膜工藝一體化設備在鄉鎮污水治理中的應用

徐 杰，張樹俊，徐志華

(1 南京市市政設計研究院有限責任公司，江蘇 南京 210000；2 北京久安建設投資集團有限公司，北京 100000)

“十三五”期間，鄉鎮污水治理在各省市全面展開，在鄉鎮污水治理設施建設過程中，普遍存在：(1)設施總體規模較小，配套管網建設不完善，近、遠期規模差距大；(2)可用建設用地較小，要求建設周期短，(3)進水量波動性大，污染物濃度偏低，(4)污泥處理能力不足等特點。針對上述特點，選擇改擴建靈活性高、建設周期短、占地集約、運行穩定的污水處理工藝具有十分重要的意義。

膜工藝將膜分離和生化處理技術有機結合，采用膜分離代替傳統活性污泥法中的二沉池，將生物反應器中的水力停留時間和污泥齡完全分離；具有處理負荷高、抗沖擊能力強、占地小、產泥量小、處理效果好等特點。以膜工藝為主體的一體化設備，將生化反應單元和膜分離單元集成于一體，還具有模塊化程度高[1]、實施工期短、靈活性好等特點；可廣泛運用于鄉鎮污水治理[2]。

以湖北省某市為例，介紹膜工藝為主體一體化設備[3，4]在鄉鎮污水治理中的建設及運行概況，為其在污水治理中的應用提供實際參考案例。

1 項目概況

湖北省某市鄉鎮污水處理廠建設PPP項目，采用PPP模式；為國內首批采用PPP模式建設運營的鄉鎮污水治理項目。項目共涉及14個鄉鎮14座鄉鎮污水處理廠，總規模為9700 m3/d，單座規模在300～1500 m3/d之間。

項目于2016年動工，先行于《湖北省鄉鎮生活污水治理指南》(2017)，于2018年建成投產。

2 設計水質

項目中鄉鎮污水處理廠設計進水參照項目同地區、同類型污水水質，出水執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)一級A排放標準。具體水質如表1所示。

表1 設計進、出水水質

3 工藝流程及設計

3.1 工藝流程

結合上文所述鄉鎮污水治理的特點，項目選用以膜工藝為主體的處理工藝流程，其中生化處理及膜分離單元采用一體化成套設備，具體流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

項目采用“一體化提升泵站+地上式調節池”代替“傳統進水提升泵房+調節池”，降低了土建施工難度，縮短了工期，節省了運營電費。

膜工藝一體化處理設備包含膜格柵單元、缺氧區、(好氧+MBR)區、自動加藥、回流及出水設備控制區。

3.2 主體工藝設計

以規模為1500 m3/d的鄉鎮污水處理廠為例，分別介紹工藝高程、平面布置及及主要工藝單體設計。

(1)水力高程設計

水力高程設計以受納水體水位和廠坪洪水位為依據，滿足尾水排放和防洪要求的基礎上，堅持降低能耗、土方平衡的原則。整個工藝水力高程經一次提升后，污水重力流經過各處理單元后重力排至受納水體。水力高程如圖2所示。

圖2 工藝水力高程圖

(2)總平面布置

總平面布置遵循功能分區明確、流程順暢、布局緊湊等基本原則，同時滿足建筑消防、綠化等規范要求。

整個廠區僅布置有：建筑物1座(輔助用房)，構筑物1座(細格柵、沉砂池及調節池)，成套設備4座(一體化提升泵站、膜工藝一體化處理設備)。具體平面布置如圖3所示。

圖3 廠區平面布置圖

(3)各處理單元設計參數如下：

①一體化提升泵站

土建及設備規模1500 m3/d，變化系數取1.9，采用一體化玻璃鋼結構；配置粉碎格柵、潛污泵(2用1備)、液位控制等設備。

②細格柵、平流沉砂池及調節池

組合池型，土建及設備規模1500 m3/d，變化系數取1.9，地上鋼筋混凝土結構。細格柵柵隙3 mm，平流沉砂池停留時間40 s，調節池水力停留時間12 h；配置壓榨機、砂水分離器、潛水攪拌器、液位控制等設備。

③膜工藝一體化處理設備

成套設備，3套，單套處理規模500 m3/d；含AO+MBR處理單元，采用浸沒式中空纖維膜126片，膜面積總計1260 m2，集成產水泵、反洗泵、回流泵、曝氣風機、攪拌設備等。

④管式紫外消毒

成套設備，1套，置于組合池下方；有效生物驗證劑量大于22 MJ/cm2。

4 實際運行效果分析

自2018年建成，目前14座鄉鎮污水處理廠均已正常運行2年有余；取2019年10月01日-2020年10月01日時間段各污染物指標均值，對14座污水廠(編號A～N)實際運行效果進行分析。

