MBR工艺、市场情况调研及方案设计(共23页)

精选优质文档-倾情为你奉上MBR工艺、市场情况调研及方案设计设计部：徐涛二一七年9月 专心-专注-专业目 录1 膜生物反应器（MBR）1.1 MBR概述膜生物反应器( Membrane bioreactor, MBR)主要用于生活污水、工业废水等污水处理，净化后的出水通常都会被再次利用，多用于景观补水及中水回用，近年来在城市污水处理厂新建及改扩建中被大量使用。MBR 主要由生物反应器、膜组件和循环水泵三部分组成。市场上目前主要存在两种 MBR 工艺构型，这两种构型分别为浸没式-生物反应器（IMBR）和分置式膜-生物反应器（SMBR），两种构型的组合形式见图 1.1 和图 1.2 所示。因 IMBR 通常能耗会低于 SMBR，故城市污水处理厂采用的多为 IMBR 工艺。MBR 与传统污水处理技术相比具有出水水质好、占地面积少、剩余污泥少、操作管理方便等优点，但是，其缺陷也在很大程度上制约了此项处理技术的发展。其缺陷主要集中在投资成本高、膜污染及膜污染控制、运行能耗高、膜的使用寿命等问题。图1.1 浸没式膜-生物反应器（IMBR）图1.2 分置式膜-生物反应器（SMBR）1.2 MBR技术优缺点 MBR工艺主要特点在于将具有高污泥浓度的生物池与具有高效截留作用的膜组件相结合，不仅大大提高了生物降解能力，同时在膜的超滤作用下，将粒径大于膜孔径的污染物及微生物全部截留在膜池，获取良好的出水水质和很高的处理效率。MBR工艺不仅出水水质优于传统工艺，在设计占地、自动化运行及操作费用等方面也具有明显优势。其主要工艺优点如下：（1）出水水质好。MBR工艺的出水清澈透明，水质良好，膜池中不存在污泥膨胀问题，产水不含SS、大肠菌、丝状菌。分析其主要原因为：一是膜池的活性污泥浓度高。是普通生化池污泥浓度的24倍，其生化降解能力自然增强，大大提高污染物去除效率；二是膜池具有较长的水力停留时间（HRT）及较长的污泥龄（SRT）优势。在长HRT和高SRT共同作用下，增加了原水的降解时间和降解深度，使难降解的物质也能得到充分反应而去除；三是膜的高效截留作用。在微滤或超滤膜的截留作用下，大粒径的污染物及微生物均被截留在膜池，即得到了优良的出水水质，又保障了膜池的污泥浓度，形成良性循环，其膜孔越小，出水水质越高。（2）抗冲击能力强。因膜池具有较长的水力停留时间（HRT）及较长的污泥龄（SRT）优势，一些生长缓慢的污泥菌种数量充足，在膜的拦截作用下不易流失，故该工艺具有一定的抗冲击能力，但实际生产运行中，首先要确保膜丝不受污染。 （3）脱氮效果良好。在膜的拦截作用下，膜池内污泥浓度较高，活性污泥生物细菌种类多于普通生化池，同时池内曝气产生的溶解氧浓度较高，因此轮虫、线虫等后生菌种的增殖对污染物去除能力大大增强，生长缓慢的固氮菌、硝化菌和反硝化菌是细菌的二次捕食者，生长繁殖条件优越，微观且普遍存在的的硝化和反硝化反应过程进行的很彻底，对水中氮元素的去除效果好，因此出水总氮较低。（4）运行控制自动化程度高。MBR膜反应器为一体化布置，对膜组件进行模块化分组排列，易于实现自动化控制，可实现每组膜单开单停，控制其产水量和运行时间，保持其连续运行，减少了对人工操作的依赖。 （5）剩余污泥减量化。MBR工艺可维持较低的F/M（有机物量/活性污泥量），能提高体积负荷，减小污泥负荷。由于SRT（水力停留时间）较长，污染物与活性菌在反应器内有足够的生化反应时间，因此，反应器也起到了“污泥硝化池”的作用，故而显著减少污泥产生量，则剩余污泥产量较低。（6）占地面积小。MBR工艺流程较短，设备集中，具有高效截留能力的膜组件替代了二沉池的设置，打破了工艺段之间靠重力流进行平面布置的设计模式，改为竖向设计，逐步趋向立体化、装置化布置，较老工艺大幅降低土地使用面积。MBR工艺的突出优点立即使该工艺技术在石油炼制废水处理领域中得到了环保工作者的青睐。在分析优点的同时也应注重其存在的不足。MBR工艺主要缺点有以下几点：一是膜组件造价高。膜在运行过程中，随着膜的微孔被不可再生式的污堵，当不能满足生产需要时必须进行更换膜组件，其设备更新费用较高；二是运行条件较为苛刻。