膜技術(shù)在污水廠提標(biāo)改造中的應(yīng)用和啟示

孫光遜

摘 要：膜技術(shù)在近幾年來已經(jīng)得到了長足的進(jìn)步和發(fā)展，廣泛應(yīng)用于北京地區(qū)的污水處理廠提標(biāo)改造工藝中。膜技術(shù)所擁有的出水水質(zhì)優(yōu)良穩(wěn)定、剩余污泥量少、設(shè)備緊湊，占地少的優(yōu)勢，適用于深圳這種土地集約利用需求高于工程投資限制的地區(qū)。

關(guān)鍵詞：膜技術(shù)；高碑店污水廠；翠湖新水源廠；稻香湖再生水廠；提標(biāo)改造

中圖分類號：TU992 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）20-0166-02

1 工作概況

作者于2016年前往北京開展了為期三天的膜技術(shù)污水處理考察工作。先后參觀了北京高碑店再生水廠、北京翠湖新水源廠、北京稻香湖污水處理廠，同時(shí)，參觀了某膜技術(shù)公司總部及其膜生產(chǎn)基地，并和相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行了深入的交流和探討，對膜工藝的生產(chǎn)、膜工藝在污水處理行業(yè)的運(yùn)用以及北京污水處理行業(yè)提標(biāo)改造工藝的技術(shù)路線有了一定的認(rèn)識(shí)。

2 對膜過濾技術(shù)的認(rèn)識(shí)

膜過濾是一種與膜孔徑大小相關(guān)的篩分過程，以膜兩側(cè)的壓力差為驅(qū)動(dòng)力，以膜為過濾介質(zhì)，在一定的壓力下，當(dāng)原液流過膜表面時(shí)，膜表面密布的許多細(xì)小的微孔只允許水及小分子物質(zhì)通過而成為透過液，而原液中體積大于膜表面微孔徑的物質(zhì)則被截留在膜的進(jìn)液側(cè)，成為濃縮液，因而實(shí)現(xiàn)對原液的分離和濃縮的目的。膜過濾技術(shù)是深度水處理的一種高級手段，根據(jù)膜選擇性的不同，可分為微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）和反滲透（RO）等。

3 膜技術(shù)在市政污水處理行業(yè)的運(yùn)用

膜處理技術(shù)作為一種新型高效、精密分離技術(shù)，相比其他物理、化學(xué)及生物處理技術(shù)有自己的特點(diǎn)：（1）通過膜處理，物質(zhì)前后的物理、化學(xué)性質(zhì)不會(huì)發(fā)生改變；（2）膜處理技術(shù)依靠得是膜的孔徑及選擇透過性實(shí)現(xiàn)污染物的分離，無需投加化學(xué)藥品等；（3）膜處理技術(shù)具有處理高效，應(yīng)用普遍的優(yōu)勢，且能將有機(jī)物、無機(jī)物以及微小的細(xì)菌甚至病毒分離；（4）膜處理技術(shù)易操作、易維修，且不需要占用很大場地。

膜技術(shù)在污水治理及回用中作為一項(xiàng)實(shí)用技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是幾乎可完全脫除懸浮物（SS）、一般的細(xì)菌、病毒、大腸桿菌等，且可脫色，減少生成三氯甲烷（THM）的前驅(qū)物，出水水質(zhì)優(yōu)良，由于膜裝置占用的空間小，特別適合于老廠改造升級或建廠空間受限制的條件下采用。

在城市污水的處理、回用中，膜技術(shù)常用于二級處理后的深度處理中，多以微濾（MF）、超濾（UF）替代常規(guī)深度處理中的沉淀、過濾、吸附、除菌等預(yù)處理，以納濾（NF）、反滲透（RO）進(jìn)行水的軟化和脫鹽。在污水處理中，目前使用最多的是以MF、UF與活性污泥組成的膜生物反應(yīng)器（MBR），用以代替原工藝中的二沉池。

