陕北地区某污水厂提标改造工程MBR膜设计及调试运行分析

文_张敏 张梦 陕西环保集团水环境有限公司

1 工程概况

某污水处理位于厂一期提标改造工程于2019年8月启动建设，主要服务区域为县城城区及厂区周边村镇生活污水。提标改造工程建设内容包含新建配水池、MBR膜池、MBR膜车间、清水池、综合水处理车间等，建设规模6000～7200m3/d。提标改造工程于2020年1月底开始投入试运行，目前膜系统运行效果良好。

2 设计水质及工艺流程

2.1 设计进出水水质

该污水处理厂提标改造工程的设计出水水质为《陕西省黄河流域污水综合排放标准》中的A标准。详细的进出水指标如表1所示。

表1 进出水水质一览表

2.2 原有系统工艺设计流程

污水处理厂一期系统排放标准满足GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级排放标准中的A级标准。根据当时的排放标准，污水处理厂一期原污水处理工艺如图1所示。

图1 该污水处理厂一期改造前工艺流程图

2.3 设计思路

综合分析原水水质特点，合理确定设计水质，工艺流程，确保实施升级改造后各主要构建物运行稳定、可靠，保证达标排放；全面评估现有设备能力，减少工程投资；对需改造的构筑物，设计及安排施工计划时应安排好备用措施，将升级改造工程对污水厂正常运转的影响降到最低。

通过上述分析核算，合理选择升级改造方案，以期达到确保出水稳定达标，便于实施改，节约投资成本，运行节能的目的。

2.4 改造后系统工艺设计思路

改造思路：将现有一期生化系统改造成为改良A2/O工艺，并适当降低二期系统处理量，保证冬季总处理水量不受污泥膨胀影响，剩余污水全部由一期生化系统处理（原一期沉淀池改为生化系统一部分），选择抗污泥膨胀能力强，出水水质稳定可靠的MBR膜生物反应器作为深度处理，使出水所有指标达到陕西地标中A级标准。

3 主要设计内容

常温设计流量：6000m3/d，低温设计流量：7200m3/d。当t≥15°C时，在污泥浓度3.5g/L时能满足6000m3/d的处理规模；当t≥6°C时，在污泥浓度7g/L时能满足7200m3/d的处理规模。

3.1 预处理系统（膜格栅系统）

最大设计规模：13500～16200m3/d。该工程原有系统预处理工艺设计流程完整（粗格栅→细格栅→曝气沉砂池→初沉池→调节池），故本次只考虑膜系统预处理工艺，在调节池之后进入生化系统之前增设膜格栅。预处理系统生化池分2组，MBR膜池也分成2组，1组生化池对应1组膜池，膜格栅设置2台，每组对应1台，考虑到检修情况，适当将膜格栅的过流能力放大，2台膜格栅互为备用。

本设计采用卧式旋转式细格栅。配套设备：膜格栅2台，总进水量为13500～16200m3/d，栅筒转速为5.7r/min，栅隙为1mm，功率为1.5kW，反冲水量为≥4～5m3/h，材质不锈钢。

3.2 一期生化系统

设计规模：常温6000m3/d，低温7200m3/d。

设计思路：将原有一期CASS池合理分区，改造为改良A2/O系统，总有效容积为5539m3，工艺尺寸（L×B×H）38.2m×14.5m×5.0m，2座。硝化液（好氧至缺氧）回流比200%～400%，污泥（缺氧至厌氧）回流比100%，主要配置设备为轴流潜污提升泵4台（2用2备） ，单台设计参数Q=684m3/h，H=7m， N=18.5kW。消化液回流泵6台（4用2备），单台设计参数：Q=350m3/h，H=7m，N=11kW，配套自耦装置。低速潜水推流器4台，N=3.0kW；低速潜水推流器2台，N=2.0kW。

3.3 MBR膜池

该污水处理厂膜池分为6组，每组设置膜组件9组。设计规模：常温6000m3/d，低温7200m3/d。

设计参数：膜通量：常温500L/(m2·d)，低温450L/(m2·d)；膜元件曝气量：12L/（min·片）；设计最大回流比：350%。配套设备：PVDF平板膜组件54组，每套膜组件含200片，1.5m2/片，孔径0.1m，共计16200m2；MBR产水泵9台，6用3冷备，Q=70m3/h，H=15m 变频控制；膜鼓风机4台，3用1备，Q=45m3/min，P=49kPa；膜清洗池排空泵，1用1备，Q=25m3/h，H=15m；NaCIO加药系统1套，含1只加药箱，2台计量泵；柠檬酸加药系统1套，含溶药搅拌机1套、加药箱1只、计量泵2台；清洗药液稀释水泵，1用1备，Q=20m3/h，H=9.5m，变频控制；除磷剂加药系统1套，含1只加药箱，2台计量泵。

3.4 消毒系统

采用原有系统消毒工艺，次氯酸钠消毒。

4 调试运行情况

自2020年1月调试运行以来MBR膜系统经过一次化学在线清洗，根据现场调试问题诊断结果，分析主要原因为调试初期自控系统运行不稳定，产水泵抽8停2自控故障引起，故障解除后各组系统运行基本稳定。

由于该污水处理厂来水量偏小，系统未满负荷运行，为了进一步评估各项设计参数，2020年3月4日起将6#产水泵调整至满负荷（63m3/h）运行，进一步观察膜元件的运行情况，经过近50d的观察，污泥浓度1.2～1.5g/L运行状态下基本稳定，可以在温度较低时达到设计负荷。在出水流量保障满负荷情况下，跨膜压差压差始终在10kPa之内。

本工程建设内容主要包括MBR膜系统预处理、生化系统改造、MBR膜池、配水池等内容，由于要与原有一期系统联合设计，且需要根据寒冷地区运行情况复核设计规模，整体设计较为复杂，运行工况较差。

根据目前运行情况，系统产水量稳定，跨膜压差在设计合理范围内，可以达到最大设计负荷，在进水水质波动较大的情况下可稳定运行。

5 结语

改进人行通道的设计。该工程由于受限于厂内可利用面积偏小，综合管廊人行通道设计不合理，人行通道较窄，建议后期进行设计优化。

配水均匀问题。膜池进水配水和回流配水不均匀，造成6组系统污泥浓度不均衡，建议增加调节阀或流量计，便于运营综合管理。

排泥问题。污泥泵设计偏小，加上陕北地区进水泥沙含量达，生化系统中无机物较多，膜池污泥浓度13000～15000mg/L，居高不下。建议运行管理时应当延长排泥时间，同时在设计上复核相关参数优化设计，彻底解决运行隐患。