正因为高昂的设备制造费用，因此在运行过程中，如何减缓膜通量的下降速率成为关键的考虑因素。通过严控污水处理上一工艺段的出水品质，严把MBR膜池进水油含量，是操作中需特别关注的，污油中有机物含量复杂，污油的附着力很强，因此被油品污染后的膜会造成通量急剧下降，对污水处理系统的影响极大。即使在不受污油冲击的情况下，膜组件仍需进行定期的化学清洗，所消耗的药剂费用也是一笔不小的开支。随着膜加工技术的不断进展，制备膜丝使用的化工聚酯材质也在不断升级，膜丝的制造成本越来越经济，膜工业的发展进入成熟的时期。1.3 MBR膜污染概述1.3.1 膜污染机制由于MBR膜上污染物的复杂性，膜污染的分类方式有多种，根据污染的程度，可将膜污染分为可逆污染和不可逆污染。可逆污染主要由滤层的增厚导致，通过物理清洗（曝气擦洗）可恢复通量；不可逆污染主要由洛解性微生物和胶体物质黏附在膜上导致，即溶解性有机物的进入或微生物在膜孔内的生长蒙殖等造成膜孔的堵塞，不可逆污染只能通过化学清洗去除，包括原位的反冲洗和取出进行药剂浸泡清洗。根据污染的形成机制，可分为孔堵塞污染和滤层形成污染。通常认为膜孔堵塞造成的污染是不可逆的，当污染物尺寸小于膜孔时，会进入膜孔，导致污染的产生。滤层的形成产生的是可逆污染，发生于污染物尺寸大于膜孔时在膜上吸附沉积的情况。但此种污染中，也包含着极少部分的不可逆污染，在物理清洗时难去除，可认为是一些粘性物质在膜表面的吸附。根据膜污染在膜中发生的位置，可将污染分为浓差极化、内部污染和外部污染，浓差极化是可溶性或固体物质在膜表面的薄液层积累，外部污染指颗粒、胶体或大分子物质在膜表面沉积，分为两种污染层，滤饼层和胶体层内部污染指溶解性或细小颗粒物在膜结构内部吸附和沉积，即为之前所述的孔堵塞污染。根据污染的性质，可分为有机污染，无机污染和生物污染。生物污染主要是指微生物在膜表面的生长和沉积。有机污染主要包括一些微生物分泌可溶性产物和胞外聚合物，及来自废水的有机物在膜上的积累。无机污染指无机盐晶体和有机物与无机物结合成的复合物在膜上的沉淀，此外，一些无机颗粒也可能吸附在膜面上或堵塞膜孔。研究表明，生物污染形成的生物滤层对膜通量的影响最大。同时，清洗后的膜相比于新膜，通量会有所下降，且污染倾向增大。而群体感应作为一种微生物的交流系统，理论上存在于所有和微生物繁殖相关的过程。所有MBR膜生物污染的过程，不论是膜孔内的微生物繁殖生长，还是外部生物滤层中生长繁殖，均与微生物的群体感应有关。微生物群体感应是通过微生物群体产生的信号分子实现的，因此对信号分子的破坏即群体辞灭可有效的抑制MBR的膜生物污染。目前，群体萍灭方法的研究主要集中于生物滤层的豬体感应抑制，从上分类可看出，膜孔内的微生物繁殖导致的孔堵塞是最难去除、危害更为严重的污染，却尚未受到关注。对于发生孔堵塞的膜通常采用离线化学清洗的方法，不仅会对膜造成不可恢复的损害，导致膜的性能不断下降，而且产生大量的二次污染。因此，使浑灭剂更好的接近膜表面，接近膜孔，对污染的控制更为有利，对MBR膜污染起到更为绿色、有效的控制作用。已有研究采用在膜表面固定浑灭剂、微生物管道装载萍灭菌的方式，还有采用物理作用与生物浑灭相结合的方式，如细菌装载颗粒（CEB）的研究。同时，信号分子作为激活基因表达的媒介，基于群落结构的多样性和基因表达的复杂性，需对每种信号分子结合群落结构在不同运行条件、运行阶段进行检测分析。1.3.2 膜污染的影响因素（一）设计参数对膜污染的影响膜污染贯穿于MBR启动与运行的始终，不同的设汁方式会产生不同程度、不同种类的膜污染，MBR的设计涉及各种运行参数的设定。反应池的功能决定了膜的安放位置，不同功能的反应池生物状况基本不同，运行条件如污泥龄和水力停留时间等也截然不同。反应器的设计深度决定了氧气的传递路程，而氧的传递效率及曝气强度决定微生物的生长繁殖状态和膜的错流清洗状态，进而影响膜的污染进程。在这些不同的污染状况中，首先需要对污染物、污染进程有清晰的认识，从而了解群体感应所能起到的作用与有效性，提出有针对性的控制策略。（二）启动方式对膜污染的影响MBR运行首先进入启动阶段，启动阶段的目的主要为了形成生物絮体和获得足够的生物质浓度，从而获得好的处理效率但启动方式不同，污泥对膜的污染的程度也不相同。