4.1 對COD指標去除效果分析

由圖4可以看出，2019年10月-2020年10月期間14座污水廠(編號A～N)進水COD均值在100～170 mg/L之間，各廠進水水質相似，主要為生活污水；去除率在80%～92%之間。14座污水廠全年出水COD均值均小于30 mg/L，出水優于一級A標準，可達地表Ⅳ類水標準；膜工藝一體化處理設備可有效保證鄉鎮生活污水處理COD穩定達標。

圖4 對COD指標去除效果

4.2 對BOD5指標去除效果分析

由圖5可以看出，2019年10月-2020年10月期間14座污水廠(編號A～N)進水BOD5均值在50～75 mg/L之間，各廠進水BOD5相對偏低，14座污水廠全年出水BOD5均值均小于10 mg/L，出水滿足一級A標準。去除率在85%～95%之間；膜工藝一體化處理設備可有效保證鄉鎮生活污水處理BOD5穩定達標。

圖5 對BOD5指標去除效果

4.3 對NH3-N指標去除效果分析

由圖6可以看出，2019年10月-2020年10月全年期間14座污水廠(編號A～N)進水NH3-N均值在20～30 mg/L之間，出水NH3-N均值均小于1 mg/L，出水滿足一級A標準，可達地表Ⅳ類水標準。去除率在90%～96%之間；膜工藝一體化處理設備可有效保證鄉鎮生活污水處理NH3-N穩定達標。

圖6 對NH3-N指標去除效果

4.4 對TN指標去除效果分析

由圖7可以看出，2019年10月-2020年10月全年期間14座污水廠(編號A～N)進水TN均值在20～35 mg/L之間，出水TN均值均小于15 mg/L，出水滿足一級A標準。去除率在58%～79%之間；膜工藝一體化處理設備可有效保證鄉鎮生活污水處理TN穩定達標。

圖7 對TN指標去除效果

4.5 對TP指標去除效果分析

由圖8可以看出，2019年10月-2020年10月全年期間14座污水廠(編號A～N)進水TP均值在2.0～3.5 mg/L之間，出水TP均值均小于0.5 mg/L，出水滿足一級A標準。去除率在85%～97%之間；膜工藝一體化處理設備可有效保證鄉鎮生活污水處理TP穩定達標。

圖8 對TP指標去除效果

4.6 對SS指標去除效果分析

由圖9可以看出，2019年10月-2020年10月全年期間14座污水廠(編號A～N)進水SS均值在100～150 mg/L之間，出水SS均值均小于8 mg/L，出水滿足一級A標準。去除率在92%～96%之間；膜工藝一體化處理設備可有效保證鄉鎮生活污水處理SS穩定達標。

圖9 對SS指標去除效果

4.7 處理效果總結

根據上述分析，2019年10月-2020年10月全年14座污水廠，CODCr、BOD5、NH3-N、TN、TP及SS指標均能穩定滿足一級A排放要求。部分鄉鎮COD及NH3-N指標可達地表Ⅳ類水標準。

5 運維管理特點

(1)管理及定員

鄉鎮污水治理通常涉及面廣，設施分散，不宜按照常規城鎮污水處理廠配置標準設置管理機構及定員[5]。

以一體化處理設備為主體的鄉鎮污水處理廠具有處理設施數量少、集成度高、自動化程度高的特點；可采用“固定+流動”相結合的運維機構及人員配置模式。

項目14座鄉鎮污水廠固定配置1人負責廠區日常巡檢，另配置1個固定運維中心班組和2個流動巡檢班組，固定運維中心班組定員3人，2個流動巡檢班組各定員3人。目前，人員成本每年約96萬元，折合噸水人員成本約0.3元。

(2)藥劑儲存及投加

項目14座鄉鎮污水廠日常投加藥劑包括混凝劑(硫酸亞鐵)及碳源(乙酸鈉)，每座污水廠單獨設置儲存及投加裝置，原液集中采購。

膜清洗藥劑主要采用草酸及次氯酸鈉，定期采用集中式離線清洗。

(3)污泥處理及處置

鄉鎮污水處理廠以膜工藝的一體化設備為主體，污泥量較少，未設置單獨污泥處理單元。14座污水處理廠污泥采用廠內儲泥罐儲存，定期采用移動式槽罐車轉運至附近城市污水處理廠集中處理。

6 結 論

(1)以膜工藝為主體的處理工藝應用于鄉鎮生活污水治理，可穩定保證處理出水滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)一級A排放標準。以湖北省某市14座鄉鎮污水廠為例，部分出水指標可達地表Ⅳ類水標準。

(2)一體化膜處理設備為主體的鄉鎮污水處理工藝流程短，占地省、土建施工難度，工期短；可廣泛運用于鄉鎮污水治理。

(3)鄉鎮污水治理設施分散，因地制宜制定運維管理模式，可提高運維效率，降低成本。