膜-生物反应器

膜-生物反应器(Membrane Bio-Reactor,简写为MBR)是一种由生物处理单元与膜分离单元相结合的水处理技术。在国外膜-生物反应器,在20世纪90年代中后期已进入了实际应用阶段。由于MBR工艺具有出水水质好、占地面积小和节省运行成本等优点,随着膜分离技术和产品的不断开发,其在污水处理方面得到迅速发展和应用。2008年以来,我国处理规模在万吨级以上的大型膜工程迅速增加,2013年投入运行的膜系统处理能力已超过230万m3/d,预计2015年,膜系统处理能力将超过500万m3/d。据相关统计资料,今后5年MBR工艺在我国将以50%~100%的年增长率高速发展。由于MBR工艺在我国城镇污水处理中的应用较晚,因此缺乏设计建造的工程经验。结合相关工程经验,在研究国内外成功案例和技术规范的基础上,通过研究下面两个比较具有特色的城镇污水处理工程MBR工艺生化系统的设计,为今后国内城镇污水处理厂的升级改造运行和MBR工艺规模化设计提供参考。

1污水处理厂概况

1.1成都市第三污水处理厂扩能提标改造工程

1.1.1项目概况。成都市第三污水处理厂目前现有设计规模为10×104m3/d,现处理水量为10×104m3/d,采用以A2O为主体的除磷脱氮工艺。由于该污水处理厂已满负荷运行,因此采用MBR工艺进行扩能提标改造使总处理水量达到20×104m3/d。污水处理厂出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标,其中主要指标COD、BOD、氨氮、总磷等达到《地表水环境质量标准》中Ⅳ类标准。

1.1.2工艺流程如图1所示:图1工程流程框图

1.2成都天府新区第一污水处理厂工程该工程的特点是采用全地下式MBR工艺进行污水处理,设计规模近期按10万m3/d,设备近期一阶段设备安装规模为5万m3/d,远期规模达到26万m3/d。污水处理厂进、出水水质同成都市第三污水处理厂,因此采用的工艺与成都市第三污水处理厂扩能提标改造工程相同。地下式与地上式污水处理厂的优劣势比较:

1.2.1社会效益。地上式污水厂:外观与周围的自然景观难融合,场地较难作为其他用途。随着城市化进程,一些城市内早期建设的污水处理设施已成为整个城市进一步发展的限制因素,需迁建或转入地下。地下式污水厂:改变人们对污水处理厂脏、臭的传统不良印象,有利于环保知识的普及。解决“城中厂”问题,甚至可成为城市的环保地标和新城市景观。

1.2.2经济效益。地上式污水厂:土地利用率低,不仅占地大,而且需考虑绿化带和隔离带用地,一般不小于200m。影响周边土地的利用,影响市场价值。地下式污水厂:可在市中心建设,节省管道长距离输送的巨大投资和运行维护费用。节约占地和用地成本,集成度高,除满足污水处理需求外,地上及周边空间利用价值高,可用于公用事业或商业开发。

1.2.3环境效益。地上式污水厂:需要加盖对臭气收集并进行处理,由于排放点零散,臭气问题较难解决。水泵、鼓风机、管道和水流产生的噪声较难处理。地下式污水厂:臭氧及噪声污染小,人与环境和谐发展,可作为循环生态环保教育基地,提高民众的环保意识。

1.3生化系统形式的选择生物法主要分为两大类:活性污泥法和生物膜法。由于活性污泥法具有抗冲击负荷能力强、处理效果好、运行稳定等特点,在污水处理工艺中应用是最为广泛的。经过实际广泛应用和通过技术上的不断改进,活性污泥法已成为当今污水处理技术的主体。在MBR脱氮除磷工艺中A2O及其变形强化工艺的处理效果和运行管理是最为稳定和方便的,因此在目前应用的工程经验来看多选用A2O及其变形强化工艺。

2MBR工艺设计

2.1MBR系统流程MBR系统流程如图2所示:

2.2工艺特点

2.2.1进水方式。由于A2/O的厌氧、缺氧、好氧工艺对除磷脱氮处理效果最为突出,为了满足脱氮或者生物除磷对进水碳源的需要,MBR生物反应池一般采用两点进水。即在生物池前设置进水分配渠道,污水进入分配渠道后,通过两套调节堰门可以将原水按照一定比例分配到厌氧区和缺氧区前端,增加系统的灵活性。

