徐 杰，張樹(shù)俊，徐志華

(1 南京市市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000；2 北京久安建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，北京 100000)

“十三五”期間，鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水治理在各省市全面展開(kāi)，在鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水治理設(shè)施建設(shè)過(guò)程中，普遍存在：(1)設(shè)施總體規(guī)模較小，配套管網(wǎng)建設(shè)不完善，近、遠(yuǎn)期規(guī)模差距大；(2)可用建設(shè)用地較小，要求建設(shè)周期短，(3)進(jìn)水量波動(dòng)性大，污染物濃度偏低，(4)污泥處理能力不足等特點(diǎn)。針對(duì)上述特點(diǎn)，選擇改擴(kuò)建靈活性高、建設(shè)周期短、占地集約、運(yùn)行穩(wěn)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(shù)有機(jī)結(jié)合，采用膜分離代替?zhèn)鹘y(tǒng)活性污泥法中的二沉池，將生物反應(yīng)器中的水力停留時(shí)間和污泥齡完全分離；具有處理負(fù)荷高、抗沖擊能力強(qiáng)、占地小、產(chǎn)泥量小、處理效果好等特點(diǎn)。以膜工藝為主體的一體化設(shè)備，將生化反應(yīng)單元和膜分離單元集成于一體，還具有模塊化程度高[1]、實(shí)施工期短、靈活性好等特點(diǎn)；可廣泛運(yùn)用于鄉(xiāng)鎮(zhèn)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(shè)備[3，4]在鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水治理中的建設(shè)及運(yùn)行概況，為其在污水治理中的應(yīng)用提供實(shí)際參考案例。

1 項(xiàng)目概況

湖北省某市鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠建設(shè)PPP項(xiàng)目，采用PPP模式；為國(guó)內(nèi)首批采用PPP模式建設(shè)運(yùn)營(yíng)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水治理項(xiàng)目。項(xiàng)目共涉及14個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)14座鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠，總規(guī)模為9700 m3/d，單座規(guī)模在300～1500 m3/d之間。

項(xiàng)目于2016年動(dòng)工，先行于《湖北省鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水治理指南》(2017)，于2018年建成投產(chǎn)。

2 設(shè)計(jì)水質(zhì)

項(xiàng)目中鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)水參照項(xiàng)目同地區(qū)、同類型污水水質(zhì)，出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。具體水質(zhì)如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

3 工藝流程及設(shè)計(jì)

3.1 工藝流程

結(jié)合上文所述鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水治理的特點(diǎn)，項(xiàng)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(shè)備，具體流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

項(xiàng)目采用“一體化提升泵站+地上式調(diào)節(jié)池”代替“傳統(tǒng)進(jìn)水提升泵房+調(diào)節(jié)池”，降低了土建施工難度，縮短了工期，節(jié)省了運(yùn)營(yíng)電費(fèi)。

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

3.2 主體工藝設(shè)計(jì)

以規(guī)模為1500 m3/d的鄉(xiāng)鎮(zhèn)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(shè)計(jì)。

(1)水力高程設(shè)計(jì)

水力高程設(shè)計(jì)以受納水體水位和廠坪洪水位為依據(jù)，滿足尾水排放和防洪要求的基礎(chǔ)上，堅(jiān)持降低能耗、土方平衡的原則。整個(gè)工藝水力高程經(jīng)一次提升后，污水重力流經(jīng)過(guò)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(qū)明確、流程順暢、布局緊湊等基本原則，同時(shí)滿足建筑消防、綠化等規(guī)范要求。

整個(gè)廠區(qū)僅布置有：建筑物1座(輔助用房)，構(gòu)筑物1座(細(xì)格柵、沉砂池及調(diào)節(jié)池)，成套設(shè)備4座(一體化提升泵站、膜工藝一體化處理設(shè)備)。具體平面布置如圖3所示。

圖3 廠區(qū)平面布置圖

(3)各處理單元設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

①一體化提升泵站

土建及設(shè)備規(guī)模1500 m3/d，變化系數(shù)取1.9，采用一體化玻璃鋼結(jié)構(gòu)；配置粉碎格柵、潛污泵(2用1備)、液位控制等設(shè)備。

②細(xì)格柵、平流沉砂池及調(diào)節(jié)池

組合池型，土建及設(shè)備規(guī)模1500 m3/d，變化系數(shù)取1.9，地上鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。細(xì)格柵柵隙3 mm，平流沉砂池停留時(shí)間40 s，調(diào)節(jié)池水力停留時(shí)間12 h；配置壓榨機(jī)、砂水分離器、潛水?dāng)嚢杵?、液位控制等設(shè)備。

