于 馳，張 晶，李立崢

(1．大連理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧大連 116024;2．天津市中天建筑設(shè)計(jì)院，天津 300180)

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展與科技水平的不斷提高，污水排放量越來越大，如果未能得到妥善處理，將嚴(yán)重污染環(huán)境，而污水處理事業(yè)的進(jìn)行將大大影響未來社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。近年來，我國污水處理行業(yè)的發(fā)展取得了較大程度上的進(jìn)步，為我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人民生活水平的提高做出重要貢獻(xiàn)［1－2］。因此，我國污水治理已經(jīng)成為當(dāng)代環(huán)境工作的重要項(xiàng)目，新型且能達(dá)到《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》(GB/T 18921－2002)的標(biāo)準(zhǔn)污水處理廠的建立，也已經(jīng)成為污水治理的工作重點(diǎn)。

基于此，針對天津港保稅區(qū)實(shí)際特點(diǎn)，根據(jù)《天津港保稅區(qū)總體規(guī)劃》，擬在天津港保稅區(qū)起步區(qū)雨污水泵站處建設(shè)污水處理廠。該工程位于天津保稅區(qū)新港大道與海濱三路交匯處，雨污水泵站東側(cè)。該研究主要擬定工藝流程，完成污水處理方案，并對污泥處理等進(jìn)行分析探討，提出相應(yīng)的合理化建議，以期為污水處理廠的建造及改擴(kuò)建提供一定參考。

污水經(jīng)過處理后，為了節(jié)約水資源，一部分要進(jìn)行回收利用?；赜盟饕米髫泩觥⒋a頭、道路沖洗和景觀綠化用水。污水處理廠占地共5 000 m2，結(jié)合保稅區(qū)起步區(qū)排水量的實(shí)際情況，以天津港保稅區(qū)規(guī)劃為依據(jù)，確定污水處理廠處理量為每天5 000 m3，回用水規(guī)模為每天3 000 m3。廠內(nèi)排水采用雨污分流制。部分雨水經(jīng)收集后，排入就近的市政雨水管內(nèi)，而污水經(jīng)過收集后排放進(jìn)入污水廠內(nèi)的格柵池內(nèi)，經(jīng)處理后排放。

1 進(jìn)、出水水質(zhì)和工藝流程

1．1 進(jìn)、出水水質(zhì) 工程再生水可用于園林綠化、環(huán)境衛(wèi)生、工程施工，根據(jù)國家《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》(GB/T 18921－2002)標(biāo)準(zhǔn)，對出水的各項(xiàng)指標(biāo)都有較嚴(yán)格要求。綜合考慮工程經(jīng)濟(jì)和管理等因素，污水二級處理過程中利用生物優(yōu)勢處理廢水，使出水水質(zhì)能達(dá)到要求。表1分別列出了進(jìn)、出水水質(zhì)情況。

表1 進(jìn)、出水水質(zhì)

1．2 工藝流程 污水處理設(shè)計(jì)中最重要的是工藝選擇，工藝的確定直接影響污水處理效果、出水水質(zhì)，同時還會對污水處理廠的經(jīng)濟(jì)消耗、設(shè)備管理、安全運(yùn)轉(zhuǎn)等各方面產(chǎn)生影響，因此，必須根據(jù)實(shí)際條件客觀合理地選擇處理工藝，以達(dá)到最佳的污水處理效果。根據(jù)工程設(shè)計(jì)的進(jìn)水水質(zhì)和所要達(dá)到的出水排放標(biāo)準(zhǔn)，所采用的污水處理工藝除具有去除有機(jī)污染物和懸浮固體的效果外，還應(yīng)具有除磷脫氮的功能［3－4］。