2.2.2回流方式。MBR工艺是采用硝化液与污泥回流合并的膜分离技术,因此回流比高于传统工艺。在本设计中采用三段回流,即第一段从膜池回流混合液至好氧区前端,第二段将好氧区末端的硝化液回流至缺氧区前端,第三段将缺氧区末端的反硝化液回流至厌氧区前端。由于膜池回流的混合液富含大量氧气,如果采用膜池硝化液直接回流至缺氧区,会破坏缺氧区缺氧环境,导致反硝化反应不充分,因此在这两个工程中均采用三段回流,回流比为:(1)12度:膜池回流至好氧池:400%;好氧池回流至缺氧池:400%;缺氧池至厌氧池:300%;(2)20度:膜池回流至好氧池:300%;好氧池回流至缺氧池:300%;缺氧池至厌氧池:200%。

2.2.3提升方式。MBR工艺的混合液回流提升方式有两种:(1)前提升系统,即好氧池出水由泵提升至膜池,膜池的混合液重力回流至生物池;(2)后提升系统,即由于膜池有效水深较生化池浅,好氧池出水自流至膜池,膜池的混合液通过回流泵提升至生物池。由于后提升系统较前提升系统提升混合液的流量小、能耗少,因此在这两个实际工程中经过综合比较确定采用后提升系统。

2.2.4好氧区形式。由于从膜池回流至好氧区的大比例混合液含有高浓度的DO,需要实现快速混合,同时为了减小因剪切造成的污泥颗粒破碎和提高曝气设备的充氧速率,好氧区内的混合液需保持悬浮状态和良好的紊流状态,因此MBR工艺,其好氧区宜设计成完全混合式。

2.3设计参数

2.3.1污泥浓度。采用膜分离技术的MBR工艺较传统活性污泥法选取的MLSS值较高,因此在这两个工程中对于城镇综合污水处理工程,我们按膜池污泥浓度值10g/L来进行设计,厌氧区MLSS 4.8g/L,缺氧区MLSS 6.4g/L,好氧区MLSS 8.0g/L。

2.3.2泥龄。由于城镇综合污水处理工程对脱氮有要求,因此MBR工艺的泥龄通常较传统工艺长。SRT宜根据硝化泥龄和反硝化泥龄来计算确定。由于泥龄在20d左右时,跨膜压差增长趋势变缓,因此在这两个工程中泥龄设计为18.6d。

2.3.3污泥负荷。污泥负荷是根据MBR工艺生物处理单元的两个主要设计参数MLSS和SRT计算出来的。在这两个工程中,计算出的污泥负荷仅为传统活性污泥法污泥负荷的一半左右,因此使得系统具有较强的抗进水水质冲击的能力。

2.3.4水力停留时间(HRT)。由于HRT是保证硝化和反硝化效果的重要参数,因此这两个工程中,应适当加大系统的HRT,设计值为10.5h。

2.3.5需氧量和供气量。MBR膜池采用空气擦洗来改变膜丝表面液体的流态,可以防止膜的表面污堵,因此膜池内的溶解氧浓度很高,故从膜池大比例回流到生化池的混合液中含大量溶解氧,使生化池所需的曝气风量降低。同时MBR工艺采用的MLSS浓度较高,故混合液的液膜厚度、污泥粘滞度等与传统工艺不同,参数α、β和C0值在计算供气量时应进行调整,因此MBR工艺的实际生化池供气量小于计算量。

3结语

第一,MBR系统的特点:(1)工艺流程短,构筑物少,布置紧凑,方便运行管理;(2)MBR生物池中的混合液浓度较常规曝气生物池的浓度高,可以部分提高污水处理程度;(3)动力费用较常规工艺高;(4)占地面积小于常规处理工艺;(5)出水水质指标优于常规处理工艺,尤其是SS、细菌总数等指标明显,BOD、COD、TP等指标较常规处理工艺处理率略有提高。第二,MBR系统的适用条件:(1)新建、扩建的污水厂,出水水质要求较高的;(2)新建、扩建的污水厂,建设用地紧张,采用其他处理工艺需要增加用地;(3)处理规模为中、小型,设施比较老旧的污水处理厂升级改造。第三,MBR系统存在的问题:(1)投资费用较高,膜的寿命较短,一般为5~8年,因此更换膜的折旧费用较高;(2)由于MBR工艺的特殊性,对于水量的冲击负荷承受力较低;(3)对于大型污水厂,全部采用MBR工艺,其运行的安全性系数较低,潜在的环境影响问题大。由于MBR在实际工程中的应用受到膜制造成本偏高以及能耗高这些问题的限制,因此在实际工程中要通过详细的技术经济比较再做出合理的选择。

参考文献

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作者:杨巍李彦龙 单位:中国市政工程西南设计研究总院有限公司

城镇污水处理厂MBR工艺设计责任编辑:杨雪    阅读:人次