启动方式的研究中多着重于污染物的去除，对污染进程的影响却较少受到关注。启动方式主要有四种，（1）不接种污泥，也不取泥，通过膜的完全截留作用和废水中的微生物及颗粒等，生长出所需要的污泥，直到到达设定值，然后进行定期排泥。（2）接种污泥直接为设定值，定期排泥，保持污泥量恒定，直到达到稳定运行。所用的水可为废水也可以人工配水。（3）接种少量污泥，保持低的污染速率，理想值为1 g/L，进行微生物生长繁殖。（4）不接种污泥，投加一些添加剂如PAC、FeCl2、AL2(SO4)、聚合硫酸铁等作为污泥替代品。 虽然几种接种方式都可行，但从膜污染的角度，接种污泥的方式可形成生物滤层，起到预过滤作用，而不接种污泥的运行方式中溶解性物质和胶体会直接和膜接触，使不接种污泥产生的不可逆阻力即不可逆污染要大于接种污泥的。MBR运行过程中，污泥絮佈尺寸会逐渐变小，变小的絮体会沉积在滤层表面，导致渗透性下降，不接种污泥的絮体尺寸较接种污泥的要更小一些，滤层中的不可逆成分增加更多，污染也更为严重。对于第三种方式，是一种低污泥浓度范围内的污泥接种方式，研究表明，低浓度污泥范围内，污染影响加重。但低浓度下的膜污染更多取决于环境，为了最低的浓度启动且获得最少的膜污染，1g/L是一个最佳接种浓度。第四种接种方式，也能形成预过滤层，对膜污染起到减缓的作用，但由于颗粒、胶体、碎片分子等易堵塞膜孔，添加添加剂更易导致膜污染的产生。为了减缓污染的产生，还存在添加剂的最佳添加剂。 由此可见，不同的启动方式促使污泥处于不同的生长状态，最终形成独特的群落结构，产生不同的微生物产物，出现不同的膜污染状态。（三）稳定运行中的膜污染状态系统启动方式确定后，从启动开始至系统稳定运行会产生一部分膜污染，主要是污泥颗粒、絮体等的沉积及微生物群体产生的少量胞外聚合物造成的部分的孔堵塞。MBR系统稳定运行后，膜污染的状况受系统中多种因素的影响，总体可归为三个方面，即进水水质、膜材料、生物质特征和操作条件。研究表明，为了降低膜污染，系统运行的膜通量通常在临界通量之下。对临界通量的定义有多种说法，最原始的定义认为，低于临界通量时，污染不会随时间的延长而产生，高于它时，会产生严重的污染。在不同的定义下，临界通量的确定也有多种方式，Pierre Le Clech总结了屯种不同的临界通量定义计算方式，但大多研究采用通量梯度的方法确定临界通量。在以次临界通量恒定运行的情况下，跨膜压力呈现两段式变化，先随时间缓慢增加，最后发生突变后快速增大。Zhang等则将浸没式民的跨膜压力变化分为了三个阶段。TMP变化模式主要与三个因素有关：一是滤层的变厚，二是外部压力增大产生的滤层皮缩作巧，第三是靠近膜表面多糖的产生。在两段式变化中，第三个因素占主导。一段式变化模式中，前两个因素占主要，第三个因素可忽略不计，此模式主要发生在高于临界通量的情况下。 由此可发现，在两段式变化中生物膜在膜上的缓慢形成是导致膜通量下降的主要因素。跨膜压力的变化是膜污染状况的直接反映，随着运行的逐渐进行，可通过阻力计算得知滤层阻力、孔阻塞阻力、膜阻力。在这其中滤层阻力在总阻力中占主要部分，滤层的组分随运行时间的延长不断变化，微生物在膜上和孔中的吸附越来越多，胞外物质产生量不断増加，直至最终导致大量不可逆污染的发生，跨膜压力也急剧増加。1.4 MBR膜污染控制策略根据膜污染影响因素的性质，可以将膜污染控制策略分为5 类：（1）进水预处理；（2）优化操作条件；（3）改变污泥混合液性质；（4）膜改性；（5）膜清洗。1.4.1 进水预处理进水的性质对膜污染有显著影响。比如说许多工业废水极端的pH 条件不但会影响污水处理效果，也会影响膜的透水性和使用寿命。废水中较高浓度的金属离子对膜污染也有重要影响。有报道指出膜面污泥层中富含Mg、Al、Ca 和Fe 等元素。它们与有机大分子聚合物相互作用会促进膜面污泥层的形成和致密度。这些因素可以通过废水的预处理过程予以改善，具体措施包括粗筛，过滤、pH 调节等。Kim等采用渗析器/沸石的预处理单元对进水中的氨氮予以去除（去除率90%），发现厌氧MBR运行过程中陶瓷膜表面的鸟粪石沉积大幅降低。