生物膜與浸沒(méi)式超濾膜組合工藝的應(yīng)用

李宏秀

（中國(guó)華電工程（集團(tuán)）有限公司，北京 100160）

生物膜與浸沒(méi)式超濾膜組合工藝的應(yīng)用

李宏秀

（中國(guó)華電工程（集團(tuán)）有限公司，北京 100160）

以再生水作為循環(huán)水補(bǔ)水的水源，可采用生物膜與浸沒(méi)式超濾的組合工藝作為深度處理工藝，產(chǎn)水滿足循環(huán)水補(bǔ)水和鍋爐補(bǔ)給水的水質(zhì)要求。與其他處理技術(shù)相比，具有占地小、節(jié)約能耗等優(yōu)點(diǎn)，可為缺水地區(qū)電廠提供借鑒。

再生水；生物膜；浸沒(méi)式超濾膜

0 引言

采用生物膜與浸沒(méi)式超濾的組合工藝作為再生水深度處理工藝，開(kāi)辟第二淡水資源，是電廠節(jié)水的一項(xiàng)新任務(wù)。再生水是城市穩(wěn)定的淡水資源，污水再生利用減少了電廠對(duì)自然水的需求量，消減了對(duì)水環(huán)境的污染負(fù)荷，減弱了對(duì)水自然循環(huán)的干擾，是維持健康水循環(huán)不可缺少的措施。在缺水地區(qū)（如新疆），再生水的應(yīng)用是解決水荒的有利可行之策，是保護(hù)水資源和使水資源“增值”的有效途徑。

1 再生水深度處理新工藝

1.1 生物膜與浸沒(méi)式超濾膜組合工藝流程

某污水處理廠出水水質(zhì)達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。出水水質(zhì)不穩(wěn)定，氨氮及懸浮物質(zhì)量濃度超標(biāo)。

再生水（污水處理廠出水）引入電廠，依次經(jīng)曝氣生物濾池（生物膜法）、自清洗過(guò)濾器、浸沒(méi)式超濾處理后，出水滿足循環(huán)水補(bǔ)水和鍋爐補(bǔ)給水水質(zhì)要求。

具體流程為：再生水→調(diào)節(jié)池→污水升壓泵→曝氣生物濾池→緩沖水池→超濾水泵→浸沒(méi)式超濾膜池→透過(guò)液泵→清水池→清水泵→下級(jí)用戶。

采用的曝氣生物濾池和浸沒(méi)式超濾系統(tǒng)結(jié)合了生物處理和膜分離工藝，可以去除可生物降解的5日生化需氧量（BOD5）、氨氮、懸浮物以及一部分化學(xué)需氧量（CODCr）。原水通過(guò)原水升壓泵經(jīng)生水加熱器加熱后送至曝氣生物反應(yīng)池的配水渠，然后經(jīng)過(guò)自清洗過(guò)濾器后進(jìn)入曝氣生物濾池。濾池產(chǎn)水送入緩沖水池，經(jīng)泵提升后進(jìn)入超濾膜池。超濾產(chǎn)水送入水箱，一部分作為循環(huán)水補(bǔ)充水，一部分作為鍋爐補(bǔ)給水水源。

1.2 主要技術(shù)說(shuō)明

1.2.1 曝氣生物濾池

曝氣生物濾池采用陶粒生物濾池，其技術(shù)特征是在床體內(nèi)充填由特殊黏土燒制而成的球形陶粒填料，陶粒具有巨大的比表面積，能附著大量的生物。水流形式為上向流，濾料深度達(dá)3～4m，處理效果非常好，出水水質(zhì)穩(wěn)定。由于采用特殊的反沖洗和配水方式，操作更加簡(jiǎn)便。

曝氣生物濾池為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，方形，處理水量為420m3／h。單格曝氣生物濾池面積為35m2，共6格，總面積為210m2。墊層高度為0.3m，填料高度為3.0m，濾料上水深0.6m，布水布?xì)馐腋?.4 m，淹沒(méi)高度為1.0 m，超高0.5 m，池總深度為6.0m。

