地下式MBR工艺在广州京溪污水处理厂的应用——陈贻龙副总工
地下式MB R 工艺在广州京溪污水处理厂的应用
陈贻龙(广州市市政工程设计研究院)
广州京溪污水处理厂工程设计规模 10 万 m3/ d, 污水处理采用 M BR 工艺。污水处理厂土建布置采用地下式组团布置形式, 主要处理构筑物设于地下, 地上用作绿化景观。介绍了污水处理厂的工艺流程、主要构筑物设计情况, 并对主要设计特点和新技术的应用进行分析。
1 工程概况
京溪污水处理厂是广州市河涌整治重点工程项目之一, 厂址位于沙太路旁金湖货运场内, 占地约28 亩( 1 亩=667 m2) 。服务范围包括沙河涌上游流域的左、右支流及南湖流域, 服务面积为15. 7 km2,服务人口13. 03 万人。污水处理厂设计规模10 万m3/ d, 采用膜生物反应器( M BR) 工艺, 其出水排入沙河涌, 作为沙河涌的景观补水水源。京溪污水处理厂总体布置采用全地下式组团布置形式, 主要处理构筑物设于地下, 地上用作绿化景观, 从根本上突破传统污水处理厂的高程设计理念,创造优美的花园式厂区环境。
2 工艺设计
2. 1 设计规模
沙河涌上游及南湖流域采用三种不同方法预测的污水量见表1, 设计流量重点参照河涌实测流量值, 并考虑到污水量逐渐增加的可能, 在设计上留有余地, 从而确定京溪污水处理厂规模为10 万m3/ d。2. 2 设计水质
京溪污水处理厂的设计进水水质根据服务范围内的监测数据和广州市猎德、大坦沙、沥窖污水处理厂近几年的运行数据, 并适当预留有发展余地来确定。出水水质标准须满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》( GB 18918 - 2002) 一级A 标准和广东省地方标准《水污染物排放限值》( DB 4426 -2001) 第二时段的一级标准的要求, 具体水质要求见表2。
2. 3 工艺流程
污水由厂外京溪泵站提升、经压力管输送进入厂区, 经处理后就近排入沙河涌左支流, 作为沙河涌景观补水。污水处理采用M BR 工艺, 污泥处理采用机械一体化污泥离心浓缩脱水机, 消毒采用紫外线消毒工艺、除臭采用微生物除臭工艺, 具体工艺流程如图1 所示。2. 4 主要构筑物设计
2. 4. 1 细格栅、曝气沉砂池及精细格栅
细格栅、曝气沉砂池与精细格栅合建, 设计规模为10 万m3/ d, 土建尺寸48 m * 22. 35 m * 6. 2 m。细格栅渠设3 台转鼓式细格栅, 鼓栅直径2 m, 栅隙宽b= 5 mm, 安装角度A= 35度, 栅前水深h= 1. 3 m, 过栅流速v= 0. 9 m/ s。曝气沉砂池设1 座, 分2 格, 停留时间3. 75 min, 水平流速0. 1 m/ s, 曝气量0. 2 m3空气/ m3 污水, 曝气沉砂池鼓风机房设于沉砂池旁,选用罗茨鼓风机2 台, 1 用1 备, 单台Q= 20 m3/ min,H = 35 kPa, N= 22 kW。为了保护膜组件, 进一步降低进入MBR 池的SS, 设6 台转鼓式精细格栅, 鼓栅直径2. 4 m, 栅隙宽b= 1 mm, 安装角度A= 35度, 栅前水深h= 1. 55 m, 过栅流速v= 0. 75 m/ s。
2. 4. 2 M BR 生化系统生化池
设2 座M BR 生化池, 采用改良型A2/ O 生化池, 单座平面尺寸36. 5 m * 54. 05 m, 水深7 m , 生化区M LSS= 5~ 7 g/ L, 膜区M LSS= 6~ 8 g/ L, 污泥负荷F w = 0. 07~ 0. 1 kg BOD 5 / ( kg M LSS. d) ,泥龄H= 15~ 20 d, H RT = 7. 43 h, 其中厌氧池为0. 99 h, 缺氧区1. 99 h, 好氧区为4. 45 h( 包括膜池1. 6 h) 。膜池污泥回流比R= 150% ~ 300%, 好氧区混合液回流比R= 150%~ 400%, 缺氧区至厌氧区回流比R= 100%。
2. 4. 3 MBR 生化系统膜池
设2 座M BR 膜池, 位于改良型A2/ O 生化池的后端, 对生化后污水进行泥水分离。本工程采用聚偏氟乙烯( PVDF) 中空纤维帘式膜, 设计膜通量为14. 5 L/ ( m2 . h) , 膜孔径<=0. 1 微米, 共设20 个膜处理单元, 每单元设10 个膜组件。MBR 生化系统平面布置见图2。2. 4. 4 MBR 生化系统设备间
