乌拉特后旗污水处理厂再生水工程设计

王肖

摘 要：乌拉特后旗污水处理厂二级处理出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）的一级B标准。为了提高出水水质，进而达到提标改造和回用的要求，便结合再生水工程建设规模，在深度处理方面提出两种处理工艺：将曝气生物滤池+混凝过滤法与膜生物反应器法作为对比方案进行比较，合理确定再生水工程的建设方案和内容。

关键词：再生水；曝气生物滤池（BAF）；混凝过滤；膜生物反应（MBR）

中图分类号：TU998 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）01-0047-03

1 污水再生利用工程概况

1.1 再生水处理规模及出水用途

乌拉特后旗污水处理厂位于内蒙古乌拉特后旗巴音宝力格镇，二级处理采用奥贝尔（Orbal）氧化沟生物脱氮除磷工艺，出水达到GB18918—2002中的一级B标准。再生水工程拟建在污水处理厂厂区东南角的预留空地，占地面积2 200 m2。再生水建设规模为6 000 m3/d。出水用于工业冷却用水、观赏性的河道景观用水、农田灌溉用水。

1.2 再生水工程设计进、出水水质

污水处理厂实测出水水质及再生水设计进水水质如表1所示，再生水设计进水水质参考《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）中一级B排放标准。

乌拉特后旗城市污水处理厂出水最终排入乌梁素海（属黄河流域），根据国家流域治理环保要求，排入重点流域的污水厂出水须执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）的一级A标准。

再生水出水执行一级A标准，这既符合了提标改造要求，改善了乌梁素海和黄河水域的水质，又满足了工业冷却用水、观赏性的河道景观用水、农田灌溉用水要求。最终确定再生水工程设计出水水质，如表2所示。

2 再生水工艺方案分析

深度处理的对象和目标是：①脱色、除臭，使二级处理后的水进一步澄清；②进一步降低BOD5，CODCr，SS等水质指标；③脱氮除磷，防止水体富营养化；④杀菌消毒，去除水中有毒有害物质。

随着污水二级处理后进入深度处理程序，进水的BOD5等物质的质量浓度会有所降低，进一步的生物处理需要采用能在低浓度下正常稳定运行的工艺，目前较适合的工艺有混凝、沉淀、过滤、活性炭吸附、自然处理和生物膜法等。其中的生物膜法的处理工艺有如下特征：①对水量、水质变动有较强的适应性；②在低水温条件下，也能够保持一定的净化功能；③宜于固液分离；④适宜处理低浓度污水；⑤动力费用低；⑥产生的污泥量少；⑦具有较好的脱氨氮功能。

3 深度处理方案比较

结合再生水工程建设规模和进出水水质要求，对于深度处理提出两种处理工艺进行比较：曝气生物滤池+混凝过滤法和膜生物反应器法，择优选取。

3.1 方案之一：曝气生物滤池+混凝过滤工艺

3.1.1 概述

曝气生物滤池由滤池池体、滤料、承托层、布水系统、布气系统、反冲洗系统、出水系统、管道和自控系统组成。滤料层底设支撑滤板，滤板上安装440 mm长柄滤头进行配水，上铺设厚为20～30 cm的卵石承托层，以防止滤头被滤料堵塞。中上部是填料层，厚度一般为2.5～4.5 m。填料顶部装有挡板，防止悬浮填料的流失。滤料上部为贮水区，滤池出水和反冲洗水通过出水堰均匀出水。滤料层顶部与出水堰间留有反冲洗时滤料膨胀所需的空间。滤池供气设曝气和气反冲洗两套管路。曝气管一般设在滤料层底部，运行时滤料层处于好氧状态，而反冲洗空气管则设在滤池底部。曝气生物滤池的过滤周期和反冲洗强度应依据滤池的实际运行情况、出水水质的化验数据来决定。一般过滤周期为48 h，反冲洗时间15 min。

3.1.2 组合工艺特征

本方案采用曝气生物滤池+混凝过滤的工艺，该工艺具有以下特征：①处理流程简单，构筑物少；②处理出水水质好且稳定；③曝气生物滤池进一步脱除氨氮和磷净化水质。

3.1.3 工艺流程

具体工艺流程，如图1所示。

3.1.4 主要构筑物设计参数

曝气生物滤池采用上向流进水方式，钢筋混凝土结构。设计参数如表3所示。

折板絮凝池采用钢筋混凝土结构。功能：投加混凝剂并经充分混合后的原水，在水流作用下使微絮粒相互接触碰撞，以形成更大絮粒。折板絮凝池絮凝时间较短，絮凝效果好。总絮凝时间16 min，分三段絮凝，第一、二段采用相对折板，第三段采用平行直板。设计参数如表4所示。