當(dāng)然，膜技術(shù)也存在一些不足。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）膜造價(jià)高，使膜生物反應(yīng)器的基建投資一般會(huì)高于傳統(tǒng)污水處理工藝；（2）膜污染容易出現(xiàn)，給操作管理帶來不便；（3）能耗高：首先MBR泥水分離過程必須保持一定的膜驅(qū)動(dòng)壓力，其次是MBR池中MLSS濃度非常高，要保持足夠的傳氧速率，必須加大曝氣強(qiáng)度，還有為了加大膜通量、減輕膜污染，必須增大流速，沖刷膜表面，造成MBR的能耗要比傳統(tǒng)的生物處理工藝高。所以，在污水處理工藝設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)污水的來源、處理后出水的標(biāo)準(zhǔn)和周邊的環(huán)境條件等，進(jìn)行綜合比較和考量，合理選擇處理工藝。

4 北京地區(qū)污水處理廠膜技術(shù)考察案例

4.1 北京市高碑店污水處理廠（高碑店再生水廠）

北京市高碑店污水處理廠是北京市建設(shè)的第一座大型、現(xiàn)代化的城市污水處理廠，廠區(qū)占地1020畝，遠(yuǎn)期建設(shè)規(guī)模250萬m3/d，近期建設(shè)規(guī)模100萬m3/d，占全市污水處理總量的40%。出水標(biāo)準(zhǔn)按國家標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級B標(biāo)準(zhǔn)排放。2012年，北京開始著手對高碑店污水廠進(jìn)行提標(biāo)改造，即在原廠范圍內(nèi)建深度處理措施，即新建北京市高碑店再生水廠，日處理規(guī)模達(dá)到100萬噸，占到本市全部再生水處理量的40%以上，是國內(nèi)規(guī)模最大的再生水廠。高碑店污水廠提標(biāo)改造（即高碑店再生水廠工程）工藝路線是先將現(xiàn)有二級生化工藝（A2O）進(jìn)行改造，增加生物反應(yīng)池容積，并在好氧曝氣池的硝化段添加填料，提高硝化污泥濃度，強(qiáng)化硝化反應(yīng)，使出水的氨氮濃度小于1mg/l；通過強(qiáng)化生物處理，輔助化學(xué)除磷，使出水二級生化段出水總磷小于1mg/l；深度處理段采用反硝化生物濾池進(jìn)行脫氮，視情況在濾池前補(bǔ)充碳源和投加化學(xué)除磷藥劑；生物濾池出水經(jīng)過濾器和超濾膜過濾，去除膠體和顆粒物，再經(jīng)臭氧氧化脫色，紫外消毒后出水。

該提標(biāo)改造工程的特點(diǎn)是：（1）對現(xiàn)有污水處理設(shè)施的影響較小，全廠四個(gè)系列，按實(shí)際進(jìn)水量80萬噸/天計(jì)算，開三個(gè)系列，停一個(gè)系列進(jìn)行改造，沖擊負(fù)荷影響不大，新建的深度處理工程遠(yuǎn)離現(xiàn)有設(shè)施，單獨(dú)建設(shè)，對現(xiàn)有生產(chǎn)影響極少。（2）反硝化濾池適合低濃度污染處理，膜過濾工藝有效截留顆粒物、膠體和微生物，對出水水質(zhì)穩(wěn)定起到重要作用；（3）整個(gè)深度處理流程較長，運(yùn)行靈活，可根據(jù)出水水質(zhì)情況超越或部分運(yùn)行處理構(gòu)筑物；也可處理部分進(jìn)水，出水混合達(dá)標(biāo)，以節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。

4.2 北京翠湖新水源廠

北京翠湖新水源廠（原名翠湖再生水廠）原日處理水量為1萬噸，處理工藝是SBR+活性砂濾，出水指標(biāo)達(dá)到北京地標(biāo)《水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB11/307-2005）一級B標(biāo)準(zhǔn)（略高于國標(biāo)一級B，低于一級A）。2014年，該廠提標(biāo)后，日處理水量從當(dāng)前的1萬噸增加到2萬噸，出水標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中II類水體的標(biāo)準(zhǔn)，成為北京的戰(zhàn)備水源之一。