系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)啟動(dòng)工藝曝氣風(fēng)機(jī)，每格濾池對(duì)應(yīng)1臺(tái)工藝曝氣風(fēng)機(jī)。濾池運(yùn)行一定時(shí)間后，陶粒濾料需要反洗時(shí)，即可停止該格濾池運(yùn)行，通過(guò)水反洗和空氣擦洗，使之恢復(fù)原有性能。當(dāng)其中一格濾池反洗時(shí)，其他格濾池仍正常運(yùn)行，保證后續(xù)設(shè)備的正常運(yùn)行。

生物濾池的運(yùn)行分為兩個(gè)過(guò)程：過(guò)濾過(guò)程和反沖洗過(guò)程。

（1）過(guò)濾過(guò)程。為了保證每格濾池的均勻配水，生物濾池的進(jìn)水采用渠道配水。經(jīng)過(guò)配水后，污水分別從濾池底部進(jìn)入每格生物濾池，通過(guò)濾頭后再經(jīng)過(guò)濾料層從上部出水。

（2）反沖洗過(guò)程。濾池的反沖洗過(guò)程全部為自動(dòng)控制。反沖洗水和反沖洗氣從濾池底部分別進(jìn)入，經(jīng)過(guò)一系列的反沖洗程序后，反沖洗排水渠道與每格濾池連接口的氣動(dòng)閥開(kāi)啟，反沖洗排水從渠道內(nèi)排出。

1.2.2 浸沒(méi)式超濾

浸沒(méi)式超濾采用聚偏氟乙烯（PVDF）膜材質(zhì)，耐酸、堿、氧化劑且抗污染的能力強(qiáng)，尤其適用于污水處理系統(tǒng)。該膜組件在膜產(chǎn)品水側(cè)（中空纖維絲的內(nèi)中心通道）抽吸產(chǎn)生負(fù)壓，使原水從中空纖維絲的外部透過(guò)膜絲進(jìn)入中空纖維中心通道成為產(chǎn)品水，而懸浮物、膠體等雜質(zhì)被膜元件截留，并通過(guò)反洗去除。

系統(tǒng)共設(shè)3列過(guò)濾單元，每列膜過(guò)濾單元分別裝在膜池內(nèi)。每列膜過(guò)濾單元的實(shí)際凈產(chǎn)水量為120m3／h，總出力可達(dá)360m3／h。系統(tǒng)運(yùn)行通量為35 L／（m2·h），具有充分的余量，完全可以保證設(shè)計(jì)年限內(nèi)膜元件正常運(yùn)行和合理的清洗周期。

系統(tǒng)按每運(yùn)行1 250 s反洗1次，每次反洗60 s進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)際運(yùn)行調(diào)試時(shí)可根據(jù)水質(zhì)情況調(diào)整運(yùn)行時(shí)間（30～60 min），運(yùn)行幾個(gè)過(guò)濾周期后進(jìn)行排污。

超濾裝置采用恒流控制，即根據(jù)每套超濾裝置的產(chǎn)水流量信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)超濾透過(guò)液泵的頻率，保證超濾產(chǎn)水流量恒定，避免超濾進(jìn)出水壓差過(guò)大、產(chǎn)水量過(guò)高，導(dǎo)致膜的污染傾向過(guò)大。

當(dāng)超濾裝置運(yùn)行一段時(shí)間后，會(huì)有一些雜質(zhì)黏附在膜表面，此時(shí)需要通過(guò)反沖洗將雜質(zhì)沖出膜元件，使之恢復(fù)原有的過(guò)濾性能。為提高反洗效果，在反洗過(guò)程中同時(shí)采用空氣擦洗。超濾裝置采用定期反洗的辦法（根據(jù)調(diào)試確定最佳間隔時(shí)間），反洗水采用超濾的產(chǎn)水，反洗之后投入運(yùn)行。每24 h（調(diào)試時(shí)根據(jù)水質(zhì)確定最佳時(shí)間）進(jìn)行1次化學(xué)增強(qiáng)反洗（EFM），即采用900mg／L的NaClO清洗膜表面，使之徹底恢復(fù)原有的過(guò)濾性能。

