CASS+MBR工藝處理污水及回用工程設計

于 馳，張 晶，李立崢

(1．大連理工大學環(huán)境科學與工程學院，遼寧大連 116024;2．天津市中天建筑設計院，天津 300180)

隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展與科技水平的不斷提高，污水排放量越來越大，如果未能得到妥善處理，將嚴重污染環(huán)境，而污水處理事業(yè)的進行將大大影響未來社會經(jīng)濟的發(fā)展。近年來，我國污水處理行業(yè)的發(fā)展取得了較大程度上的進步，為我國國民經(jīng)濟的發(fā)展以及人民生活水平的提高做出重要貢獻［1－2］。因此，我國污水治理已經(jīng)成為當代環(huán)境工作的重要項目，新型且能達到《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》(GB/T 18921－2002)的標準污水處理廠的建立，也已經(jīng)成為污水治理的工作重點。

基于此，針對天津港保稅區(qū)實際特點，根據(jù)《天津港保稅區(qū)總體規(guī)劃》，擬在天津港保稅區(qū)起步區(qū)雨污水泵站處建設污水處理廠。該工程位于天津保稅區(qū)新港大道與海濱三路交匯處，雨污水泵站東側。該研究主要擬定工藝流程，完成污水處理方案，并對污泥處理等進行分析探討，提出相應的合理化建議，以期為污水處理廠的建造及改擴建提供一定參考。

污水經(jīng)過處理后，為了節(jié)約水資源，一部分要進行回收利用。回用水主要用作貨場、碼頭、道路沖洗和景觀綠化用水。污水處理廠占地共5 000 m2，結合保稅區(qū)起步區(qū)排水量的實際情況，以天津港保稅區(qū)規(guī)劃為依據(jù)，確定污水處理廠處理量為每天5 000 m3，回用水規(guī)模為每天3 000 m3。廠內(nèi)排水采用雨污分流制。部分雨水經(jīng)收集后，排入就近的市政雨水管內(nèi)，而污水經(jīng)過收集后排放進入污水廠內(nèi)的格柵池內(nèi)，經(jīng)處理后排放。

1 進、出水水質(zhì)和工藝流程

1．1 進、出水水質(zhì) 工程再生水可用于園林綠化、環(huán)境衛(wèi)生、工程施工，根據(jù)國家《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》(GB/T 18921－2002)標準，對出水的各項指標都有較嚴格要求。綜合考慮工程經(jīng)濟和管理等因素，污水二級處理過程中利用生物優(yōu)勢處理廢水，使出水水質(zhì)能達到要求。表1分別列出了進、出水水質(zhì)情況。

表1 進、出水水質(zhì)

1．2 工藝流程 污水處理設計中最重要的是工藝選擇，工藝的確定直接影響污水處理效果、出水水質(zhì)，同時還會對污水處理廠的經(jīng)濟消耗、設備管理、安全運轉等各方面產(chǎn)生影響，因此，必須根據(jù)實際條件客觀合理地選擇處理工藝，以達到最佳的污水處理效果。根據(jù)工程設計的進水水質(zhì)和所要達到的出水排放標準，所采用的污水處理工藝除具有去除有機污染物和懸浮固體的效果外，還應具有除磷脫氮的功能［3－4］。

目前，主要有兩大類中水處理工藝:一類是以污水處理廠二級出水為原水，經(jīng)物理化學方法為主的深度凈化處理，達到回用水水質(zhì)要求。最常用的深度處理工藝為混凝+沉淀+過濾和連續(xù)微濾。另一類是采用生化法與膜分離結合的處理工藝，將污水直接處理使其達到回用水水質(zhì)要求，如膜生物反應器［2］。結合工程的具體情況和國內(nèi)外的實際經(jīng)驗，該項目工藝部分決定將生物處理與膜分離兩種技術相結合，以保證再生水水質(zhì)。

循環(huán)式活性污泥法(CASS)工藝是在傳統(tǒng)SBR工藝基礎上開發(fā)出來的新工藝，由預處理、CASS反應池、消毒、污泥處理等工序構成［5］。CASS工藝在SBR池內(nèi)進水端增加了一個生物選擇器，實現(xiàn)了連續(xù)進水與間歇排水。CASS具有工藝流程比較簡單，占地小，投資低，生化反應推動力大，沉淀效果好，抗沖擊能力強，不易發(fā)生污泥膨脹，適用范圍廣，適合分期建設等優(yōu)點。

近年來，隨著膜生產(chǎn)技術的提高和生產(chǎn)成本的降低，膜技術在污水處理領域中的應用，特別是與生物反應器相組合的膜生物反應器(MBR)作為一種新型高效污水處理技術在國際上受到了廣泛關注［6］。MBR是將傳統(tǒng)的生物處理工藝與膜技術結合為一體的新型污水處理技術。MBR采用膜分離與活性污泥法相結合的方法處理含碳有機物，能使有機物深度氧化的同時保留體系中的硝化細菌，也可同時進行硝化與反硝化作用，成功除氮，在低溫時亦具有高處理能力［7］。使用MBR進行污水處理不僅可以節(jié)約大量水資源，還可以減少設備占地，節(jié)約能源，減少設備購置、運行和管理的費用，避免二次污染，具有良好的環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟效益［8］。為保證再生水水質(zhì)，最終選定CASS+MBR的處理工藝。污泥處理工藝推薦采用直接濃縮脫水處理。工藝流程如圖1所示。