1.4.2 优化操作条件HRT、SRT、污泥浓度、pH 值和温度等。加大曝气强度有利于改善水力条件，然而过强的曝气同时会打散污泥颗粒，产生大量小颗粒并释放出更多的EPS，加剧膜污染。因而曝气强度存在一个阈值，超过这一值，增大曝气强度并不能降低膜污染。对于不同的MBR系统，需要通过小试来确定这一阈值。MBR 中普遍采用的一个措施就是控制膜通量低于膜临界通量或可持续通量运行。另外一些操作条件主要是通过改变污泥混合液性质进而影响膜污染，它们与膜污染的关系相对复杂，具体的关系可参照Meng 等的综述。对膜污染的控制应着眼于优化操作条件来改善污泥混合液性质。例如目前的研究表明，SRT 在2050 d 比较有利于SMP 的控制，因而也利于膜污染控制。1.4.3 改变污泥混合液性质向污泥混合液中投加吸附剂、絮凝剂、载体、悬浮颗粒和其它化学物质可以改变污泥混合液性质。合适的投加剂可以起到一些重要的作用，例如吸附SMP、絮凝、促进絮体之间的交联等。投加粉末活性炭（PAC）是应用最广泛的一种方式。其主要作用是吸附上清液中的溶质和胶体物质，增大污泥絮体的粒径。但是过量投加PAC 反而会增加膜污染，一般最优的投加量在12 g/L 左右。别的吸附剂如沸石、膨润土等也被用于控制膜污染。这些物质通常具有高的吸附和离子交换能力，可以减少上清液中的有机物含量，因而可以减轻膜污染并提高出水水质。絮凝剂是另外一种类型的投加剂。絮凝剂能够通过电中和与架桥作用去除SMP，同时能够破坏混合液中胶体的稳定性，增强污泥的絮凝性，降低上清液小颗粒物，减缓此类物质引起的膜污染。文献报道过的在MBR 中使用的絮凝剂主要有Al2(SO4)3、FeCl3、聚氯化铝（PACl）、聚合硫酸铁（PFS）、聚丙烯酰胺（PAM）和壳聚糖。Ji 等等系统考察了这6 种絮凝剂对污泥性质的影响，发现有机絮凝剂主要起到降低SMP含量和分形维数值，增大污泥粒径的作用，而无机絮凝剂主要起到降低SMP 含量和表面电荷值，增加污泥絮体的表面相对疏水性的作用。然而，投加化学絮凝剂可能会带来产生副产物或增加反应器中污泥体积等负面效果。由此，Bani-Melhem 等采用电絮凝过程在反应器中产生絮凝作用。Chae等报道了他们采用富勒烯C60 纳米颗粒来控制膜生物污染的研究，发现C60 可以显著降低微生物在膜表面的吸附。Chae 等还报道了基于镁、TiO2和铜材质的纳米颗粒也可以起到类似的作用。这些材料在改善污泥性质和控制膜污染的应用中极具发展前景。另外一种较新的膜污染控制方法是采用臭氧对污泥改性。研究表明臭氧能够降低污泥絮体的表面电荷，增加其疏水性，进而提高污泥混合液中颗粒的絮凝能力，降低膜污染。但是过量的臭氧也会导致污泥解体、增加胶体颗粒和可溶有机物的释放，从而加剧膜污染。因此控制合适的臭氧量极为重要。通过培养颗粒污泥来降低膜污染也是一种较新的策略。如Martin-Garcia 等发现相比于普通的厌氧MBR，厌氧颗粒污泥MBR 上清液中的胶体颗粒和SMP 含量都低很多，因而膜污染较轻。1.4.4 膜的改性通过表面改性以提高膜的亲水性是膜污染控制的重要方法。目前膜表面改性主要通过等离子体处理、表面接枝、表面涂覆等方法把极性有机功能基团引入到膜表面以增加亲水性。等离子体处理的优势在于可以选择性地改变膜的表面性质和生物相容性而不影响膜的本体性能。通过等离子体处理可以在膜表面生成亲水的功能基团。例如Yu 等系统研究了采用NH3、O2等气体等离子体处理的聚丙烯多孔膜在MBR 中的性能，结果显示相比于未处理的膜，其过滤性能和通量恢复能力均有明显提升。表面接枝聚合是另外一种有效的改性方法。Yu 等采用光诱导的改性方式将聚合丙烯酰胺接合到聚丙烯多孔滤膜上，改性后膜的水接触角随着接枝程度的增加而减小，改性后膜抗污染性得到了提高。Sainbayar 等通过臭氧诱导在聚丙烯膜上接枝甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA），发现随着接枝程度的增加，水接触角降低而表面的Zeta电位增加。这一方法目前还有2 个问题极待解决。一是难于控制最优的接枝长度和接枝量。