地下式MBR工藝在廣州京溪污水處理廠的應用——陳貽龍副總工
地下式MB R 工藝在廣州京溪污水處理廠的應用
陳貽龍(廣州市市政工程設計研究院)
廣州京溪污水處理廠工程設計規模 10 萬 m3/ d, 污水處理采用 M BR 工藝。污水處理廠土建布置采用地下式組團布置形式, 主要處理構筑物設于地下, 地上用作綠化景觀。介紹了污水處理廠的工藝流程、主要構筑物設計情況, 并對主要設計特點和新技術的應用進行分析。
1 工程概況
京溪污水處理廠是廣州市河涌整治重點工程項目之一, 廠址位于沙太路旁金湖貨運場內, 占地約28 畝( 1 畝=667 m2) 。服務范圍包括沙河涌上游流域的左、右支流及南湖流域, 服務面積為15. 7 km2,服務人口13. 03 萬人。污水處理廠設計規模10 萬m3/ d, 采用膜生物反應器( M BR) 工藝, 其出水排入沙河涌, 作為沙河涌的景觀補水水源。京溪污水處理廠總體布置采用全地下式組團布置形式, 主要處理構筑物設于地下, 地上用作綠化景觀, 從根本上突破傳統污水處理廠的高程設計理念,創造優美的花園式廠區環境。
2 工藝設計
2. 1 設計規模
沙河涌上游及南湖流域采用三種不同方法預測的污水量見表1, 設計流量重點參照河涌實測流量值, 并考慮到污水量逐漸增加的可能, 在設計上留有余地, 從而確定京溪污水處理廠規模為10 萬m3/ d。2. 2 設計水質
京溪污水處理廠的設計進水水質根據服務范圍內的監測數據和廣州市獵德、大坦沙、瀝窖污水處理廠近幾年的運行數據, 并適當預留有發展余地來確定。出水水質標準須滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》( GB 18918 - 2002) 一級A 標準和廣東省地方標準《水污染物排放限值》( DB 4426 -2001) 第二時段的一級標準的要求, 具體水質要求見表2。
2. 3 工藝流程
污水由廠外京溪泵站提升、經壓力管輸送進入廠區, 經處理后就近排入沙河涌左支流, 作為沙河涌景觀補水。污水處理采用M BR 工藝, 污泥處理采用機械一體化污泥離心濃縮脫水機, 消毒采用紫外線消毒工藝、除臭采用微生物除臭工藝, 具體工藝流程如圖1 所示。2. 4 主要構筑物設計
2. 4. 1 細格柵、曝氣沉砂池及精細格柵
細格柵、曝氣沉砂池與精細格柵合建, 設計規模為10 萬m3/ d, 土建尺寸48 m * 22. 35 m * 6. 2 m。細格柵渠設3 臺轉鼓式細格柵, 鼓柵直徑2 m, 柵隙寬b= 5 mm, 安裝角度A= 35度, 柵前水深h= 1. 3 m, 過柵流速v= 0. 9 m/ s。曝氣沉砂池設1 座, 分2 格, 停留時間3. 75 min, 水平流速0. 1 m/ s, 曝氣量0. 2 m3空氣/ m3 污水, 曝氣沉砂池鼓風機房設于沉砂池旁,選用羅茨鼓風機2 臺, 1 用1 備, 單臺Q= 20 m3/ min,H = 35 kPa, N= 22 kW。為了保護膜組件, 進一步降低進入MBR 池的SS, 設6 臺轉鼓式精細格柵, 鼓柵直徑2. 4 m, 柵隙寬b= 1 mm, 安裝角度A= 35度, 柵前水深h= 1. 55 m, 過柵流速v= 0. 75 m/ s。
2. 4. 2 M BR 生化系統生化池
設2 座M BR 生化池, 采用改良型A2/ O 生化池, 單座平面尺寸36. 5 m * 54. 05 m, 水深7 m , 生化區M LSS= 5~ 7 g/ L, 膜區M LSS= 6~ 8 g/ L, 污泥負荷F w = 0. 07~ 0. 1 kg BOD 5 / ( kg M LSS. d) ,泥齡H= 15~ 20 d, H RT = 7. 43 h, 其中厭氧池為0. 99 h, 缺氧區1. 99 h, 好氧區為4. 45 h( 包括膜池1. 6 h) 。膜池污泥回流比R= 150% ~ 300%, 好氧區混合液回流比R= 150%~ 400%, 缺氧區至厭氧區回流比R= 100%。
2. 4. 3 MBR 生化系統膜池
設2 座M BR 膜池, 位于改良型A2/ O 生化池的后端, 對生化后污水進行泥水分離。本工程采用聚偏氟乙烯( PVDF) 中空纖維簾式膜, 設計膜通量為14. 5 L/ ( m2 . h) , 膜孔徑<=0. 1 微米, 共設20 個膜處理單元, 每單元設10 個膜組件。MBR 生化系統平面布置見圖2。2. 4. 4 MBR 生化系統設備間