2 主要構筑物和處理設備設計

2．1 細格柵間 主要功能:攔截部分雜物和纖維狀物質(zhì)。確保在后續(xù)的處理過程中各個系統(tǒng)能夠正常運行。

2．1．1 構筑物。細格柵間:采用一座矩形鋼筋砼構筑物，工藝尺寸:3．5 m ×1．6 m ×2．0 m，有效水深:H=1．5 m。

圖6給出了分時電價前后系統(tǒng)總負荷(常規(guī)負荷+電動汽車負荷)的時序曲線。由圖可得，當電動汽車集群接入電網(wǎng)時會增加系統(tǒng)總負荷波動，場景1中加入無序充電負荷的系統(tǒng)負荷與未接入電動汽車時的系統(tǒng)負荷相比，負荷波動方差從306.05 MW2升至535.07 MW2；但是在分時電價引導的充電模式下，系統(tǒng)負荷峰谷差要遠小于無序充電模式下的峰谷差，系統(tǒng)負荷波動方差降至375.67 MW2。場景2中情況類似，不再贅述。采取分時電價引導的有序充電模式后顯著改善了電動汽車集群對于系統(tǒng)負荷波動的影響。

2．1．2 主要設備。①回轉式污細格柵:2臺，型號GSHZ800，柵條間隙:b=5 mm，功率:1．5 kW。②機械除污細格網(wǎng):4個，設計流量:0．15 m3/s，網(wǎng)格間隙:b=3 mm，配有柵渣運輸皮帶運輸機一臺。

2．2 曝氣沉砂池

2．2．1 構筑物。曝氣沉砂池:確定為一座矩形鋼筋砼構筑物，工藝尺寸:5 m ×2．5 m ×3．0 m，有效水深:H=2．5 m，最大流量時的停留時間為3 min。

2．2．2 主要設備。①吸砂機:管道布氣帶浮渣撇除系統(tǒng)共2個，型號S-2。②潛水無堵塞泵:采用型號AV1．4-4的泵一臺，N=1．4 kW，Q=54 m3/h，H=2 m。

2．3 生物處理池 主要功能:中空纖維膜分離與生物處理相結合，污水處理后達到回用水標準。

2．3．1 CASS池。CASS池1座(4格)，矩形鋼筋砼構筑物，設計流量:Q=85 m3/h，總有效池容:V=1 500 m3，工藝尺寸:20 m×4 m×5．8 m ×4，有效水深:H=5．0 m，污泥齡:SRT=15 d，混合液懸浮固體濃度:MLSS=4 000 mg/L，污泥負荷:F/M=0．08 kg BOD5/(kg MLSS·d)，產(chǎn)泥率:E=0．55 kg SS/kg BOD5，水力停留時間:T=18 h，標準狀況下空氣量:850 m3/h。

2．3．2 MBR 池。MBR 池 1座(4格)，設計流量:Q=125 m3/h，總有效池容:V=1 500 m3，工藝尺寸:20 m ×4 m ×5．8 m×4，有效水深:H=5．0 m，污泥齡:SRT=30 d，混合液懸浮固體濃度:MLSS=6 000 mg/L，污泥負荷:F/M=0．06 kg BOD5/(kg MLSS·d)，產(chǎn) 泥 率:E=0．45 kg SS/(kg BOD5)，水力停留時間:T=12 h，標準狀況下空氣量:2 500 m3/h。

2．3．3 主要設備。

(2)污泥回流泵，采用潛水離心泵，16臺，型號:WQ2155-409，回流比50%，Q=45 m3/h，H=8 m，N=2．2 kW。

(3)中空絲膜組件，數(shù)量32臺，中空纖維膜孔徑:0．2 μm，中空纖維膜設計通量:15 L/(m2·h)，中空纖維膜面積:1 280 m2，膜組件參數(shù):簾式膜 10 片/件，產(chǎn)水量 Q=3．0 m3/h/件。

(4)旋轉式潷水器，數(shù)量8臺，型號:B-200。最大潷水深度:1．3 m，潷水量:2 500 m3/d，電機功率:0．75 kW。

(5)行車式膜組件吊裝設備。采用軌道行車式設備1臺，工藝尺寸L×B×H=16 m×16 m×5．5 m，功率4 kW，起吊重量1 500 kg。

(6)離心鼓風機，數(shù)量4臺，3用1備，型號GRB-200，Q=21．9 m3/min，H=6 m，N=37 kW。

2．4 中水處理間

2．4．1 構筑物。中水處理間1座，采用半地下式磚混結構。尺寸:L×B×H=18 m×6 m×5 m，回用水處理量:125 m3/h。

2．4．2 主要設備。①水泵，自吸式離心泵，型號GMP-35-80，6臺，4用2備，Q=33 m3/h，H=17 m，N=5．0 kW。②膜組件化學清洗設備2套，形式為浸泡式。③電動單梁懸掛起重機1 套。T=1 t。