V型滤池功能：进一步去除水中的悬浮物质。设计参数如表5所示。

3.2 方案之二：膜生物反应器工艺

3.2.1 概述

膜生物反应器法是一种先进的污水深度处理技术，其核心是基于浸入式高强中空纤维膜分离和生物反应技术，将悬浮生长生物反应器与超滤膜分离系统一体化，用超滤膜分离方法替代了传统活性污泥处理系统中的砂滤系统。其特点是处理水水质好，出水SS，CODCr，NH3-N，BOD5 浑浊度低，可直接回用作为生活杂用水，如道路洒浇、绿化、洗车、冷却用水等。

超滤膜通常是直接浸没在小型曝气池中，直接与生物反应混合液接触，通过过滤泵的负压抽吸使滤后水通过外压式中空纤维膜达到固液分离的作用。负压抽吸的压差非常低，最大只有2.2 m的水头，单位处理水所需的能量较小。在过滤过程中，通过鼓风机在膜的底部通入空气达到两个目的：①气流上升产生的湍流对中空纤维膜的外表面产生擦洗作用，从而可连续清除掉膜表面上黏附的固体物质，防止或降低膜的污染或堵塞；②这种气流同时也具有曝气作用，可提供生物降解所需的大部分耗氧量。生物降解所需要的其余部分氧还要通过扩散曝气系统来完成。生物反应中产生的污泥一部分回流到二级处理工艺系统中进一步净化二级污水，剩余污泥直接从超滤膜池中排出。

3.2.2 膜生物反应器工艺特征

膜生物反应器工艺有如下特征：①无需大量投加化学药剂，易实现自动控制、运行管理简单；②处理效率高、出水水质好，有机物、氨氮去除率分别在95%，97%以上，回收率可达99%以上；③设备紧凑、占地面积小；④系统采用流量传送器和压力传送器等逻辑进程监控系统；⑤清洗和卫生处理较灵活，避免细菌繁殖及相关问题的产生；⑥各种流入条件下都能可靠运行；⑦使用寿命长，连续运行时间可达7×104 h，断丝率小于1‰.

3.2.3 工艺流程

具体工艺流程，如图2所示。

图2 膜生物反应器工艺流程图

3.2.4 主要构筑物设计参数

膜池：承接调节池出水，进行膜处理。设计参数如表6所示。

3.3 方案比选

3.3.1 经济比选

具体比较情况，如表7所示。

方案二比方案一增加投资423.67万元。主要成本指标显示，方案一在经济上比方案二更优。方案二经营成本优于方案一的主要原因是方案一的药剂费用高。方案一的的药剂费是按照最不利水质计算的，PAM的最大投加量是5 mg/L，当二级处理水的水质正常时，回用水的PAM的投加量一般低于5 mg/L。通过加强管理，方案一的各项财务指标可以得到较大改善。

3.3.2 技术比较

两种工艺进行技术比较，考虑到膜使用一定的年限要及时更换，自动化水平和检测仪表要求较高，操作管理较为复杂。当进水水质变化大时，方案一可以很快的进行调整，方案二的膜则可能受到损害，必须更换，因此从技术角度比较，方案一优于方案二。

4 结论

由以上比较分析可知，两种方案都能达到预期的处理效果，但经比较，方案一工艺成熟，在技术经济方面具有较强的优势，操作简便，运行可靠，因此推荐采用曝气生物滤池+混凝过滤工艺。

参考文献

[1]崔玉川，员建，陈宏平.给水厂处理设施设计计算[M].北京：化学工业出版社，2003.

[2]崔玉川，杨崇豪，张东伟.城市污水回用深度处理设施设计计算[M].北京：化学工业出版社，2003.

[3]R Rautenbach.膜工艺——组件和装置设计基础（王乐夫译）[M].北京：化学工业出版社，1998.

[4]刘长荣.曝气生物滤池技术应用与设计计算[J].给水排水，2002（7）：15-18.

[5]王海燕，陶金成，仲志，等.采用浸没式超滤膜处理水厂沉淀池出水的研究[J].给水排水.2010，36（11）：136-139.

〔编辑：胡雪飞〕

3.2.2 膜生物反应器工艺特征

膜生物反应器工艺有如下特征：①无需大量投加化学药剂，易实现自动控制、运行管理简单；②处理效率高、出水水质好，有机物、氨氮去除率分别在95%，97%以上，回收率可达99%以上；③设备紧凑、占地面积小；④系统采用流量传送器和压力传送器等逻辑进程监控系统；⑤清洗和卫生处理较灵活，避免细菌繁殖及相关问题的产生；⑥各种流入条件下都能可靠运行；⑦使用寿命长，连续运行时间可达7×104 h，断丝率小于1‰.

