汪啟光

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

0 前言

作為一個人口眾多、人均資源極為有限的國家，我國在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化建設(shè)過程中同時面臨著水資源短缺和水環(huán)境污染兩方面的壓力。隨著用水量的不斷增加，城市水資源的供需矛盾將更加突出，為了緩解這一矛盾，必須加強(qiáng)對淡水資源的開發(fā)與管理，尋找新的可利用水源，其中也包括對城市污水資源的再生利用[1，2]。國內(nèi)外的實踐經(jīng)驗證明，城市污水經(jīng)過深度處理后再生利用，可以作為城市可靠、廉價的第二水源。城市污水的處理再生為解決供水需求、減輕水體污染、改善生態(tài)環(huán)境方面提供了有效途徑。

基于對城市污水資源化的認(rèn)識，許多發(fā)達(dá)國家在水環(huán)境污染治理戰(zhàn)略目標(biāo)與技術(shù)路線上進(jìn)行了重大調(diào)整，由“污水處理、達(dá)標(biāo)排放”轉(zhuǎn)變?yōu)橐运|(zhì)再生為核心的“水的循環(huán)再用”，傳統(tǒng)意義上的污水處理廠由“污水處理再生廠”所取代，可起到削減污染負(fù)荷與開發(fā)城市污水資源的雙重作用[3]。

我國的城市污水再生利用工作起步較晚，國內(nèi)已建及在建的城市污水處理廠一般采用常規(guī)的二級生化處理工藝。在此基礎(chǔ)上，污水深度處理工藝是實現(xiàn)城市污水再生利用的關(guān)鍵。現(xiàn)階段對污水深度處理領(lǐng)域先進(jìn)工藝的應(yīng)用探索，對于我國建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)的污水處理再生廠以及已建污水處理廠的改造具有重要而深遠(yuǎn)的意義。

1 污水處理再生廠項目概況

1.1 污水處理再生廠設(shè)計規(guī)模

?？谑忻腊部萍夹鲁俏挥诤？谑形髂喜?，距離海口市中心17 km，美蘭國際機(jī)場30 km。規(guī)劃區(qū)總用地面積為59.29 km2。

根據(jù)美安科技新城的規(guī)劃定位和設(shè)計目標(biāo)，區(qū)域內(nèi)生活污水經(jīng)處理后，將再生水回用作為城市雜用水及部分工業(yè)用水，給水系統(tǒng)采用“雙上”模式——給水管網(wǎng)、再生水管網(wǎng)，排水系統(tǒng)采用“雙下”模式——生活污水管網(wǎng)、工業(yè)廢水管網(wǎng)，水量平衡情況見圖1。

圖1 水量平衡示意圖

美安科技新城近期開發(fā)區(qū)域的生活污水量預(yù)測為1萬m3/d，新建一座處理規(guī)模為1萬m3/d的污水處理再生廠，對區(qū)域內(nèi)生活污水全部進(jìn)行處理再生，作為再生水管網(wǎng)的供水水源。

1.2 進(jìn)出水水質(zhì)

確定污水處理再生水廠進(jìn)水水質(zhì)時，參考了區(qū)域內(nèi)同類型城市污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)，結(jié)合美安科技新城的實際情況，并考慮到將來的綜合發(fā)展。

出水水質(zhì)的確定綜合參考《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920-2002）、《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》（GB/T 18921-2002）、《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)指標(biāo)》（GB/T 19923-2002）的相關(guān)指標(biāo)，出水能滿足再生水用作城市雜用水及工業(yè)用水的水質(zhì)要求，也可作為景觀用水的補(bǔ)充水。

污水處理再生水廠進(jìn)出水水質(zhì)見表1。

表1 污水處理再生水廠進(jìn)出水水質(zhì)

2 污水深度處理工藝比選

2.1 MBR工藝原理及特點

膜生物反應(yīng)器（Membrane-Bioreactor，簡稱MBR）是20世紀(jì)末發(fā)展起來的污水深度處理新興工藝，目前該技術(shù)已在歐洲、北美及亞洲一些國家得到較快的發(fā)展,并在水處理的許多領(lǐng)域得到應(yīng)用[4]。我國應(yīng)用此項技術(shù)進(jìn)行污水再生利用的研究始于1993年，目前已在居住小區(qū)污水再生利用、工業(yè)企業(yè)廢水再生利用等中小規(guī)模項目中得到了廣泛應(yīng)用，市場化前景廣闊[5]。MBR工藝在國內(nèi)城市污水處理再生廠的應(yīng)用方面尚屬于發(fā)展和推廣應(yīng)用階段，北京市北小河再生水廠（設(shè)計處理規(guī)模6萬m3/d）對此率先進(jìn)行了成功的探索[6]。