③膜工藝一體化處理設(shè)備

成套設(shè)備，3套，單套處理規(guī)模500 m3/d；含AO+MBR處理單元，采用浸沒(méi)式中空纖維膜126片，膜面積總計(jì)1260 m2，集成產(chǎn)水泵、反洗泵、回流泵、曝氣風(fēng)機(jī)、攪拌設(shè)備等。

④管式紫外消毒

成套設(shè)備，1套，置于組合池下方；有效生物驗(yàn)證劑量大于22 MJ/cm2。

4 實(shí)際運(yùn)行效果分析

自2018年建成，目前14座鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠均已正常運(yùn)行2年有余；取2019年10月01日-2020年10月01日時(shí)間段各污染物指標(biāo)均值，對(duì)14座污水廠(編號(hào)A～N)實(shí)際運(yùn)行效果進(jìn)行分析。

4.1 對(duì)COD指標(biāo)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(hào)A～N)進(jìn)水COD均值在100～170 mg/L之間，各廠進(jìn)水水質(zhì)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(yōu)于一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，可達(dá)地表Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)；膜工藝一體化處理設(shè)備可有效保證鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水處理COD穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

圖4 對(duì)COD指標(biāo)去除效果

4.2 對(duì)BOD5指標(biāo)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(hào)A～N)進(jìn)水BOD5均值在50～75 mg/L之間，各廠進(jìn)水BOD5相對(duì)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(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。去除率在85%～95%之間；膜工藝一體化處理設(shè)備可有效保證鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水處理BOD5穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

圖5 對(duì)BOD5指標(biāo)去除效果

4.3 對(duì)NH3-N指標(biāo)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(hào)A～N)進(jìn)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(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，可達(dá)地表Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。去除率在90%～96%之間；膜工藝一體化處理設(shè)備可有效保證鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水處理NH3-N穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

圖6 對(duì)NH3-N指標(biāo)去除效果

4.4 對(duì)TN指標(biāo)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(hào)A～N)進(jìn)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(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。去除率在58%～79%之間；膜工藝一體化處理設(shè)備可有效保證鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水處理TN穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

圖7 對(duì)TN指標(biāo)去除效果

4.5 對(duì)TP指標(biāo)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(hào)A～N)進(jìn)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(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。去除率在85%～97%之間；膜工藝一體化處理設(shè)備可有效保證鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水處理TP穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

圖8 對(duì)TP指標(biāo)去除效果

4.6 對(duì)SS指標(biāo)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(hào)A～N)進(jìn)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(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。去除率在92%～96%之間；膜工藝一體化處理設(shè)備可有效保證鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水處理SS穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

圖9 對(duì)SS指標(biāo)去除效果

4.7 處理效果總結(jié)

根據(jù)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(biāo)均能穩(wěn)定滿足一級(jí)A排放要求。部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)COD及NH3-N指標(biāo)可達(dá)地表Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。

5 運(yùn)維管理特點(diǎn)

(1)管理及定員

鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水治理通常涉及面廣，設(shè)施分散，不宜按照常規(guī)城鎮(zhèn)污水處理廠配置標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置管理機(jī)構(gòu)及定員[5]。

以一體化處理設(shè)備為主體的鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠具有處理設(shè)施數(shù)量少、集成度高、自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)；可采用“固定+流動(dòng)”相結(jié)合的運(yùn)維機(jī)構(gòu)及人員配置模式。

項(xiàng)目14座鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水廠固定配置1人負(fù)責(zé)廠區(qū)日常巡檢，另配置1個(gè)固定運(yùn)維中心班組和2個(gè)流動(dòng)巡檢班組，固定運(yùn)維中心班組定員3人，2個(gè)流動(dòng)巡檢班組各定員3人。目前，人員成本每年約96萬(wàn)元，折合噸水人員成本約0.3元。

(2)藥劑儲(chǔ)存及投加

項(xiàng)目14座鄉(xiāng)鎮(zhèn)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(dú)設(shè)置儲(chǔ)存及投加裝置，原液集中采購(gòu)。

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(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠以膜工藝的一體化設(shè)備為主體，污泥量較少，未設(shè)置單獨(dú)污泥處理單元。14座污水處理廠污泥采用廠內(nèi)儲(chǔ)泥罐儲(chǔ)存，定期采用移動(dòng)式槽罐車轉(zhuǎn)運(yùn)至附近城市污水處理廠集中處理。

6 結(jié) 論

(1)以膜工藝為主體的處理工藝應(yīng)用于鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水治理，可穩(wěn)定保證處理出水滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。以湖北省某市14座鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水廠為例，部分出水指標(biāo)可達(dá)地表Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。

(2)一體化膜處理設(shè)備為主體的鄉(xiāng)鎮(zhèn)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(yùn)用于鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水治理。

(3)鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水治理設(shè)施分散，因地制宜制定運(yùn)維管理模式，可提高運(yùn)維效率，降低成本。