设备间配置MBR 膜组件系统配套的出水、反洗、循环、剩余污泥排放等设施。产水泵Q= 320 m3/ h,H = 14 m, N = 22 kW, 共22 台, 2 台备用; 反洗泵Q=360 m3/ h, H = 12 m, N = 18. 5 kW, 2 台, 1 用1 备; 循环泵Q= 350 m3/ h, H = 10 m, N = 18. 5 kW, 2 台; 剩余污泥泵Q= 100 m3/ h, H = 15 m, N= 7. 5 kW, 2 台;真空泵Q= 3. 4 m3/ m in, 真空度700 mmH g, 2 台, 1用1 备; 中水水泵Q = 50 m3/ h, H = 30 m, N =7. 5 kW, 3 台, 2 用1 备; 空压机Q = 0. 8 m3/ min,P= 0. 65 M Pa, N = 7. 5 kW, 2 台, 1 用1 备; 储气罐V= 2. 5 m3, P= 0. 8 MPa, 1 座。
2. 4. 5 紫外消毒
本工程MBR 系统超滤膜能有效截留绝大部分细菌( 粒径0. 2~ 50 微米) 和部分病毒, 出水基本可以达到了粪大肠菌群数<=1 000 个/ L 的排放标准。为安全起见, 仍考虑设管式紫外线消毒设备,严格控制出水粪大肠菌群数。管式紫外线消毒装置Q= 2. 5 万m3/ d, N = 45 kW, 设4 套, 安装于MBR 设备间。
2. 4. 6 鼓风机房
鼓风系统为生化供氧和膜吹扫供风, 土建尺寸为29. 4 m * 21. 75 m * 8. 1 m, 安装8 台空气悬浮离心鼓风机, 其中生化鼓风机Q= 158 m3/ min, H = 79kPa, 4 台, 3 用1 备; 膜曝气鼓风机Q= 171 m3/ min,H = 59 kPa, 4 台, 3 用1 备。
2. 4. 7 膜清洗加药间
MBR 生化系统配套设1 座清洗加药间, 土建尺寸为14. 7 m * 13. 74 m * 5. 15 m, 设置3 个储药罐,V= 20 m3, 分别储备酸、碱和NaClO 三种药剂, 加药系统分在线和离线两种方式。离线清洗泵Q =20 m3/ h, H = 0. 12 M Pa, N = 4 kW, 2 台, 1 用1 备;在线清洗计量泵Q= 1 m3/ h, H = 0. 4 M Pa, N =0. 37 kW, 6 台, 3 用3 备。
2. 4. 8 除磷加药间
设1 座除磷加药间, 为生物反应池投加除磷药剂, 土建尺寸为14. 7 m* 13. 74 m * 5. 15 m, 除磷药剂采用液体硫酸铝, 储药池容积V= 68. 5 m3, 储存时间30 d, 加药泵Q= 800 L/ h, H = 30 m, N = 2. 25 kW,3 台, 2 用1 备。
2. 4. 9 污泥浓缩脱水间及储存系统
按10 万m3/ d 设计, 土建尺寸为19. 25 m *22. 5 m * 5. 8 m , 污泥量12. 94 tDS/ d, 进泥含水率99. 2%, 出泥含水率75% ~ 78%。内部设2 座储泥池, 土建尺寸为9. 3 m * 3 m * 3. 3 m, 储泥时间为1 h, 安装2 台搅拌器, 单机功率N = 2. 2 kW。脱水间安装3 台一体化离心浓缩脱水机, 单机Q =55 m3/ h, 主机功率N = 55 kW, 辅助电机功率N =11 kW。脱水污泥设2 个料仓储存, 单个料仓有效容积V = 100 m3 。
2. 4. 10 生物除臭
设计对该厂采用全面除臭, 预处理区、生化处理区及污泥处理区均进行臭气收集, 分区集中除臭, 采用填料式生物除臭系统。生化处理区设2 套除臭装置, Q= 40 000 m3/ h; 预处理区、污泥处理区共用1套除臭装置, Q= 22 000 m3/ h。
3 设计特点
3. 1 全地下组团布置形式
采用全地下组团布置具有以下特点:
( 1) 处理构筑物全地下集约化、模块化布置, 大大减少污水处理厂的占地, 节省用地费用。
( 2) 减少了构( 建) 筑物间相互连接的工程量,降低能量损耗。
( 3) 臭气在地下层进行收集并分区域集中除臭, 避免臭气外溢对周边环境的影响。
( 4) 污水处理厂上部空间土地充分考虑绿化和景观, 美化污水处理厂的环境。
3. 2污水处理采用先进的M BR 工艺
MBR 工艺具有以下特点:
( 1) 高效而稳定的泥水分离效果, 出水水质好且稳定。
( 2) 实现生物反应池水力停留时间( H RT ) 和污泥龄( SRT ) 的完全分离, 使运行控制更加灵活稳定。
( 3) 具有很高的污泥浓度, 抗冲击负荷的能力强, 反应池体积小, 占地少。
( 4) 模块化设计, 结构紧凑, 易于实现一体化控制, 便于管理。
3. 3 土建结构优化设计
( 1) 控制性处理构筑物结构优化布置。本工程采用全地埋式, 用地面积较为紧张, 且上部空间须有效利用, 在设计中对沉砂池、生物反应池等处理构筑物的组团式结构布置按以下原则进行优化: 各控制性处理构筑物均采用框架结构; 各控制性处理构筑物之间尽量不留空间, 直接连通, 形成组团式结构以节省占地面积和工程投资。
( 2) 基坑设计优化。京溪污水处理厂基坑平面尺寸约为160 m * 80 m , 基坑深度约12~ 15 m。拟建工程部分构筑物施工环境较差, 东侧紧靠5~ 7 层民房, 西侧为规划河涌, 且有一座110 kV 高压电塔,北侧有一座在建民房。根据地质钻探报告及地形条件, 经技术经济比选, 基坑支护结构采用密排约为 1 000钻/ 冲/ 旋挖孔灌注桩加三道钢筋混凝土桁架内支撑, 为提高基坑的防水效果, 在基坑外两钻孔桩间再加约 1 000 三管旋喷桩作止水帷幕。该方案整体性好, 基坑变形小, 施工时对周边环境影响较小, 安全性高。
3. 4 先进、可靠的仪表及自控技术
京溪污水处理厂先进、可靠的仪表及自控技术主要体现在以下几方面:
( 1) 京溪污水处理厂的集中管理、分散控制系统由一个中央控制站和多个现场控制站和所属分控站、高速数据通道组成, 保证了污水处理厂的运行控制灵活、可调、简便和稳定、可靠。
( 2) 设置在线检测仪表、CCTV 闭路电视监控、安保红外线、消防自动报警等自控系统。
( 3) 增设现代化的“电力自动监控系统”, 对京溪污水处理厂的高低压配电系统、变压器、直流屏、UPS 电源系统等实施自动监测( 高压系统可控制) ,实现电力系统的自动化, 提高供配电系统运行的可靠性。
3.5 安全、有效的通风系统
京溪污水处理厂地下处理构筑物除单独加盖除臭外, 地下其余空间均考虑机械通风, 主要包括两部分:
( 1) 地下空间通风: 地下空间排风总风量87 000 m3/ h, 采用活性炭吸附消毒除臭处理后排至高空排放塔内高空排放。
( 2) 地下空间防排烟: 地下空间按建筑防火分区布置划分防烟分区, 排烟量按防烟分区每小时每平方米建筑面积60 m3计算, 而当排烟设备负担两个或两个以上防烟分区时, 排烟量按排烟系统担负排烟区域中最大防烟分区120 m3/ ( m2 . h) 计算, 补风量按不小于排烟量50% 计算, 防排烟设备考虑10% 的漏风量。
3.6 可靠、合理的消防系统
根据京溪污水处理厂区的火灾特点及可燃物性质, 整个厂区不同部位采取不同的消防系统, 形成安全可靠、经济合理的消防系统, 主要体现在以下几方面:
( 1) 建筑防火分类和耐火等级: 生产火灾危险性分类为丁类, 建筑耐火等级地面为二级, 地下空间为一级。
( 2) 地下空间设防火分区10 个, 其中负一层防火分区7 个, 负二层防火分区3 个。
( 3) 整个厂区按同一时间发生一处火灾考虑,沿厂区道路设有室外消火栓系统, 综合楼和地下空间设置室内消火栓灭火系统, 并在地下空间设自动喷水灭火系统, 所有建筑物均配备手提灭火器, 柴油发电机房设置全淹没式气体灭火系统。
( 4) 采用消防控制中心报警系统, 对火灾自动报警系统、火灾事故广播、消防通信系统、防排烟系统、消防水泵等进行集中管理、监测和控制。
4 技术经济指标
京溪污水处理厂工程项目总投资5. 96 亿元, 其中工程费用3. 27 亿元, 单位总成本1. 705元/ m3, 单位经营成本0. 843 元/ m3, 厂区用地面积1. 7 hm2, 单位水量占地指标为0. 17 m2/ ( m3/ d) 。
5 结语
京溪污水处理厂目前正在建设中, 采用先进的MBR 污水处理工艺, 主要处理构筑物采用地下式组团布置形式, 建成后每年可截留大量的污染物, 预计污染物削减量可达到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, 控制和削减了沙河涌上游及南湖流域排入珠江的水污染负荷, 改善了广州珠江河段水环境质量, 保护广州市的饮用水源, 其环境、社会效益显著。