MBR工藝將膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)污水生物處理工藝進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，利用膜分離的選擇透過性與高效性，由膜組件取代二次沉淀池進(jìn)行固液分離。膜組件可以提高懸浮固體的去除效率，達(dá)到延長污泥停留時間、降低污泥負(fù)荷的作用，有利于硝化菌等生長緩慢的細(xì)菌在反應(yīng)器中的生長和富集，從而提高脫氮和分解難降解有機(jī)物的效率。因此，MBR工藝一方面提升了傳統(tǒng)工藝固液分離的效果，另一方面改善了生物處理的運(yùn)行狀態(tài)，從而使生物處理效果得到強(qiáng)化。

MBR工藝與傳統(tǒng)生物處理工藝相比，具有以下主要特點：

（1）出水水質(zhì)良好、處理效果穩(wěn)定

膜組件的高效分離作用保證了MBR工藝具有良好的出水水質(zhì)，同時提高生物處理單元的污泥濃度，使得世代周期較長的微生物以及不易形成菌膠團(tuán)的微生物得以富集和繁殖，形成較為完整的微生物鏈，大大提高處理效率和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

高污泥濃度使MBR工藝具有很強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力，城市污水處理再生廠的進(jìn)水水量、水質(zhì)往往波動較大，系統(tǒng)耐沖擊負(fù)荷的特點對于保證處理效果的穩(wěn)定非常有利。

（2）節(jié)約占地

MBR工藝可以維持較高的系統(tǒng)污泥濃度，通常生物處理單元的MLSS為10～25 g/L，是傳統(tǒng)生物處理的3～5倍，在生物處理單元減小的同時取代二沉池，工藝流程簡單，結(jié)構(gòu)緊湊。

（3）便于管理和自動控制

MBR工藝克服了污泥膨脹和污泥流失的問題，實現(xiàn)了生化反應(yīng)的SRT和HRT的分離，易于實現(xiàn)自動化控制，操作管理更簡便。

同時由于MBR工藝的模塊化特征，污泥濃度有很寬的可控范圍，可以通過增加膜組件來靈活應(yīng)對處理規(guī)模的增長。

（4）節(jié)省污泥處理處置費用

MBR工藝污泥泥齡長，污泥產(chǎn)率低，可以大大節(jié)省后續(xù)對剩余污泥進(jìn)行處理處置的費用。

2.2 方案比選

設(shè)有粗、細(xì)格柵、沉砂池等預(yù)處理單元，在美安科技新城污水處理再生廠深度處理的方案比選中，將MBR工藝與目前廣泛應(yīng)用的A2/O+過濾工藝進(jìn)行了綜合對比，見表2。

表2 MBR與A2/O+過濾工藝對比表

目前，將傳統(tǒng)A2/O脫氮除磷單元與過濾單元組合進(jìn)行深度處理的工藝已經(jīng)非常成熟，在過濾單元的研究上，發(fā)展出了高效纖維濾池、連續(xù)流砂濾池、纖維過濾轉(zhuǎn)盤等新型工藝，在實際工程應(yīng)用中取得了良好的效果。

方案一：MBR工藝（見圖2）

方案二：A2/O＋過濾工藝（見圖3）

圖3 A2/O＋過濾工藝示意

通過對上述二個方案的全面比較和分析可知，MBR工藝與A2/O+過濾工藝在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和運(yùn)行管理上各有優(yōu)勢。在本工程深度處理方案的比選中，主要考慮以下方面的實際需要和要求。

（1）出水水質(zhì)要求高

本工程出水作為再生水管網(wǎng)的供水水源，要求滿足再生水用作城市雜用水、工業(yè)用水或景觀用水的水質(zhì)要求。如果出水不能達(dá)到水質(zhì)要求，或出現(xiàn)較大的水質(zhì)波動，將給再生水的應(yīng)用和推廣造成障礙。

（2）用地要求緊湊

本工程污水處理再生廠要求采用緊湊的用地布置，以節(jié)約寶貴的土地資源，也符合國家在市政建設(shè)領(lǐng)域嚴(yán)格土地管理、促進(jìn)集約用地的發(fā)展要求

（3）減少對周邊環(huán)境的影響

根據(jù)美安科技新城“現(xiàn)代化綠色科技產(chǎn)業(yè)新城”的建設(shè)定位，本工程污水處理再生廠要求對運(yùn)行過程中產(chǎn)生的臭氣、噪聲、污泥進(jìn)行有效處理，減少對周邊環(huán)境的二次污染。