3.2.3 工艺流程

具体工艺流程，如图2所示。

图2 膜生物反应器工艺流程图

3.2.4 主要构筑物设计参数

膜池：承接调节池出水，进行膜处理。设计参数如表6所示。

3.3 方案比选

3.3.1 经济比选

具体比较情况，如表7所示。

方案二比方案一增加投资423.67万元。主要成本指标显示，方案一在经济上比方案二更优。方案二经营成本优于方案一的主要原因是方案一的药剂费用高。方案一的的药剂费是按照最不利水质计算的，PAM的最大投加量是5 mg/L，当二级处理水的水质正常时，回用水的PAM的投加量一般低于5 mg/L。通过加强管理，方案一的各项财务指标可以得到较大改善。

3.3.2 技术比较

两种工艺进行技术比较，考虑到膜使用一定的年限要及时更换，自动化水平和检测仪表要求较高，操作管理较为复杂。当进水水质变化大时，方案一可以很快的进行调整，方案二的膜则可能受到损害，必须更换，因此从技术角度比较，方案一优于方案二。

4 结论

由以上比较分析可知，两种方案都能达到预期的处理效果，但经比较，方案一工艺成熟，在技术经济方面具有较强的优势，操作简便，运行可靠，因此推荐采用曝气生物滤池+混凝过滤工艺。

参考文献

[1]崔玉川，员建，陈宏平.给水厂处理设施设计计算[M].北京：化学工业出版社，2003.

[2]崔玉川，杨崇豪，张东伟.城市污水回用深度处理设施设计计算[M].北京：化学工业出版社，2003.

[3]R Rautenbach.膜工艺——组件和装置设计基础（王乐夫译）[M].北京：化学工业出版社，1998.

[4]刘长荣.曝气生物滤池技术应用与设计计算[J].给水排水，2002（7）：15-18.

[5]王海燕，陶金成，仲志，等.采用浸没式超滤膜处理水厂沉淀池出水的研究[J].给水排水.2010，36（11）：136-139.

〔编辑：胡雪飞〕

3.2.2 膜生物反应器工艺特征

膜生物反应器工艺有如下特征：①无需大量投加化学药剂，易实现自动控制、运行管理简单；②处理效率高、出水水质好，有机物、氨氮去除率分别在95%，97%以上，回收率可达99%以上；③设备紧凑、占地面积小；④系统采用流量传送器和压力传送器等逻辑进程监控系统；⑤清洗和卫生处理较灵活，避免细菌繁殖及相关问题的产生；⑥各种流入条件下都能可靠运行；⑦使用寿命长，连续运行时间可达7×104 h，断丝率小于1‰.

3.2.3 工艺流程

具体工艺流程，如图2所示。

图2 膜生物反应器工艺流程图

3.2.4 主要构筑物设计参数

膜池：承接调节池出水，进行膜处理。设计参数如表6所示。

3.3 方案比选

3.3.1 经济比选

具体比较情况，如表7所示。

方案二比方案一增加投资423.67万元。主要成本指标显示，方案一在经济上比方案二更优。方案二经营成本优于方案一的主要原因是方案一的药剂费用高。方案一的的药剂费是按照最不利水质计算的，PAM的最大投加量是5 mg/L，当二级处理水的水质正常时，回用水的PAM的投加量一般低于5 mg/L。通过加强管理，方案一的各项财务指标可以得到较大改善。

3.3.2 技术比较

两种工艺进行技术比较，考虑到膜使用一定的年限要及时更换，自动化水平和检测仪表要求较高，操作管理较为复杂。当进水水质变化大时，方案一可以很快的进行调整，方案二的膜则可能受到损害，必须更换，因此从技术角度比较，方案一优于方案二。

4 结论

由以上比较分析可知，两种方案都能达到预期的处理效果，但经比较，方案一工艺成熟，在技术经济方面具有较强的优势，操作简便，运行可靠，因此推荐采用曝气生物滤池+混凝过滤工艺。

参考文献

[1]崔玉川，员建，陈宏平.给水厂处理设施设计计算[M].北京：化学工业出版社，2003.

[2]崔玉川，杨崇豪，张东伟.城市污水回用深度处理设施设计计算[M].北京：化学工业出版社，2003.

[3]R Rautenbach.膜工艺——组件和装置设计基础（王乐夫译）[M].北京：化学工业出版社，1998.

[4]刘长荣.曝气生物滤池技术应用与设计计算[J].给水排水，2002（7）：15-18.

[5]王海燕，陶金成，仲志，等.采用浸没式超滤膜处理水厂沉淀池出水的研究[J].给水排水.2010，36（11）：136-139.

〔编辑：胡雪飞〕