2．5 清水池 半地下鋼筋混凝土結構，1座。工藝尺寸L×B×H=8 m×16 m×5 m，貯存處理達標的再生水。

2．6 送水泵房

2．6．1 構筑物。半地下式磚混結構，1座，工藝尺寸L×B×H=12 m×6 m×5 m，為中水用戶輸送處理達標的再生水。

2．6．2 主要設備。①臥式單級離心泵，型號:KQW100/150/-11/2，3 臺，2 用 1 備。Q=65．4 m3/h，H=32 m，N=11 kW。②真空泵，型號:SZB-4，2臺(1用1備)。Q=240 L/min，真空度:－67．1 kPa，N=2．2 kW。

2．7 加氯加藥間

2．7．1 構筑物。單層地上建筑，1座。尺寸:L×B×H=9．0 m ×6．0 m ×5．0 m，Q=200 m3/h，氯氣投加量5 mg/L，向出水中投加氯氣，達到消毒的目的。

2．7．2 主要設備。①自動流量比例加氯機，2臺(1用1備)，型號:WP841，Q=2 kg Cl2/h。②氯瓶，2套，容量:100 kg。③漏氯吸收裝置1套，能力:500 kg/h。④電動單梁懸掛起重機，1 臺，T=1 t，L=7．5 m，起吊高度:5．0 m。

2．8 污泥處理部分

2．8．1 構筑物。①污泥泵池，矩形污泥泵池。尺寸:2 m×2 m×4 m。②脫水機房。尺寸:12 m×6 m×5 m。

2．8．2 主要設備。①濾布式濃縮脫水一體機，1套。型號TB-2000，尺寸12 m×6 m×5 m，濕污泥處理量9～15 m3/h，濾布寬度2 000 mm，功率20 kW。②電動單梁懸掛起重機1臺。T=1 t，跨度7．5 m，起吊高度:5．0 m，功率2 kW。

2．9 過程控制系統(tǒng) 工程通過現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，對污水處理工藝(電氣)運行過程進行分散控制、集中管理。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)由工控機和自治控制器以及智能現(xiàn)場設備組成。整個污水處理廠擬建中央控制室一間。

3 結語

隨著社會進步與發(fā)展，環(huán)境治理工作越來越受到重視，建立合理新型，能夠達到國家要求的污水處理廠勢在必行。天津港保稅區(qū)起步區(qū)雨污水泵站新型污水處理廠的建立，能夠滿足當?shù)匚鬯幚硪螅瑥U水水質(zhì)達到標準。

(1)污水處理及回用工程采用CASS與MBR相結合的工藝，不需要大量的污泥回流和內(nèi)回流，運行管理簡單。采用這種組合式工藝，結構緊湊，分期建設和擴建方便，同時也為國內(nèi)類似污水處理工程的設計提供借鑒。

(2)由于季節(jié)原因，中水需用量變化較大。膜組件運行方式可降低能耗，根據(jù)回用水量的變化，可以對模塊進行靈活調(diào)節(jié)，及時調(diào)整運行方案，使中水用量與處理量相匹配，既避免了設備及運轉的浪費，又確保用水安全可靠。

(3)MBR處理出水含鹽量等尚不明確，故中水脫鹽處理需做場地預留與經(jīng)濟測算，待MBR實際運行后，對其出水進行相關監(jiān)測來確定脫鹽處理是否需要。

［1］顏斌．城市污水處理業(yè)市場取向改革研究［J］．產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟，2013，4(10):40－41．

［2］李利蓉，李曄，桑穩(wěn)姣．城鎮(zhèn)污水處理廠提標改擴建工程設計［J］．安全與環(huán)境工程，2013，20(2):72 －76．

［3］張辰，李春光．國外污水處理廠改造工程實例分析［J］．給水排水，2009，35(2):14－18．

［4］張智，陳杰云，李勇，等．處理低碳源污水的倒置A2/O工藝強化脫氮技術研究［J］．中國給水排水，2009(7):7－9．

［5］胡邦，蔣嵐嵐，張萬里，等．MBR工藝在城市污水處理廠中的工程應用［J］．給水排水，2009，35(11):22 －24．

［6］曾一鳴．膜生物反應器技術［M］．北京:國防工業(yè)出版社，2007．

［7］錢伯章．膜生物反應器處理污水高效環(huán)保［J］．水處理技術，2011(8):126．

［8］黃學政．膜生物反應器(MBR)處理高濃度有機廢水的研究［D］．西安:西安建筑科技大學，2006．