另外诱导的方法如紫外线照射、等离子体处理、 辐照，目前还极为昂贵。表面涂覆同样可以改变膜的表面性质。Kochan等研究了聚偏氟乙烯（PVDF）、聚醚砜（PES）、聚砜（PSF）、醋酸纤维素（CA）4 种材质的平片式超滤膜分别涂覆支化聚乙烯亚胺（PEI）、二甲基二烯丙基氯化铵均聚物（PDADMAC）和聚酰氯烯丙基胺（PAH）后过滤活性污泥上清液的膜污染情况，发现膜污染速率均有一定程度的降低。Bae 等在膜表面涂覆TiO2 同样显著降低了膜污染。这一方法的主要缺点是涂覆层在MBR 拢动的条件下极不稳定。为了克服这一缺点，许多学者制备了基于TiO2 和高分子共混的自组装过程的改性膜，研究表明这类膜表面亲水性强，因而膜污染较轻。同时人们还研究了基于两性物质和高分子共混的自组装制备的膜40-41。两性物质是指既包含正电荷基团又包含负电荷基团的高分子材料。这一方法得到的改性膜表现出优越的抗蛋白质类物质污染的特征。1.4.5 膜清洗膜清洗包括物理和化学清洗。物理清洗方法主要包括水力冲刷、膜面曝气冲刷、膜的反冲洗等。除了这些传统方法之外，超声波在线清洗方法可以有效地控制膜污染。这一方法已成功用于MBR 中。超声波具有十分特殊的性质，超声波所携带能量具有瞬间释放特征，称之为超声的“空化”现象，由于超声“空化”现象集中在固液界面上，因而对作用点及其周围产生极强的冲击，对附着在膜表面上的凝胶层及沉淀物产生强力的剥离作用。但是过高的超声波强度和作用时间会打散污泥絮体，影响污泥活性并损坏膜组件。因而选用合适的超声波强度和作用时间对于有效控制膜污染至关重要。当物理清洗无法把膜污染降到可接受水平时，就需要进行化学清洗。普遍使用的化学清洗剂包括NaClO、NaOH、HCl、柠檬酸等。化学清洗剂的选用需要针对污染物的特征。一般来说，氧化剂和碱类（如NaClO 和NaOH）用于清除生物和有机污染，酸性清洗剂用于去除金属有机污染化合物和无机垢，配位清洗剂如柠檬酸、EDTA 等因为其独特的配位能力用于去除包含金属离子污染物。联合使用几种清洗剂往往比单一清洗剂去除效果要强。需要指出的是，这些清洗剂一般都有一定的化学腐蚀性，因而会对膜造成一定程度的损害。基于这一考虑，最近，一些温和的、环境友好的清洗剂，如酶制剂和表面活性剂，开始被用于去除膜污染物质。有研究表明蛋白酶和脂肪酶可以用于清洗污染的超滤膜。PoeleS te 等采用了一种新的酶清洗方法，发现可以100%恢复超滤膜的通量。2 MBR工艺应用MBR工艺与传统的污水处理工艺相比，在污染物去除效果方面具有无法比拟的优势。目前 MBR 工艺被广泛应用于污水深度处理及污水回用工艺中。美国 Dorr-Oliver 公司在上世纪60年代建成了世界上第一座 MBR 工艺污水处理厂，当时处理水量仅仅达到 14 m3/d。上世纪70年代日本在高层建筑中将 MBR工艺作为污水回用系统应用到实际工程中。上世纪 90年代中期，日本已经拥有39座采用 MBR 工艺的污水处理厂，100 栋以上的高层建筑采用了 MBR 污水回用系统，并且日处理能力最大可达到 500 m3/d。2005 年以前，全世界 2/3 的商用 MBR都集中在日本，其次多集中于欧洲和北美，并且绝大部分 MBR 工程采用的是活性污泥法与膜技术相结合的方式应用。中国对于 MBR 研究起步较晚，但发展迅速。1996 年，我国在实验室首次完成了 MBR 工艺处理工业废水的研究。1998年，国家鉴定了清华大学建立MBR中试研究系统。1999 年，分置式 MBR 在印染废水处理领域进入中试规模应用。因早期 MBR 工艺的成本问题，MBR 应用的实际工程主要以中小型规模为主。随着膜材料及能耗成本的降低，一批大规模的MBR工程开始进入设计可研阶段。2006 年中国建成了第一座采用MBR工艺的万吨级市政污水处理厂。表 1.1 列举了部分国内外 MBR 工艺在污水领域中的应用情况。从数据表中不难得出，从 2000 年开始，MBR 工艺已经开始在污水处理领域高速发展起来。