目前，主要有兩大類中水處理工藝:一類是以污水處理廠二級出水為原水，經(jīng)物理化學(xué)方法為主的深度凈化處理，達(dá)到回用水水質(zhì)要求。最常用的深度處理工藝為混凝+沉淀+過濾和連續(xù)微濾。另一類是采用生化法與膜分離結(jié)合的處理工藝，將污水直接處理使其達(dá)到回用水水質(zhì)要求，如膜生物反應(yīng)器［2］。結(jié)合工程的具體情況和國內(nèi)外的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，該項(xiàng)目工藝部分決定將生物處理與膜分離兩種技術(shù)相結(jié)合，以保證再生水水質(zhì)。

循環(huán)式活性污泥法(CASS)工藝是在傳統(tǒng)SBR工藝基礎(chǔ)上開發(fā)出來的新工藝，由預(yù)處理、CASS反應(yīng)池、消毒、污泥處理等工序構(gòu)成［5］。CASS工藝在SBR池內(nèi)進(jìn)水端增加了一個生物選擇器，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)進(jìn)水與間歇排水。CASS具有工藝流程比較簡單，占地小，投資低，生化反應(yīng)推動力大，沉淀效果好，抗沖擊能力強(qiáng)，不易發(fā)生污泥膨脹，適用范圍廣，適合分期建設(shè)等優(yōu)點(diǎn)。

近年來，隨著膜生產(chǎn)技術(shù)的提高和生產(chǎn)成本的降低，膜技術(shù)在污水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用，特別是與生物反應(yīng)器相組合的膜生物反應(yīng)器(MBR)作為一種新型高效污水處理技術(shù)在國際上受到了廣泛關(guān)注［6］。MBR是將傳統(tǒng)的生物處理工藝與膜技術(shù)結(jié)合為一體的新型污水處理技術(shù)。MBR采用膜分離與活性污泥法相結(jié)合的方法處理含碳有機(jī)物，能使有機(jī)物深度氧化的同時保留體系中的硝化細(xì)菌，也可同時進(jìn)行硝化與反硝化作用，成功除氮，在低溫時亦具有高處理能力［7］。使用MBR進(jìn)行污水處理不僅可以節(jié)約大量水資源，還可以減少設(shè)備占地，節(jié)約能源，減少設(shè)備購置、運(yùn)行和管理的費(fèi)用，避免二次污染，具有良好的環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟(jì)效益［8］。為保證再生水水質(zhì)，最終選定CASS+MBR的處理工藝。污泥處理工藝推薦采用直接濃縮脫水處理。工藝流程如圖1所示。

2 主要構(gòu)筑物和處理設(shè)備設(shè)計(jì)

2．1 細(xì)格柵間 主要功能:攔截部分雜物和纖維狀物質(zhì)。確保在后續(xù)的處理過程中各個系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。

2．1．1 構(gòu)筑物。細(xì)格柵間:采用一座矩形鋼筋砼構(gòu)筑物，工藝尺寸:3．5 m ×1．6 m ×2．0 m，有效水深:H=1．5 m。

圖6給出了分時電價前后系統(tǒng)總負(fù)荷(常規(guī)負(fù)荷+電動汽車負(fù)荷)的時序曲線。由圖可得，當(dāng)電動汽車集群接入電網(wǎng)時會增加系統(tǒng)總負(fù)荷波動，場景1中加入無序充電負(fù)荷的系統(tǒng)負(fù)荷與未接入電動汽車時的系統(tǒng)負(fù)荷相比，負(fù)荷波動方差從306.05 MW2升至535.07 MW2；但是在分時電價引導(dǎo)的充電模式下，系統(tǒng)負(fù)荷峰谷差要遠(yuǎn)小于無序充電模式下的峰谷差，系統(tǒng)負(fù)荷波動方差降至375.67 MW2。場景2中情況類似，不再贅述。采取分時電價引導(dǎo)的有序充電模式后顯著改善了電動汽車集群對于系統(tǒng)負(fù)荷波動的影響。