設備間配置MBR 膜組件系統配套的出水、反洗、循環、剩余污泥排放等設施。產水泵Q= 320 m3/ h,H = 14 m, N = 22 kW, 共22 臺, 2 臺備用; 反洗泵Q=360 m3/ h, H = 12 m, N = 18. 5 kW, 2 臺, 1 用1 備; 循環泵Q= 350 m3/ h, H = 10 m, N = 18. 5 kW, 2 臺; 剩余污泥泵Q= 100 m3/ h, H = 15 m, N= 7. 5 kW, 2 臺;真空泵Q= 3. 4 m3/ m in, 真空度700 mmH g, 2 臺, 1用1 備; 中水水泵Q = 50 m3/ h, H = 30 m, N =7. 5 kW, 3 臺, 2 用1 備; 空壓機Q = 0. 8 m3/ min,P= 0. 65 M Pa, N = 7. 5 kW, 2 臺, 1 用1 備; 儲氣罐V= 2. 5 m3, P= 0. 8 MPa, 1 座。
2. 4. 5 紫外消毒
本工程MBR 系統超濾膜能有效截留絕大部分細菌( 粒徑0. 2~ 50 微米) 和部分病毒, 出水基本可以達到了糞大腸菌群數<=1 000 個/ L 的排放標準。為安全起見, 仍考慮設管式紫外線消毒設備,嚴格控制出水糞大腸菌群數。管式紫外線消毒裝置Q= 2. 5 萬m3/ d, N = 45 kW, 設4 套, 安裝于MBR 設備間。
2. 4. 6 鼓風機房
鼓風系統為生化供氧和膜吹掃供風, 土建尺寸為29. 4 m * 21. 75 m * 8. 1 m, 安裝8 臺空氣懸浮離心鼓風機, 其中生化鼓風機Q= 158 m3/ min, H = 79kPa, 4 臺, 3 用1 備; 膜曝氣鼓風機Q= 171 m3/ min,H = 59 kPa, 4 臺, 3 用1 備。
2. 4. 7 膜清洗加藥間
MBR 生化系統配套設1 座清洗加藥間, 土建尺寸為14. 7 m * 13. 74 m * 5. 15 m, 設置3 個儲藥罐,V= 20 m3, 分別儲備酸、堿和NaClO 三種藥劑, 加藥系統分在線和離線兩種方式。離線清洗泵Q =20 m3/ h, H = 0. 12 M Pa, N = 4 kW, 2 臺, 1 用1 備;在線清洗計量泵Q= 1 m3/ h, H = 0. 4 M Pa, N =0. 37 kW, 6 臺, 3 用3 備。
2. 4. 8 除磷加藥間
設1 座除磷加藥間, 為生物反應池投加除磷藥劑, 土建尺寸為14. 7 m* 13. 74 m * 5. 15 m, 除磷藥劑采用液體硫酸鋁, 儲藥池容積V= 68. 5 m3, 儲存時間30 d, 加藥泵Q= 800 L/ h, H = 30 m, N = 2. 25 kW,3 臺, 2 用1 備。
2. 4. 9 污泥濃縮脫水間及儲存系統
按10 萬m3/ d 設計, 土建尺寸為19. 25 m *22. 5 m * 5. 8 m , 污泥量12. 94 tDS/ d, 進泥含水率99. 2%, 出泥含水率75% ~ 78%。內部設2 座儲泥池, 土建尺寸為9. 3 m * 3 m * 3. 3 m, 儲泥時間為1 h, 安裝2 臺攪拌器, 單機功率N = 2. 2 kW。脫水間安裝3 臺一體化離心濃縮脫水機, 單機Q =55 m3/ h, 主機功率N = 55 kW, 輔助電機功率N =11 kW。脫水污泥設2 個料倉儲存, 單個料倉有效容積V = 100 m3 。
2. 4. 10 生物除臭
設計對該廠采用全面除臭, 預處理區、生化處理區及污泥處理區均進行臭氣收集, 分區集中除臭, 采用填料式生物除臭系統。生化處理區設2 套除臭裝置, Q= 40 000 m3/ h; 預處理區、污泥處理區共用1套除臭裝置, Q= 22 000 m3/ h。
3 設計特點
3. 1 全地下組團布置形式
采用全地下組團布置具有以下特點:
( 1) 處理構筑物全地下集約化、模塊化布置, 大大減少污水處理廠的占地, 節省用地費用。
( 2) 減少了構( 建) 筑物間相互連接的工程量,降低能量損耗。
( 3) 臭氣在地下層進行收集并分區域集中除臭, 避免臭氣外溢對周邊環境的影響。
( 4) 污水處理廠上部空間土地充分考慮綠化和景觀, 美化污水處理廠的環境。
3. 2污水處理采用先進的M BR 工藝
MBR 工藝具有以下特點:
( 1) 高效而穩定的泥水分離效果, 出水水質好且穩定。