表 1.1 部分国内外 MBR 工艺在污水领域中的应用情况项目膜供应商处理水量（m3/d）投运时间（年）英国PorbckKubota19001998德国 Rodingen Zenon24001999 英国 Stwanage Kubota 127202000德国 Markranstadt Zenon 36002000 法国 De de Yeu Zenon22602000美国 Califomia Zenon 9400 2001加拿大 Ontario Zenon 41002001英国 Lowestoft Zenon 14160 2002美国 Califomia Zenon140002002 美国 Georgia Zenon9400 2002德国Monheim Zenon 24002003英国 BuxtonZenon 10627 2004美国 GeorgiaZenon 56800 2005荷兰 OotmarsumNorit X-Flow 1800 2006中国 北京密云Mitsubishi 45000 2006中国 湖北省十堰市碧水源 2013中国 北京清河碧水源 2013中国 克拉玛依清大国华60002017截止到2014年，我国投入运行或在建的万吨级以上市政污水 MBR 项目一共有 31 个，其中运行的有 23 个，在建的有 8 个。最大运行项目为北生水厂二期 55 万 m3/d，是目前中国规模最大的污水再生水厂。另外，还有一些比较典型的万吨级以上 MBR 项目：如我国首个采用 MBR 技术的高品质再生水工程项目北京密云再生水厂于 2006 年 4 月建成投产，总投资 9426 万元，设计规模 4.5 万m3/天，每年可提供优质再生水 1600 万立方米，出水水质达到国家一级 A 标准和地表水回灌标准。如北京市北小河污水处理厂改扩建工程，该厂将高品质出水回到奥林匹克森林公园及周边的奥运场馆。如广州京溪污水处理厂，将MBR工艺全部采用地下式，不但大大节省了用地面积，地上采用景观绿化，同时也美化了环境，这种全埋式 MBR 工艺近年来受到业内的青睐。根据统计，我国市政污水处理MBR项目主要分布在北京、太湖流域（无锡）、云南等地区，湖北、黑龙江等地零星地有一些项目。在北京等水资源短缺地区，采用 MBR 主要出于污水回用的目的，项目处理规模占比约 40%；而在江苏、云南等南方地区，则主要出于减排目的，项目处理规模占比约 60%。结合市场信息，统计得出我国 20052014 年已投运的万吨以上市政污水处理项目规模的发展趋势如图 1.3 以及 20052014 年已投运的万吨级以上 MBR 污水处理厂个数的发展走向如图 1.4 所示。图 1.3 中国城市污水处理厂 MBR 工艺水厂处理水量增长趋势 3 中国市政污水处理领域MBR膜产品及膜厂家调研目前，在中国市场上MBR污水处理领域中，最常用的有机膜材料包括：聚偏氟乙烯（PVDF）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚醚砜（PES）等，使用的无机膜多为陶瓷膜。MBR有机膜材料已经实现了由聚丙烯（PP）向聚乙烯（PE），再向聚偏氟乙烯（PVDF）的三次突破，并降低了 MBR 项目的投资成本及运行费用。通过调研的万吨级以上城市污水项目所使用的膜材料数据，统计得出 PVDF、PP和 PVC 等主要膜材料所占的市场份额如图 1.5 所示。 图 1.4 中国已投产（万吨级）城市污水处理厂 MBR 工艺水厂数量增长趋势 图 1.5 主要膜材料占用份额分布截止到 2013 年底，主要膜厂家在市政污水处理领域市场占有份额如图 1.6 所示。可以看出，碧水源占据了市政污水处理厂近一半的份额，其次是 GE 和旭化成分别各站 16%的市场份额。进入中国水处理市场的主要 MBR膜生产企业包括欧美企业、日企以及中国本土企业，较大的公司有美国GE泽能公司、德国西门子、日本三菱丽阳、旭化成、久保田等大型膜供应商，国内的主要有碧水源、天津膜天膜等。主要膜厂商的基本情况调研见表3.1所示。同时我公司自主研发、生产的平板膜，就其性能、节能效果、孔径分布率等综合来说，已经达到国内第一，较目前仍应用较广的中空纤维膜，有明显的优势，未来定会有广阔的市场。图 1.6 主要膜厂家在市政污水处理领域市场占有份额表1.2 主要膜厂商基本情况一览表4 方案设计4.1 方案1500m3/d4.1.1 污水处理量工程区内污水产量约为500m3/d。