2．1．2 主要設(shè)備。①回轉(zhuǎn)式污細(xì)格柵:2臺，型號GSHZ800，柵條間隙:b=5 mm，功率:1．5 kW。②機(jī)械除污細(xì)格網(wǎng):4個，設(shè)計(jì)流量:0．15 m3/s，網(wǎng)格間隙:b=3 mm，配有柵渣運(yùn)輸皮帶運(yùn)輸機(jī)一臺。

2．2 曝氣沉砂池

2．2．1 構(gòu)筑物。曝氣沉砂池:確定為一座矩形鋼筋砼構(gòu)筑物，工藝尺寸:5 m ×2．5 m ×3．0 m，有效水深:H=2．5 m，最大流量時的停留時間為3 min。

2．2．2 主要設(shè)備。①吸砂機(jī):管道布?xì)鈳Ц≡渤到y(tǒng)共2個，型號S-2。②潛水無堵塞泵:采用型號AV1．4-4的泵一臺，N=1．4 kW，Q=54 m3/h，H=2 m。

2．3 生物處理池 主要功能:中空纖維膜分離與生物處理相結(jié)合，污水處理后達(dá)到回用水標(biāo)準(zhǔn)。

2．3．1 CASS池。CASS池1座(4格)，矩形鋼筋砼構(gòu)筑物，設(shè)計(jì)流量:Q=85 m3/h，總有效池容:V=1 500 m3，工藝尺寸:20 m×4 m×5．8 m ×4，有效水深:H=5．0 m，污泥齡:SRT=15 d，混合液懸浮固體濃度:MLSS=4 000 mg/L，污泥負(fù)荷:F/M=0．08 kg BOD5/(kg MLSS·d)，產(chǎn)泥率:E=0．55 kg SS/kg BOD5，水力停留時間:T=18 h，標(biāo)準(zhǔn)狀況下空氣量:850 m3/h。

2．3．2 MBR 池。MBR 池 1座(4格)，設(shè)計(jì)流量:Q=125 m3/h，總有效池容:V=1 500 m3，工藝尺寸:20 m ×4 m ×5．8 m×4，有效水深:H=5．0 m，污泥齡:SRT=30 d，混合液懸浮固體濃度:MLSS=6 000 mg/L，污泥負(fù)荷:F/M=0．06 kg BOD5/(kg MLSS·d)，產(chǎn) 泥 率:E=0．45 kg SS/(kg BOD5)，水力停留時間:T=12 h，標(biāo)準(zhǔn)狀況下空氣量:2 500 m3/h。

2．3．3 主要設(shè)備。

(2)污泥回流泵，采用潛水離心泵，16臺，型號:WQ2155-409，回流比50%，Q=45 m3/h，H=8 m，N=2．2 kW。

(3)中空絲膜組件，數(shù)量32臺，中空纖維膜孔徑:0．2 μm，中空纖維膜設(shè)計(jì)通量:15 L/(m2·h)，中空纖維膜面積:1 280 m2，膜組件參數(shù):簾式膜 10 片/件，產(chǎn)水量 Q=3．0 m3/h/件。

(4)旋轉(zhuǎn)式潷水器，數(shù)量8臺，型號:B-200。最大潷水深度:1．3 m，潷水量:2 500 m3/d，電機(jī)功率:0．75 kW。

(5)行車式膜組件吊裝設(shè)備。采用軌道行車式設(shè)備1臺，工藝尺寸L×B×H=16 m×16 m×5．5 m，功率4 kW，起吊重量1 500 kg。

(6)離心鼓風(fēng)機(jī)，數(shù)量4臺，3用1備，型號GRB-200，Q=21．9 m3/min，H=6 m，N=37 kW。

2．4 中水處理間

2．4．1 構(gòu)筑物。中水處理間1座，采用半地下式磚混結(jié)構(gòu)。尺寸:L×B×H=18 m×6 m×5 m，回用水處理量:125 m3/h。

2．4．2 主要設(shè)備。①水泵，自吸式離心泵，型號GMP-35-80，6臺，4用2備，Q=33 m3/h，H=17 m，N=5．0 kW。②膜組件化學(xué)清洗設(shè)備2套，形式為浸泡式。③電動單梁懸掛起重機(jī)1 套。T=1 t。

