对 2020 年 7 月 1 日—2021 年 3 月初的运行数据 进行分析,可知进水 CODCr质量浓度一般为 200. 0 ~ 600. 0 mg /L,TN 质量浓度一般为 20. 0 ~ 50. 0 mg /L, 氨氮质量浓度一般为 20. 00 ~ 40. 00 mg /L,TP 质量 浓度一般为 1. 00 ~ 3. 00 mg /L,CODCr、TN 和氨氮高值均超出设计值。从平均进水水质来看,仅 CODCr 浓度超出设计值较多,TN、TP、SS 浓度均低于设计值,氨氮浓度与设计值接近。进水 B /C 在0. 22~ 0. 33,C /N 失衡,进水水质平均值如表 2 所示。
尽管 进水 CODCr含量较高,波动很大,但出水质量浓度可稳定在 30. 0 mg /L 以下,这得益于 MBR 工艺高污泥浓度和耐冲击负荷的特点。出水 TN 质量浓度在 10. 0 mg /L 左右,氨氮质量浓度低于 5. 00 mg /L,TP 质量浓度低于 0. 50 mg /L。各项出水指标满足或优于设计一级 A 排放标准,具体如图 5~图 8 所示。
3 运行费用
项目运行费用组成主要为电力和药剂,其中药 剂主要用于化学除磷、污泥脱水、膜清洗及消毒和碳 源投加等过程。2020 年 7 月 1 日—2021 年 3 月初,项目处理污水量为 50 495 m3 /d,药剂和电力消耗如 表 3 和图 9 所示。
经计算,项目运行费用( 电费+药剂费) 为 0. 985 元/t,单位电耗为 0. 621 kW·h /t,运行费用中电费占比为 46. 07%,碳源投加占比为 30. 18%,膜清洗及消毒占比为 9. 03%,污泥脱水和化学除磷分别占比 为 8. 83%和 5. 89%。 与同类 污 水 处 理 厂 对 比,该 厂 电 耗 相 对 较高。分析其原因: 项目采用 MBR 工艺,膜池需 要持续曝气搅动来避免膜污染和堵塞,增加了能 耗; 由于全地下式污水处理厂对通风除臭要求 高,通风、除臭、照明等非直接生产电耗占比约为 35%,明显高于地面式污水处理厂; 此外,处理量尚 未达到设计规模,也导致单位电耗较高。 化学除磷药剂 PAC( 固体,质量分数为 30%) 的 投加量为 29 mg /L,折合质量分数为 10%的液体质 量浓度为 87 mg /L,这与常规工艺中深度处理混凝沉淀单元的 PAC 平均投加量接近。所耗药剂中碳源在成本中占比高,达 30%,分析其原因主要有 3 个,一是进水 C /N 失衡,为保证出水 TN 达标,需要 在缺氧区补充碳源; 二是生化池曝气量控制不佳,出 水溶解氧质量浓度常在 3~4 mg /L,高溶解氧的混合液回流到缺氧区后会消耗一部分碳源; 三是设计采 用厌氧、缺氧池两点进水,目的是充分利用进水中的碳源进行反硝化脱氮,但实际运行只从厌氧池进水。 另外,现场运行过程中没有根据水质变化及时对碳 源投加量做出调节,造成一定的浪费,在今后的运行 管理中尚有较大的优化空间。
4 设计与运行中应注意的问题及建议
( 1) 进水安全控制。地下式污水处理厂进水的安全控制非常重要,一方面需要根据管网来水流量 变化调节进厂流量,另一方面需要考虑避免突然停 电或者关键设备失效导致的污水漫灌风险。对于重力流进水和提升进水都应考虑流量调节和限制措 施,还应 考 虑 事 故 状 态 下 能 够 安 全 有 效 截 断 来水。设计中可采用闸门、电动闸阀、球阀、速闭阀 门以及多种措施相结合的方式,可考虑 UPS 的使 用,确保进水安全可控。进水控制应采用稳定可靠的设备,闸门应采用正向受力形式,反向受力形式不 宜用于主要控制环节,避免因设备质量等原因导致 厂区淹水。