考虑远期人口增加，污水量将增加到800m3/d。故本次设计时设备按污水量500m3/d设计，土建工程按污水量800m3/d设计，远期人口增加后仅增加设备即可，不需对整个工程进行改扩建，可节省投资。4.1.2 设计进、出水水质本工程区内排放的污水基本为洗浴水、冲厕水、厨房水等生活污水，无有毒有害性工业废水。参考国家设计规范及结合我公司以往的污水处理工程设计经验，设计时考虑一定的变化系数，进水水质设计平均值如下：表4.1 设计进水水质水质参数CODcrBOD5SSTPNH3-NTN值(mg/l)40020020043040本工程处理后出水用作景观水，出水要求达到国家标准城市污水再生利用景观环境用水水质（GB/T18921-2002）中观赏性景观环境用水的限值。表4.2 设计出水水质标准CODcrBOD5SSTPNH3-NTN城市污水再生利用 景观环境用水水质观赏性景观环境用水（GB/T18921-2002）6100.55.0154.1.3 处理工艺选择（1） 工艺选择原则选择合理的污水处理工艺技术是十分重要的。只有选择得当，才能使污水处理工程的处理效果好，运行管理方便，节省投资成本和运行费用。污水处理工艺的选择，首先需要适应污水进水水质、出水水质要求以及当地温度、工程地质、环境等条件，然后综合考虑工艺的可靠性、成熟性、适用性、去除污染物的效率、投资省、操作管理简单、运行费用低等多因素，选择最优的工艺方案。1 符合国家和地方环境保护政策和相关法律法规、标准及规范；2 工艺技术先进、高效节能，处理效率高，出水稳定达标；3 处理设施安全、成熟，并尽量减少工程投资成本，降低运行费用；4 最大限度地降低操作管理和维修技术难度；5 污水处理设施具有较强的抗水量、水质冲击负荷能力；6 污水处理设施运行时不产生臭气及噪声等二次污染；7 优先选择国内先进、可靠、高效、成熟的污水处理专用设备。（二）工艺选择污水处理的主要工艺技术主要包括：生物处理技术、自然处理技术。经过人类上百年的实践，国际上公认以生物处理为经济效益比最好（costeffective）。因此世界上大多数污水处理厂采用生物处理工艺。污水生物处理分为厌氧生物处理和好氧生物处理两大类。厌氧生物处理技术降解有机物的效率有限，出水水质较难达到本项目的要求，且占地相对较大，废气收集处理问题也不好解决。因此也不考虑单独使用。本项目中，化粪池作为典型的厌氧处理，作为标准的设施用于污水处理的前处理。传统的活性污泥法投资高、运行费用高、占地大、污泥处理量大、处理较为复杂（通常要采用厌氧污泥消化），本方案也不考虑采用。生物膜法是一种比较适合小型生活污水处理的工艺技术，与传统活性污泥法处理系统相比较，生物膜法易于维护运行、节能省电、占地面积小，污泥少，一次性投资较普通活性污泥法稍高一些但可以接受，但如果出水要求较高需要增加深度处理，投资较高。膜生物反应器以出水水质稳定优良为其优势，但一次性投资成本稍高。本工程要求处理出水用作景观水，且不能影响周围人们的身体健康，故对出水水质要求较高，且要求有较高的稳定性。本工程推荐选用膜生物反应器工艺作为首选处理工艺。4.1.4 工艺设计（一）工艺流程 根据本工程的进出水水质，设计工艺流程如下：（二）工艺说明（1）机械格栅（粗格栅）格栅槽内安装格栅。格栅主要用来拦截污水中的大块漂浮物，以保证后续处理构筑物的正常运行及有效减轻处理负荷，为系统的长期正常运行提供保证。格栅选用机械格栅，栅条间隙为5mm，采用2台。格栅槽设置两个廊道，单廊道尺寸为9000700mm，每个廊道安装一台格栅，污水量少时启动一台，高峰期两台同时启动。栅渣需定期清理，可作垃圾处理。（2） 初沉池初沉池主要用于沉淀比重较大的无机颗粒杂质，有效保证潜污泵不堵塞、卡死等，延长潜污泵的使用寿命，同时便于沉积物的清理工作，延长后续调节池的有效容积。初沉池采用钢筋混凝土结构，埋地设置，设计尺寸为900015004500mm，有效水深为3.1m。（3） 调节池 由于来自各时的水质、水量均不一样，一般高峰流量为平均处理量的28倍，因此为使处理系统连续稳定地运行，同时调节水量和均化水质，设计一调节池，调节池的设计有效容积一般为平均处理量的412倍。