2．5 清水池 半地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，1座。工藝尺寸L×B×H=8 m×16 m×5 m，貯存處理達(dá)標(biāo)的再生水。

2．6 送水泵房

2．6．1 構(gòu)筑物。半地下式磚混結(jié)構(gòu)，1座，工藝尺寸L×B×H=12 m×6 m×5 m，為中水用戶輸送處理達(dá)標(biāo)的再生水。

2．6．2 主要設(shè)備。①臥式單級離心泵，型號:KQW100/150/-11/2，3 臺，2 用 1 備。Q=65．4 m3/h，H=32 m，N=11 kW。②真空泵，型號:SZB-4，2臺(1用1備)。Q=240 L/min，真空度:－67．1 kPa，N=2．2 kW。

2．7 加氯加藥間

2．7．1 構(gòu)筑物。單層地上建筑，1座。尺寸:L×B×H=9．0 m ×6．0 m ×5．0 m，Q=200 m3/h，氯氣投加量5 mg/L，向出水中投加氯氣，達(dá)到消毒的目的。

2．7．2 主要設(shè)備。①自動流量比例加氯機(jī)，2臺(1用1備)，型號:WP841，Q=2 kg Cl2/h。②氯瓶，2套，容量:100 kg。③漏氯吸收裝置1套，能力:500 kg/h。④電動單梁懸掛起重機(jī)，1 臺，T=1 t，L=7．5 m，起吊高度:5．0 m。

2．8 污泥處理部分

2．8．1 構(gòu)筑物。①污泥泵池，矩形污泥泵池。尺寸:2 m×2 m×4 m。②脫水機(jī)房。尺寸:12 m×6 m×5 m。

2．8．2 主要設(shè)備。①濾布式濃縮脫水一體機(jī)，1套。型號TB-2000，尺寸12 m×6 m×5 m，濕污泥處理量9～15 m3/h，濾布寬度2 000 mm，功率20 kW。②電動單梁懸掛起重機(jī)1臺。T=1 t，跨度7．5 m，起吊高度:5．0 m，功率2 kW。

2．9 過程控制系統(tǒng) 工程通過現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，對污水處理工藝(電氣)運(yùn)行過程進(jìn)行分散控制、集中管理?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)由工控機(jī)和自治控制器以及智能現(xiàn)場設(shè)備組成。整個污水處理廠擬建中央控制室一間。

3 結(jié)語

隨著社會進(jìn)步與發(fā)展，環(huán)境治理工作越來越受到重視，建立合理新型，能夠達(dá)到國家要求的污水處理廠勢在必行。天津港保稅區(qū)起步區(qū)雨污水泵站新型污水處理廠的建立，能夠滿足當(dāng)?shù)匚鬯幚硪?，廢水水質(zhì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

(1)污水處理及回用工程采用CASS與MBR相結(jié)合的工藝，不需要大量的污泥回流和內(nèi)回流，運(yùn)行管理簡單。采用這種組合式工藝，結(jié)構(gòu)緊湊，分期建設(shè)和擴(kuò)建方便，同時也為國內(nèi)類似污水處理工程的設(shè)計(jì)提供借鑒。

(2)由于季節(jié)原因，中水需用量變化較大。膜組件運(yùn)行方式可降低能耗，根據(jù)回用水量的變化，可以對模塊進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，及時調(diào)整運(yùn)行方案，使中水用量與處理量相匹配，既避免了設(shè)備及運(yùn)轉(zhuǎn)的浪費(fèi)，又確保用水安全可靠。

(3)MBR處理出水含鹽量等尚不明確，故中水脫鹽處理需做場地預(yù)留與經(jīng)濟(jì)測算，待MBR實(shí)際運(yùn)行后，對其出水進(jìn)行相關(guān)監(jiān)測來確定脫鹽處理是否需要。

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