MBR工藝與A2/O+過濾工藝相比，出水水質(zhì)和穩(wěn)定性更好，顯著節(jié)約用地，構(gòu)筑物占地小從而更有利于除臭降噪。因此，雖然總投資比A2/O+過濾工藝略高10%～15%，但MBR工藝更適合作為本工程新建污水處理再生廠的深度處理工藝。

在A2/O+過濾工藝中，保證二沉池的沉淀效果是系統(tǒng)穩(wěn)定、高效運(yùn)行的關(guān)鍵。對于二沉池的運(yùn)行效果良好、穩(wěn)定的已建污水處理廠，A2/O+過濾工藝適合作為提標(biāo)改造時的深度處理工藝。

3 MBR工藝設(shè)計

本工程污水處理再生廠中建設(shè)一座處理規(guī)模為1萬m3/d的MBR系統(tǒng)，系統(tǒng)由缺氧池、曝氣池、膜池以及綜合車間組成，合建構(gòu)筑物平面尺寸為61.2 m×24.7 m，地面以上高3.5～6.5 m，深1.5 m，見圖4、圖5。

進(jìn)水經(jīng)粗、細(xì)格柵、沉砂池等單元預(yù)處理后，依次經(jīng)過缺氧池、曝氣池和膜池。缺氧池、曝氣池和膜池均設(shè)有規(guī)模相同的兩座，通過進(jìn)水端配水渠進(jìn)行配水。各池設(shè)計參數(shù)如下。

（1）缺氧池

停留時間：2 h；

單組有效容積：417 m（3共兩座）。

（2）曝氣池

停留時間：6 h；

單組有效容積：1 251 m（3共兩座）；

污泥回流量：360 m3/h。

圖4 MBR系統(tǒng)平面圖（單位：mm）

圖5 MBR系統(tǒng)剖面圖（單位：mm）

（3）膜池

污泥濃度：8.0 gMLSS/L；

膜組件：采用PVC中空纖維膜組件，每座膜池含18組，共36組；

過濾面積：650 m2/組；

過濾通量：18.0 L/m2·h；

在線化學(xué)清洗：15～30 d一次，采用在線清洗泵，由清洗池抽水，分別加入次氯酸鈉和檸檬酸對每個系列膜組件進(jìn)行在線清洗；

離線化學(xué)清洗：半年一次，設(shè)置次氯酸鈉清洗池（堿洗池）和檸檬酸清洗池（酸洗池），每批清洗3個組件。

4 結(jié)語

MBR工藝作為一種新型高效污水處理工藝，具有諸多傳統(tǒng)工藝所不具備的優(yōu)點，但目前存在的一些技術(shù)難點對其推廣應(yīng)用造成了阻礙。如膜材料的壽命較低，更換膜組件的需要使得系統(tǒng)整體運(yùn)行費用偏高；膜組件出現(xiàn)阻塞和污染時需要進(jìn)行清洗，日常維護(hù)管理工作量較大。但隨著新型膜材料日新月異的進(jìn)步，膜材料質(zhì)量的進(jìn)一步提升和制造成本的降低，以及膜組件及裝備集成技術(shù)的不斷推陳出新，發(fā)展完善，有望逐步破解現(xiàn)存的技術(shù)難點和應(yīng)用障礙，為MBR工藝在污水再生領(lǐng)域的應(yīng)用帶來更光明的前景。

[1] 鄧風(fēng).城市污水深度處理工藝及回用途徑探討[J].節(jié)能,2002(4):41-42.

[2] 雷樂成,楊岳平,汪大翠,等.污水回用新技術(shù)及工程設(shè)計[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.

[3] 張 杰 ,曹開朗.城市污水深度處理與水資源可持續(xù)利用[J].中國給水排水,2001,17(3):20-21.

[4] Ren Nan-qi,Yan Xian-feng,Chen Zhao-bo,etc.Feasibility and simulation model of a pilot scale membrane bioreactor for wastewater treatment and reuse from Chinese traditional medicine[J].Journal of Environmental Sciences,2007,19(2):129-134.

[5] 鄧耀杰,李平,朱凡,等.以回用為目標(biāo)的污水深度處理組合工藝及其發(fā)展[J].環(huán)境工程,2005,23(3):10-14.

[6] 楊岸明,甘一萍,常江,等.北京市北小河再生水廠MBR工藝介紹[J].膜科學(xué)與技術(shù),2011,31(4):95-98.