該提標(biāo)改造工程采用了“雙膜過濾”的污水處理工藝，即MBR+NF，就是微濾+納濾工藝。改造過程中沒有新增占地，基本保留原來的裝置，增加了一個(gè)膜格柵，將SBR池按照MBR工藝要求改造成A2O生化池，在原有空地增加一座MBR膜池，出水再經(jīng)過新建的納濾車間過濾后排放。經(jīng)過“雙膜過濾”的污水，已經(jīng)達(dá)到了地表II類的排放標(biāo)準(zhǔn)，相當(dāng)于飲用水的水質(zhì)，出水標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)高于一般污水廠。該廠噸水占地為0.5m2/m3，比一般常規(guī)工藝污水廠占地略小，這也是膜工藝污水處理的特點(diǎn)；但該廠全流程噸水投資僅4000元，其中納濾系統(tǒng)噸水投資1000元，而前段MBR工藝噸水投資僅3000元，和一般污水處理工藝噸水投資相當(dāng)；直接運(yùn)行成本也僅1.8元/噸，其中納濾段占0.9元/噸，而前段MBR工藝（達(dá)到地表IV類出水）直接運(yùn)行成本僅為0.9元/噸。該經(jīng)濟(jì)指標(biāo)顛覆了作者對膜工藝特別是MBR工藝的常規(guī)認(rèn)知。該提標(biāo)改造工程是一個(gè)解決水污染、污水資源化的示范性工程，類似于新加坡新生水廠解決方案（新加坡新生水廠出水標(biāo)準(zhǔn)更高，采用了RO反滲透工藝），為我們污水處理資源化、開發(fā)新水源、解決水資源短缺問題方面做出了積極探索，提供了新的思路。

4.3 北京稻香湖再生水廠

稻香湖再生水廠是北京市首座全封閉的地下再生水廠。再生水廠總設(shè)計(jì)規(guī)模26萬噸/天，一期設(shè)計(jì)規(guī)模8萬噸/天，一期占地2.46公頃，工程總投資為4.73億元，出水水質(zhì)執(zhí)行北京市《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB11/890-2012）中的B標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)其主要指標(biāo)滿足地表Ⅳ類水水質(zhì)要求。該工程一期采用了多點(diǎn)進(jìn)水（精確曝氣）A2O+二沉池+浸沒式超濾膜工藝，地下污水處理廠的主要處理設(shè)備廠房均建在地下16m到18m處。從整個(gè)工藝來看，基本還是在常規(guī)二級生化工藝的基礎(chǔ)上加上超濾膜過濾的深度處理工藝，有膜工藝在末尾的把關(guān)，出水水質(zhì)還是有保證的。另外，該廠雖然號稱為全地下污水廠，但綜合樓和污泥脫水車間（外運(yùn)輸送部分）也還是地上式建筑，便于管理和污泥脫水后的外運(yùn)。

5 北京地區(qū)污水處理廠提標(biāo)工藝技術(shù)路線總結(jié)

5.1 進(jìn)、出水水質(zhì)

5.1.1 污水廠進(jìn)水水質(zhì)

北京地處半干旱地區(qū)，地下水位較低，地下水滲入污水管網(wǎng)的量很少，加上降雨量不算大，所以污水管網(wǎng)中即便是合流系統(tǒng)，其收集的生活污水濃度都較高，一般COD在400～500mg/l，BOD在200～250mg/l，SS在250mg/l左右，氨氮20～30mg/l，總氮40mg/l。

5.1.2 污水廠出水水質(zhì)

由于有中水回用的大量需求，北京歷來對污水廠出水水質(zhì)有自己的地方標(biāo)準(zhǔn)，如基于國標(biāo)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）的北京地標(biāo)《水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB11/307-2005）和近年來執(zhí)行的北京地標(biāo)《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB11/890-2012），都嚴(yán)于國家標(biāo)準(zhǔn)。特別是DB11/890-2012，基本是按照國標(biāo)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中地表III類和IV類制定的。

5.2 北京地區(qū)污水處理主流技術(shù)路線

由于北京地區(qū)污水的進(jìn)水濃度高，而要求的處理出水濃度低，還都有回用要求，故對于污水處理的去除率要求就顯得很高了，勢必對市政污水處理工藝的要求高。經(jīng)過多年的實(shí)踐和運(yùn)行，北京的污水處理工藝的技術(shù)路線基本已經(jīng)較為明確，即采用膜工藝技術(shù)，要么是MBR工藝，要么是A2O+超濾膜工藝。如最近新建的高碑店再生水廠、稻香湖再生水廠、槐房再生水廠、清河第二再生水廠、定福莊再生水廠、小紅門再生水廠等新建（提標(biāo)改造）的大、中、小型污水廠無一例外均采用膜技術(shù)。

