陶瓷膜技術在污水廠建設節(jié)能減排中的應用研究

1引言

城市中的污水廠，不僅是城市生態(tài)環(huán)境安全的保障，同時直接關乎著城市居民的生活質量。傳統(tǒng)污水廠建設項目，具有占地面積大、成本高、能耗高的問題，這些缺陷限制了污水廠自身以及城市地區(qū)可持續(xù)發(fā)展目標的落實。將陶瓷膜技術引入污水廠，可有效促進項目建設期中的節(jié)能減排效應，基于陶瓷膜獨特的物化性質縮短工藝流程、降低項自能耗并節(jié)約土地成本，讓污水處理更加經濟、高效。因此，從城市發(fā)展角度分析，基于陶瓷膜技術的污水處理廠，可為城市發(fā)展提供全新的節(jié)能減排方案，有效推動城市生態(tài)文明建設進程的加快。

2陶瓷膜技術及其在污水廠建設中的節(jié)能減排原理

2.1陶瓷膜技術概況

陶瓷膜材料，由無機材料構成的多孔膜，其具有高溫穩(wěn)定性、耐化學腐蝕性以及十分優(yōu)秀的機械強度特征。這些特征，使陶瓷膜材料在極端條件下，可始終保持性能上的穩(wěn)定性。陶瓷膜的孔徑范圍廣泛，從微濾到納濾，使其能夠適用于不同尺度的分離需求。陶瓷膜的制造過程，通常包括成型、燒結以及后續(xù)的表面處理，確保膜孔的一致性且內部結構具有良好連貫性。目前，陶瓷膜技術已經被廣泛應用于水處理、食品加工、制藥以及新能源產業(yè)，同時陶瓷膜技術正在以其高效分離、長壽命的特性逐漸成為工業(yè)分離、凈化領域下的優(yōu)選材料。特別是在近年來技術的不斷進步下，該材料進一步提升了其應用潛力。

2.2污水廠建設中陶瓷膜技術節(jié)能減排原理

2.2.1縮短工藝流程與降低能耗

在污水廠建設項目中，以陶瓷膜作為核心技術，其獨特的物理、化學特性可以促進微氧環(huán)境下的菌體共生。這種共生體系，可生成短程硝化、反硝化與液體中氮氧化過程，實現(xiàn)污水凈化。與此同時，利用陶瓷膜進行污水處理后，可將剩余污泥作為內碳源來有效參與脫氧過程，污水廠建設階段無需建設傳統(tǒng)的二沉池、反硝化濾池。這種創(chuàng)新，縮短了工藝流程，節(jié)約污水處理階段的能耗，降低運營成本。

2.2.2節(jié)約項目土地面積

陶瓷膜技術的應用，在減少污水處理廠工藝流程復雜度的同時，大幅度節(jié)約了項自所需土地面積。而陶瓷膜技術在簡化工藝環(huán)節(jié)背景下，使得整套系統(tǒng)的整體占地需求顯著下降。這種土地資源的節(jié)約，不僅是節(jié)能減排的顯著效益，更可直接促進污水處理系統(tǒng)在城市中的靈活部署。

3污水廠建設節(jié)能減排背景下陶瓷膜的應用3.1污水廠項目概況

江西省某市某裝配式污水廠設以納米陶瓷膜為主體工藝，污水廠設計規(guī)模 2×10⁴m³/d ，滿足GB3838-2002文件下V類標準，核心處理工藝為 AAO+ 納米陶瓷膜。目前，該污水廠已滿負荷運行3年，出水水實質長期穩(wěn)定達標。

3.2基于納米陶瓷膜的工藝路線

該裝配式污水廠采取 AAO+ 納米陶瓷膜工藝流程，預處理系統(tǒng)為細格柵 $$ 沉砂池 $$ 精細格柵。圖1為該污水廠工藝流程：

本次案例污水廠處理流程下，污水來自市政部門的污水管網，污水進入一體化泵站后，通過提升進入到首道細格柵池，經過首次過濾之后，利用旋流沉砂池實現(xiàn)泥沙分離以及有機物的去除。進入精細格柵池后，系統(tǒng)會利用網板過濾將細小纖維物質、毛發(fā)去除。隨后，進入生物處理步驟，基于AOO一體化水池，利用缺氧、好氧池讓混合液呈現(xiàn)缺氧狀態(tài)、反硝化反應，將污水中的氮有效去除。隨后，污水進人磨齒，基于納米陶瓷膜的曝氣、抽濾雙重處理實現(xiàn)固液分離。消毒緩解下，AOO一體化水池出水后進入清水池，清水池負責提供精細格柵反洗以及膜池反沖洗，出水進入紫外消毒，去除細菌生物，最后進入巴歇爾槽并達到排放標準。污水處理期間剩余的污泥，被輸送到污泥脫縮水一體機設備，處理后形成干濾餅（干固含量 gt;20% ）。