( 2) 预处理格栅设备选型。MBR 工艺前端一般 设置超细格栅去除 1 mm 以上的杂质,以减轻膜污 染。为有效保护膜组件,不宜设超细格栅的超越管, 可以考虑溢流措施。在实际运行中发现,超细格栅 拦截的杂质较多,滤网堵塞概率高,频繁地冲洗导致 运行压力大。因此,建议采用栅隙为 3 ~ 5 mm 孔板 式细格栅,以减轻超细格栅运行压力,有条件的宜在 粗、细格栅之间再设置一道中格栅。此外,超细格栅 配套的关键设备例如高排水压榨机应设在线备用, 以避免设备故障影响格栅冲洗甚至导致停产。
( 3) 生化池设计。为便于臭气的收集和处理, 保证地下车间内的工作环境,生化池一般采用池顶 加盖的方式。可在生化池顶安装除臭、加药等设备, 做到地下空间的有效利用。但池顶加盖也带来了一 系列问题,例如生化池内设备检修和更换不便、日常巡视中对活性污泥性状和曝气状态的观察不便、取 样点不足等问题。建议在设计中应注重考虑运行管 理因素,预留足够的观察孔、设备检修孔和取样孔。 此外,生化池底部一般为厂区最低点,不宜设置 放空管道及阀门,否则存在设备或管道破损导致厂 区被淹的风险。在有放空检修的需求时,可采用移 动泵抽排至邻池的方式。为提高运行安全性,减少 放空时间,厂区生化池可以设多组。
( 4) 膜通量设计。关于 MBR 工艺膜通量,一般 可以根据各个膜厂家的建议值选择。需要注意的 是,温度对超滤系统产水的影响比较明显,温度 升高导致水黏度降低,黏滞性小,此时产水量增加; 反之则产水量减少,故超滤膜在冬季和夏季产水差 异很大。因此,在设计过程中应注意温度校正,从安 全角度考虑,设计膜通量应该取设计最低温度校正 后的值,并留有充分余量。
( 5) 膜组件清洗。膜组件离线清洗方式可分原 位离线清洗和专用清洗池清洗。考虑实际运行因 素,污水成分复杂、膜污染程度不可控,在膜通量下 降的情况下,采用原位离线清洗一定程度上会影响膜池产水量,在膜池分格数量少的情况影响尤为严重。因此,建议小规模污水处理厂设计单独的化学 离线清洗池,以减轻离线清洗对产水量的影响。
( 6) 运行成本控制。本项目中药剂费和电费为成本控制的两个关键点,其中药剂费与运营管理水平关系最大。以优化碳源投加为例,在运行中应控 制生化池曝气量在 1 ~ 2 mg /L,启用两点进水方式,充分利用进水中的碳源进行反硝化脱氮,同时应根 据水质情况优化运行参数,合理控制药剂投加量,避 免浪费,造成成本升高。另外,应注意设备的保养与 维护,提高设备运行效率,降低能耗和成本。
5 结语
( 1) 全地下式污水处理厂采用 MBR 工艺,布局紧凑,节约用地,地下处理车间( 含出入口) 占地面积 约为 17 533. 33 m2,单位占地面积为 0. 219 m2 /m3。
( 2) 为保障进水安全,进水管道采用双管,利用 流量计、电动偏心半球阀和水力浮球截止阀调节控制流量; 设置 UPS,保证在全厂失电时,可以控制阀 门及时关闭,提高了项目运行的稳定性和安全性。
( 3) 在设备选型和设计参数选择方面,应结合运行管理因素进行设计和优化,提高运行的稳定性。
( 4) 设计中应注意节能降耗和运行成本控制。 优先考虑利用进水中的碳源进行反硝化脱氮,减少碳源投加,合理控制药剂投加量,注意设备的保养与 维护等,以上均是节能降耗和控制运行成本的有效 措施。
原标题:西北地区某全地下式 MBR 工艺污水处理厂的设计与运行
原作者:陈志真 邱 明
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