( 2) 實現生物反應池水力停留時間( H RT ) 和污泥齡( SRT ) 的完全分離, 使運行控制更加靈活穩定。
( 3) 具有很高的污泥濃度, 抗沖擊負荷的能力強, 反應池體積小, 占地少。
( 4) 模塊化設計, 結構緊湊, 易于實現一體化控制, 便于管理。
3. 3 土建結構優化設計
( 1) 控制性處理構筑物結構優化布置。本工程采用全地埋式, 用地面積較為緊張, 且上部空間須有效利用, 在設計中對沉砂池、生物反應池等處理構筑物的組團式結構布置按以下原則進行優化: 各控制性處理構筑物均采用框架結構; 各控制性處理構筑物之間盡量不留空間, 直接連通, 形成組團式結構以節省占地面積和工程投資。
( 2) 基坑設計優化。京溪污水處理廠基坑平面尺寸約為160 m * 80 m , 基坑深度約12~ 15 m。擬建工程部分構筑物施工環境較差, 東側緊靠5~ 7 層民房, 西側為規劃河涌, 且有一座110 kV 高壓電塔,北側有一座在建民房。根據地質鉆探報告及地形條件, 經技術經濟比選, 基坑支護結構采用密排約為 1 000鉆/ 沖/ 旋挖孔灌注樁加三道鋼筋混凝土桁架內支撐, 為提高基坑的防水效果, 在基坑外兩鉆孔樁間再加約 1 000 三管旋噴樁作止水帷幕。該方案整體性好, 基坑變形小, 施工時對周邊環境影響較小, 安全性高。
3. 4 先進、可靠的儀表及自控技術
京溪污水處理廠先進、可靠的儀表及自控技術主要體現在以下幾方面:
( 1) 京溪污水處理廠的集中管理、分散控制系統由一個中央控制站和多個現場控制站和所屬分控站、高速數據通道組成, 保證了污水處理廠的運行控制靈活、可調、簡便和穩定、可靠。
( 2) 設置在線檢測儀表、CCTV 閉路電視監控、安保紅外線、消防自動報警等自控系統。
( 3) 增設現代化的“電力自動監控系統”, 對京溪污水處理廠的高低壓配電系統、變壓器、直流屏、UPS 電源系統等實施自動監測( 高壓系統可控制) ,實現電力系統的自動化, 提高供配電系統運行的可靠性。
3.5 安全、有效的通風系統
京溪污水處理廠地下處理構筑物除單獨加蓋除臭外, 地下其余空間均考慮機械通風, 主要包括兩部分:
( 1) 地下空間通風: 地下空間排風總風量87 000 m3/ h, 采用活性炭吸附消毒除臭處理后排至高空排放塔內高空排放。
( 2) 地下空間防排煙: 地下空間按建筑防火分區布置劃分防煙分區, 排煙量按防煙分區每小時每平方米建筑面積60 m3計算, 而當排煙設備負擔兩個或兩個以上防煙分區時, 排煙量按排煙系統擔負排煙區域中最大防煙分區120 m3/ ( m2 . h) 計算, 補風量按不小于排煙量50% 計算, 防排煙設備考慮10% 的漏風量。
3.6 可靠、合理的消防系統
根據京溪污水處理廠區的火災特點及可燃物性質, 整個廠區不同部位采取不同的消防系統, 形成安全可靠、經濟合理的消防系統, 主要體現在以下幾方面:
( 1) 建筑防火分類和耐火等級: 生產火災危險性分類為丁類, 建筑耐火等級地面為二級, 地下空間為一級。
( 2) 地下空間設防火分區10 個, 其中負一層防火分區7 個, 負二層防火分區3 個。
( 3) 整個廠區按同一時間發生一處火災考慮,沿廠區道路設有室外消火栓系統, 綜合樓和地下空間設置室內消火栓滅火系統, 并在地下空間設自動噴水滅火系統, 所有建筑物均配備手提滅火器, 柴油發電機房設置全淹沒式氣體滅火系統。
( 4) 采用消防控制中心報警系統, 對火災自動報警系統、火災事故廣播、消防通信系統、防排煙系統、消防水泵等進行集中管理、監測和控制。
4 技術經濟指標
京溪污水處理廠工程項目總投資5. 96 億元, 其中工程費用3. 27 億元, 單位總成本1. 705元/ m3, 單位經營成本0. 843 元/ m3, 廠區用地面積1. 7 hm2, 單位水量占地指標為0. 17 m2/ ( m3/ d) 。
5 結語
京溪污水處理廠目前正在建設中, 采用先進的MBR 污水處理工藝, 主要處理構筑物采用地下式組團布置形式, 建成后每年可截留大量的污染物, 預計污染物削減量可達到BOD 55 475 t/ a, COD 8 395t/ a, SS 7 665 t/ a, NH3 - N 912. 5 t/ a, TN 730 t/ a,TP 146 t/ a, 控制和削減了沙河涌上游及南湖流域排入珠江的水污染負荷, 改善了廣州珠江河段水環境質量, 保護廣州市的飲用水源, 其環境、社會效益顯著。