调节池内置潜污泵及回流措施，以保证一定的额定流量提升至后续生物处理系统，减少水量对系统的冲击负荷。同时为保证调节池内不沉积污物，设置潜水搅拌器进行搅拌。调节池采用钢筋混凝土结构，埋地设置，设计尺寸为9000105004000mm，有效水深为3.0m。（4） 缺氧池 污水进入缺氧池，同时进入的还有膜池的回流污泥。缺氧池的首要功能是脱氮，反硝化菌利用污水中的有机物作为碳源，将膜池回流污泥中带入的大量NO3-和NO2-还原为N2并释放到空气中，BOD浓度继续下降，NO3-浓度也大幅度下降。池内设潜水搅拌器。缺氧池采用钢筋混凝土结构，埋地设置，设计尺寸为409553004000mm，有效水深为3.3m。（5） 好氧池在曝气状态下中大量繁殖的活性污泥中微生物以及硝化菌群、磷细菌，降解或吸附水中含碳、氨氮、磷有机污染物质，以达到净化水质的目的。池内设置管式橡胶微孔曝气器，具有良好的氧转移率。好氧池采用钢筋混凝土结构，埋地设置，设计尺寸为1100041004000mm，有效水深为3.3m。（6） 膜池利用膜对生化反应池内的含泥污水进行过滤，实现泥水分离。一方面，膜截留了反应池中的微生物，使池中的活性污泥浓度大增加，达到很高的水平，使降解污水的生化反应进行得更迅速更彻底，另一方面，由于膜的高过滤精度，保证了出水清澈透明，得到高质量的产水。膜池设置MBR膜组件系统及配套的出水、反洗、清洗、吹扫等系统。MBR膜区内的吹扫（曝气）有两个用途，一是用于膜组件周围的气水振荡，保持膜表面清洁，二是为提供生物降解所需要的氧气。通过膜的高效截留作用，全部细菌及悬浮物均被截流在曝气池中，可以有效截留硝化菌，使硝化反应顺利进行，有效去除氨氮；同时可以截留难于降解的大分子有机物，延长其在反应器中的停留时间，使之得到最大限度的降解。剩余污泥通过膜区剩余污泥泵定期排出，可控制系统内活性污泥的浓度及污泥龄。膜池采用钢筋混凝土结构，埋地设置，设计尺寸为670553004000mm，有效水深为3.3m。（7） 消毒/清水池经膜过滤的出水尚有一部分病毒不能被去除，出水再经消毒即可达标回用，本设计采用次氯酸钠消毒。消毒后的水储存在清水池内供使用。消毒/清水池采用钢筋混凝土结构，埋地设置，设计尺寸为1100050004000mm，有效水深为3.5m。（8） 污泥池膜池的剩余污泥经污泥泵抽吸至污泥池内，定期由环卫车抽吸外运，由于膜生物反应器工艺产生的污泥较少，3个月或半年抽吸一次即可。污泥池采用钢筋混凝土结构，埋地设置，设计尺寸为90008004500mm，有效水深为4m。（9） 设备间设备间主要用于安放鼓风机、抽吸泵、加药消毒装置等设备。设计采用砖混结构，地面设置。设计尺寸为1700054804000mm。（10） MBR膜组件选用本公司型号为GHM-150-200的膜组件，理论所需膜片为1389片，设计膜片用量1600片，即共计8套膜组件，分两列安装。4.1.5 主要构筑物一览表序序号名称尺寸数单位有效容积停留时间材质有效水深 mm量m3hm1格栅槽90007002组钢砼2初沉池9000150045001座41.91.26 钢砼3.13调节池90001050045001座283.58.51 钢砼3.04缺氧池4095530040001座71.62.15 钢砼3.35好氧池11000410040001座148.84.46 钢砼3.36膜池6705530040001座117.33.52 钢砼3.37消毒/清水池11000500040001座192.55.78 钢砼3.58污泥池900080045001座28.8钢砼49设备间1700054801座砖混4.2 方案25000m3/d工艺流程和方案一类同，只将原AO工艺改为A2/0工艺。若厂区用地允许，可在膜池后，增加二沉池，控制SRT在14d左右，以充分发挥微生物的除磷效果，减少除磷药剂使用。4.3 方案350000m3/d工艺流程和方案二雷同。如果修建了二沉池，同时在泥龄较短的条件（SRT在14d左右）运行，水量较大，产生污泥量较多，若条件允许，可再修建污泥消化池。