對此現(xiàn)象，我們也進(jìn)行了分析和研究，北京是國內(nèi)較早在污水處理中運(yùn)用膜技術(shù)的城市，有關(guān)膜技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)都已有比較成熟和客觀的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，北京面臨著水資源匱乏、土地緊缺、污水回用需求高，出水標(biāo)準(zhǔn)高等一系列的問題，加上北京本地有大型的膜生產(chǎn)企業(yè)以及政府的產(chǎn)業(yè)支持和政策導(dǎo)向，使得膜技術(shù)在北京污水處理工藝中得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。

6 對深圳地區(qū)污水處理廠提標(biāo)改造工程的相關(guān)啟示

隨著深圳治水提質(zhì)計(jì)劃的穩(wěn)步推進(jìn)，深圳也在如火如荼的開展污水廠提標(biāo)改造和新建污水廠的工作。而從目前深圳的污水處理工藝設(shè)計(jì)路線來看，還是采用常規(guī)工藝加深度沉淀過濾的型式多，即大多是采用的是A2O生物池+二沉池+高效沉淀池+快速濾池，這種工藝設(shè)計(jì)技術(shù)上也能達(dá)到出水地表IV類。深圳地區(qū)前段A2O生物池+二沉池的工藝基本和其他地區(qū)設(shè)計(jì)思路一致，基本可以解決COD、BOD、NH3-N以及TN的降解，關(guān)鍵在于后續(xù)對TP和SS去除的思路與其他地區(qū)（特別是北京地區(qū)）是有差別的。對于后段TP和SS的去除，北京的工藝設(shè)計(jì)主要是靠超濾膜過濾來解決，出水水質(zhì)好且穩(wěn)定。深圳地區(qū)的設(shè)計(jì)則采用高效沉淀池+快速過濾的型式，從占地的角度看，高效沉淀池+快速過濾遠(yuǎn)大于膜過濾技術(shù)的占地，且出水還是受到沉淀池和濾池運(yùn)行效果的影響，現(xiàn)在常用的快速濾池有纖維濾池、濾布濾池，這兩種濾池已有反映出效果不理想了。如此一來，深圳采用的深度處理工藝無論從占地還是出水效果都不如北京的工藝有優(yōu)勢。這的確值得我們深思。

究其原因，認(rèn)為還是深圳的設(shè)計(jì)單位對于膜技術(shù)的認(rèn)識(shí)還比較保守，基本認(rèn)識(shí)還都基于幾年前對膜技術(shù)的評價(jià)，即膜技術(shù)工程投資高，運(yùn)行費(fèi)用高，維護(hù)成本高。其實(shí)，近年來，膜技術(shù)得到了飛速發(fā)展，其研究水平、制造工藝以及產(chǎn)品性能和價(jià)格已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化，特別是國內(nèi)大型膜技術(shù)生產(chǎn)企業(yè)的成長，已經(jīng)讓膜技術(shù)克服了上述缺點(diǎn)，這也是北京地區(qū)敢把膜技術(shù)作為其主流污水處理技術(shù)的原因。

通過本次考察交流得知，膜技術(shù)在近幾年來已經(jīng)得到了長足的進(jìn)步和發(fā)展，已經(jīng)不再是我們原來的膜技術(shù)造價(jià)高，能耗高，周期短的印象了。根據(jù)相關(guān)單位提供的資料，如今的MBR工藝的噸水能耗已從原來的0.6～1kwh/m3降到0.41kwh/m3，膜的使用壽命已從原來的1～2年增加到5～8年，新建MBR工藝污水廠單位噸水投資已經(jīng)可以降到1500～2050元/m3，污水廠提標(biāo)改造至地表IV（采用MBR工藝）的單位噸水投資為900～1100元/m3，單位運(yùn)行成本已經(jīng)可以降到0.5元/m3左右。這個(gè)數(shù)據(jù)對于我們污水處理工藝設(shè)計(jì)者來說，是十分震撼的，基本可以和一般的常規(guī)污水處理工藝同臺(tái)競爭了。而膜技術(shù)所擁有的出水水質(zhì)優(yōu)良穩(wěn)定、剩余污泥量少、設(shè)備緊湊，占地少的優(yōu)勢，對于深圳地區(qū)這種土地集約利用需求高于工程投資限制的地區(qū)來說是具有相當(dāng)?shù)恼T惑力的，值得我們作為設(shè)計(jì)者認(rèn)真的研究和比較。

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