系統(tǒng)采用自動(dòng)控制方式，所有運(yùn)行、反洗、空氣擦洗和EFM均由程序控制，自動(dòng)運(yùn)行。

1.3 出水水質(zhì)

循環(huán)水補(bǔ)充水水質(zhì)要求見(jiàn)表1。

表1 循環(huán)水補(bǔ)充水水質(zhì)要求

生物膜與浸沒(méi)式超濾的組合工藝產(chǎn)水水質(zhì)要求。

（1）曝氣生物濾池氨氮質(zhì)量濃度＜5mg／L。

（2）超濾系統(tǒng)出水水質(zhì)：污染指數(shù)（SDI15）＜2（如圖1所示），濁度＜0.1NTU。

圖1 產(chǎn)水SDI15與時(shí)間的對(duì)應(yīng)曲線

2 不同處理方法對(duì)比

某電廠用水水源為污水處理廠經(jīng)循環(huán)式活性污泥工藝（CAST）二級(jí)生化處理后的出水，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。目前，污水處理廠收集的廢水基本來(lái)自城市生活污水，水質(zhì)較簡(jiǎn)單，隨著工業(yè)化發(fā)展，污水處理廠收集的廢水水質(zhì)及水量存在不穩(wěn)定性，鑒于電廠對(duì)用水量及水質(zhì)穩(wěn)定性的要求，需進(jìn)行深度處理。

中水深度處理設(shè)計(jì)出力為400m3／h；采用膜生物反應(yīng)器（MBR）法處理工藝；MBR出水作為電廠輔機(jī)循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水和鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)補(bǔ)充水。

從表2～表4可看出（廠用電價(jià)格按0.348元／（kW·h）計(jì)）：以污水處理廠再生水作為水源，采用生物膜與浸沒(méi)式超濾膜組合工藝，不僅可以應(yīng)對(duì)高CODCr、高BOD5、高氨氮的污水，而且可以節(jié)省占地和運(yùn)行費(fèi)用，節(jié)約投資和能耗。

表2 主要技術(shù)參數(shù)對(duì)比

表3 投資對(duì)比

表4 每產(chǎn)1 t水的運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比

3 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

利用再生水作為水源，減少新鮮水的取用量，是行之有效的節(jié)水方式。采用生物膜與浸沒(méi)式超濾膜組合工藝的創(chuàng)新點(diǎn)如下。

（1）采用生物膜與浸沒(méi)式超濾膜組合工藝，可應(yīng)對(duì)城市中水水質(zhì)及負(fù)荷變化大的復(fù)雜情況，保證出水SDI15＜2，濁度＜0.1NTU。

（2）采用生物膜法，可保證氨氮低負(fù)荷（0.448 kg／（m3濾料·d））運(yùn)行，氨氮質(zhì)量濃度由35mg／L降到5mg／L，去除率為85%。

（3）工藝流程簡(jiǎn)短，節(jié)約投資及占地。

（4）能耗低（1.1 kW·h／m3產(chǎn)水），運(yùn)行費(fèi)用低（0.55元／m3產(chǎn)水）。

4 結(jié)論

曝氣生物濾池和浸沒(méi)式超濾系統(tǒng)結(jié)合了有效的生物處理和膜分離工藝，可去除可生物降解的BOD5、氨氮、懸浮物以及一部分CODCr，產(chǎn)水滿足工業(yè)用水及輔機(jī)循環(huán)冷卻塔補(bǔ)水的要求。該組合工藝的應(yīng)用，探明了一條城市污水深度處理的有效途徑，為工業(yè)用水開(kāi)辟了第二淡水資源，節(jié)約了新鮮淡水。

［1］鄭俊.曝氣生物濾池污水處理新技術(shù)及工程實(shí)例［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

［2］DL／T 5068—2006火力發(fā)電廠化學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程［S］.

（本文責(zé)編：劉芳）

TM 621.8

：B

：1674-1951（2015）05-0072-02

李宏秀（1974—），女，內(nèi)蒙古呼和浩特人，高級(jí)工程師，從事膜技術(shù)應(yīng)用及海水淡化設(shè)計(jì)工作（E-mail：lihx＠chec.com.cn）。

2014-12-01；

2015-03-01