3.3工藝設計與出水情況

該污水廠設計 2×10⁴m³/d 擴容規(guī)模，進出水水質標準如表1。

進水泵站方面，一體化泵站規(guī)格為 9.6m 深 、4.2m 直徑，3臺污水提升泵揚程為 20m 、功率 55kW 、流量741m³/h，2 臺運行1臺備用。1套粉碎格柵規(guī)格為1242m³/h 流量， 5.5kW 功率。格柵設計方面，聯(lián)合建設沉砂池與細格柵、精細格柵，采用鋼結構建設，細格柵渠寬1.2m 、深度 2.5m 。

本次污水廠體化 AAO+ 膜池的設計期間，旨在高效處理污水，結合污水處理需求，選擇直徑 40m 、有效水深6m 的鋼結構圓形構筑物。對池體內部合理分區(qū)，包含厭氧、缺氧和好氧區(qū)域，在內部中心設有配水區(qū)、污泥回流區(qū)。其中，缺氧區(qū)和好氧區(qū)分別設計停留時間為 2.3h 和6.1h，以確保各階段均有充足反應時間，結合 20% 的混合液回流比來增強生物降解效率。此外，池中污泥濃度設定為 0.137kgBOD5/kg ，與池體設計動力學相互匹配。為進一步提升處理效率，系統(tǒng)配備了3臺潛水攪拌機及1臺備用攪拌機，以維持理想的流體動力學條件，確保污水混合均勻性。1臺污泥泵和相應的備用泵，用于污泥回流，確保系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定運行。曝氣系統(tǒng)包括288條可提升式曝氣器，每條的曝氣流量為 10m³/h ，可確保好氧區(qū)內的充分曝氣，氧氣利用率達到 25% ，以實現(xiàn)最佳生物處理效果。膜池部分，采用納米陶瓷平板膜片作為過濾單元，選用尺寸為 1060mm×250mm×6mm 膜組。每組由400片膜片組成，4個納米陶瓷膜區(qū)大幅提高了固液分離的效率，同時確保出水水質達標。表2為單元膜片設計參數：

3.4基于投產結果的節(jié)能減排效果分析

目前，該污水廠一體化設備已經投產，在當地市政管網逐步完善的背景下，當前進水指標已經相對穩(wěn)定，經納米陶瓷膜處理后的污水出水水質滿足國家相關標準。對比廣東省其他污水廠污水處理建設投產效益，AOO+ 納米陶瓷膜工藝應用背景下，項目占地面積為4800m² ，廣東省當地同類工程占地面積通常在 10000m² 左右，占地節(jié)約在 50% 以上。投資方面，該污水廠投資額度4000萬元，污水處理期間平均運行費用0.79元／噸，同比同類工程節(jié)約成本在 20% 以上。實際運行期間，陶瓷膜通量為 30L/（m²?d） 以上期間，出水仍可保持穩(wěn)定達標狀態(tài)。

此外，項目自動工至最終投產耗時3個月，時間成本節(jié)約水平遠超同類項目。能耗方面，在節(jié)約電能維度，綜合考慮污水廠規(guī)模 2×104m³/d ，處理工藝、設備效率，該污水廠2023年用電量160萬度，支出電費480萬元，同類規(guī)模污水廠年用電量在200～280萬度之間，年支出電費600萬元～840萬元之間，在工藝流程縮短背景下，每年能耗成本得到顯著節(jié)約。

4結語

綜上分析，本文以廣東省某污水廠建設項目為例，分析該污水廠使用 AOO+ 納米陶瓷膜工藝背景下的具體設計情況、運行投產效益情況。經分析，采用陶瓷膜技術背景下，該污水廠大幅度節(jié)約了占地面積與總投資成本，同時出水質量滿足《地表水水質標準》提出的要求，建設工期大幅度縮短，能耗成本得到顯著節(jié)約。由此可論證陶瓷膜技術，有助于污水廠建設項目實現(xiàn)節(jié)能減排目標，繼而在推動城市生態(tài)文明建設與可持續(xù)發(fā)展中起到有力推動作用。

參考文獻

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