一體化污水處理設(shè)備設(shè)計(jì)與運(yùn)行分析

王可寧，馮 濤，李 露，肖亞蘇，潘春佑

(自然資源部 天津海水淡化與綜合利用研究所，天津 300192)

隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，水資源消耗急劇增加，農(nóng)村生活污水排放量也在不斷增大，生活污水的隨意排放已成為農(nóng)村水環(huán)境惡化的主要原因之一[1]。由于鄉(xiāng)鎮(zhèn)地域廣闊、基礎(chǔ)設(shè)施落后。若沿用城鎮(zhèn)污水處理方式，即管網(wǎng)集中收集至污水處理廠統(tǒng)一處理，則會(huì)增加工程建設(shè)費(fèi)用，且利用率較低[2-3]。因此，針對(duì)上述困難，對(duì)于受地理?xiàng)l件限制的農(nóng)村采用分散式污水處理方式更為適宜。

一體化污水處理設(shè)備具有占地面積小、建設(shè)成本較低和處理效果穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為鄉(xiāng)村污水處理的主要工藝方式。目前，市場(chǎng)上主流的污水處理工藝主要包括：A/O、A2O、MBR、SBR[4]以及各個(gè)工藝的組合使用。文章則以“A2/O+MBR”工藝為基礎(chǔ)，通過一體化設(shè)備功能設(shè)計(jì)，將其應(yīng)用在某農(nóng)村污水處理工程，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)水水質(zhì)穩(wěn)定。并分析了該項(xiàng)目一體化設(shè)備運(yùn)維經(jīng)濟(jì)效果，為今后污水處理項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供實(shí)踐依據(jù)。

1 項(xiàng)目工程概況

1.1 項(xiàng)目介紹

天津某污水處理工程涉及200多個(gè)村鎮(zhèn)，各村站點(diǎn)污水處理規(guī)模20 t/d～100 t/d。外圍采用格柵集水井上清液溢流的工藝收集至調(diào)節(jié)池后，再通過提升泵進(jìn)入一體化設(shè)備。場(chǎng)站采用地埋式設(shè)計(jì)，占地面積約100 m2。該項(xiàng)目以處理量20 t/d的站點(diǎn)進(jìn)行介紹。

1.2 設(shè)計(jì)水質(zhì)

污水水源為普通農(nóng)村生活污水，設(shè)計(jì)進(jìn)水指標(biāo)根據(jù)設(shè)備停留時(shí)間確定，出水水質(zhì)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)及水質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 進(jìn)出水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)

2 工藝及控制設(shè)計(jì)

該工程采用A2O+MBR組合工藝。A2O+MBR是一種將高效膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)活性污泥法相結(jié)合的一種新型高效污水處理工藝。經(jīng)過好氧曝氣和生物處理后的污水，經(jīng)過MBR濾膜過濾之后抽出。該工藝階段是利用膜分離設(shè)備把膜池中的活性污泥和大分子有機(jī)物截留，以實(shí)現(xiàn)良好的污水處理效果。工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程

2.1 A2O工藝

A2O工藝是傳統(tǒng)活性污泥工藝、生物硝化及反硝化工藝和生物除磷工藝的綜合。除磷脫氮過程主要依賴硝化菌和反硝化菌、聚磷菌組成的活性菌種。

厭氧池中聚磷菌釋放磷，并吸收低級(jí)脂肪酸等易降解的有機(jī)物，使污水中的磷濃度升高，水中的BOD5濃度下降；缺氧池中，反硝化菌利用污水中的有機(jī)物作為碳源，通過生物反硝化作用，轉(zhuǎn)化成氮?dú)膺_(dá)到脫氮目的；好氧池中，聚磷菌超量吸收磷，通過污泥的排放除磷。

污水停留時(shí)間設(shè)計(jì)。厭氧、缺氧、好氧為1 ∶1 ∶1。

2.2 MBR工藝

MBR是一種將高效膜分離技術(shù)，利用膜組件固液分離特點(diǎn)，通過控制污泥停留時(shí)間和水力停留時(shí)間，在膜池連續(xù)曝氣的情況下，使用自吸泵將溢流至膜池的上清液抽至消毒池，通過消毒后達(dá)標(biāo)排放。

膜系統(tǒng)設(shè)計(jì)。MBR膜通量設(shè)計(jì)值為15 L/m2·h。膜面積按照時(shí)流量/膜通量計(jì)算得出需77 m2,選用單膜有效面積為11 m2的膜組件7件。膜系統(tǒng)按照運(yùn)行8 m停2 min進(jìn)行，實(shí)際運(yùn)行時(shí)間為19.2 h/d。

泵組設(shè)計(jì)。一體化外圍取水泵、產(chǎn)水泵和反洗水泵，采用熱備式設(shè)計(jì)。產(chǎn)水泵選用自吸泵，反洗泵選用污泥泵。

曝氣設(shè)計(jì)。選用微孔曝氣盤?215規(guī)格，管道UPVC材質(zhì)(含管道閥門)。

2.3 主要控制設(shè)計(jì)

調(diào)節(jié)池提升泵(一用一備)。與調(diào)節(jié)池低液位和膜池高液位連鎖控制；相互切換運(yùn)行，時(shí)間可調(diào)；故障狀態(tài)自動(dòng)切換運(yùn)行。

鼓風(fēng)機(jī)(一用一備)。不間斷運(yùn)行，產(chǎn)水泵與鼓風(fēng)運(yùn)行狀態(tài)連鎖；故障停機(jī)后，開機(jī)先空曝氣30 min沖刷膜片，后恢復(fù)MBR產(chǎn)水泵運(yùn)行。

3 運(yùn)維分析

3.1 能耗分析

該項(xiàng)目為保證一體化設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，主要取水設(shè)備采用一用一備式設(shè)計(jì)。裝機(jī)能耗見表2。

表2 一體化設(shè)備功率能耗表

3.2 噸水費(fèi)用

一體化污水處理設(shè)備主要費(fèi)用來自電費(fèi)和藥劑費(fèi)。設(shè)備日耗電約為40.35 kW，以當(dāng)?shù)孛裼糜秒?.54元/kW·h單價(jià)計(jì)算，噸水電費(fèi)約1.09元。消毒劑日消耗1 kg，約1.5元。MBR膜清洗藥劑日消耗約為0.8 kg，約1.2元。計(jì)算得出實(shí)際運(yùn)維噸水費(fèi)用約為1.23元/t。費(fèi)用計(jì)算詳見表3。

表3 噸水費(fèi)用

4 結(jié)語

文章介紹了天津某污水處理工程設(shè)計(jì)概況，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行效果進(jìn)行了運(yùn)維分析。該一體化污水處理系統(tǒng)采用A2O +MBR組合工藝，出水水質(zhì)達(dá)到了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)要求。設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，噸水成本約1.23元。該工程具有投資成本低，靈活簡(jiǎn)便，實(shí)現(xiàn)了無人值守運(yùn)營(yíng)。滿足了該地區(qū)生活污水處理的實(shí)際需求，為以后污水處理項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供實(shí)踐依據(jù)。