陜北地區某污水廠提標改造工程MBR膜設計及調試運行分析

文_張敏 張夢 陜西環保集團水環境有限公司

1 工程概況

某污水處理位于廠一期提標改造工程于2019年8月啟動建設，主要服務區域為縣城城區及廠區周邊村鎮生活污水。提標改造工程建設內容包含新建配水池、MBR膜池、MBR膜車間、清水池、綜合水處理車間等，建設規模6000～7200m3/d。提標改造工程于2020年1月底開始投入試運行，目前膜系統運行效果良好。

2 設計水質及工藝流程

2.1 設計進出水水質

該污水處理廠提標改造工程的設計出水水質為《陜西省黃河流域污水綜合排放標準》中的A標準。詳細的進出水指標如表1所示。

表1 進出水水質一覽表

2.2 原有系統工藝設計流程

污水處理廠一期系統排放標準滿足GB18918-2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》的一級排放標準中的A級標準。根據當時的排放標準，污水處理廠一期原污水處理工藝如圖1所示。

圖1 該污水處理廠一期改造前工藝流程圖

2.3 設計思路

綜合分析原水水質特點，合理確定設計水質，工藝流程，確保實施升級改造后各主要構建物運行穩定、可靠，保證達標排放；全面評估現有設備能力，減少工程投資；對需改造的構筑物，設計及安排施工計劃時應安排好備用措施，將升級改造工程對污水廠正常運轉的影響降到最低。

通過上述分析核算，合理選擇升級改造方案，以期達到確保出水穩定達標，便于實施改，節約投資成本，運行節能的目的。

2.4 改造后系統工藝設計思路

改造思路：將現有一期生化系統改造成為改良A2/O工藝，并適當降低二期系統處理量，保證冬季總處理水量不受污泥膨脹影響，剩余污水全部由一期生化系統處理（原一期沉淀池改為生化系統一部分），選擇抗污泥膨脹能力強，出水水質穩定可靠的MBR膜生物反應器作為深度處理，使出水所有指標達到陜西地標中A級標準。

3 主要設計內容

常溫設計流量：6000m3/d，低溫設計流量：7200m3/d。當t≥15°C時，在污泥濃度3.5g/L時能滿足6000m3/d的處理規模；當t≥6°C時，在污泥濃度7g/L時能滿足7200m3/d的處理規模。

3.1 預處理系統（膜格柵系統）

最大設計規模：13500～16200m3/d。該工程原有系統預處理工藝設計流程完整（粗格柵→細格柵→曝氣沉砂池→初沉池→調節池），故本次只考慮膜系統預處理工藝，在調節池之后進入生化系統之前增設膜格柵。預處理系統生化池分2組，MBR膜池也分成2組，1組生化池對應1組膜池，膜格柵設置2臺，每組對應1臺，考慮到檢修情況，適當將膜格柵的過流能力放大，2臺膜格柵互為備用。

本設計采用臥式旋轉式細格柵。配套設備：膜格柵2臺，總進水量為13500～16200m3/d，柵筒轉速為5.7r/min，柵隙為1mm，功率為1.5kW，反沖水量為≥4～5m3/h，材質不銹鋼。

3.2 一期生化系統

設計規模：常溫6000m3/d，低溫7200m3/d。

設計思路：將原有一期CASS池合理分區，改造為改良A2/O系統，總有效容積為5539m3，工藝尺寸（L×B×H）38.2m×14.5m×5.0m，2座。硝化液（好氧至缺氧）回流比200%～400%，污泥（缺氧至厭氧）回流比100%，主要配置設備為軸流潛污提升泵4臺（2用2備） ，單臺設計參數Q=684m3/h，H=7m， N=18.5kW。消化液回流泵6臺（4用2備），單臺設計參數：Q=350m3/h，H=7m，N=11kW，配套自耦裝置。低速潛水推流器4臺，N=3.0kW；低速潛水推流器2臺，N=2.0kW。

3.3 MBR膜池

該污水處理廠膜池分為6組，每組設置膜組件9組。設計規模：常溫6000m3/d，低溫7200m3/d。

設計參數：膜通量：常溫500L/(m2·d)，低溫450L/(m2·d)；膜元件曝氣量：12L/（min·片）；設計最大回流比：350%。配套設備：PVDF平板膜組件54組，每套膜組件含200片，1.5m2/片，孔徑0.1m，共計16200m2；MBR產水泵9臺，6用3冷備，Q=70m3/h，H=15m 變頻控制；膜鼓風機4臺，3用1備，Q=45m3/min，P=49kPa；膜清洗池排空泵，1用1備，Q=25m3/h，H=15m；NaCIO加藥系統1套，含1只加藥箱，2臺計量泵；檸檬酸加藥系統1套，含溶藥攪拌機1套、加藥箱1只、計量泵2臺；清洗藥液稀釋水泵，1用1備，Q=20m3/h，H=9.5m，變頻控制；除磷劑加藥系統1套，含1只加藥箱，2臺計量泵。

3.4 消毒系統

采用原有系統消毒工藝，次氯酸鈉消毒。

4 調試運行情況

自2020年1月調試運行以來MBR膜系統經過一次化學在線清洗，根據現場調試問題診斷結果，分析主要原因為調試初期自控系統運行不穩定，產水泵抽8停2自控故障引起，故障解除后各組系統運行基本穩定。

由于該污水處理廠來水量偏小，系統未滿負荷運行，為了進一步評估各項設計參數，2020年3月4日起將6#產水泵調整至滿負荷（63m3/h）運行，進一步觀察膜元件的運行情況，經過近50d的觀察，污泥濃度1.2～1.5g/L運行狀態下基本穩定，可以在溫度較低時達到設計負荷。在出水流量保障滿負荷情況下，跨膜壓差壓差始終在10kPa之內。

本工程建設內容主要包括MBR膜系統預處理、生化系統改造、MBR膜池、配水池等內容，由于要與原有一期系統聯合設計，且需要根據寒冷地區運行情況復核設計規模，整體設計較為復雜，運行工況較差。

根據目前運行情況，系統產水量穩定，跨膜壓差在設計合理范圍內，可以達到最大設計負荷，在進水水質波動較大的情況下可穩定運行。

5 結語

改進人行通道的設計。該工程由于受限于廠內可利用面積偏小，綜合管廊人行通道設計不合理，人行通道較窄，建議后期進行設計優化。

配水均勻問題。膜池進水配水和回流配水不均勻，造成6組系統污泥濃度不均衡，建議增加調節閥或流量計，便于運營綜合管理。

排泥問題。污泥泵設計偏小，加上陜北地區進水泥沙含量達，生化系統中無機物較多，膜池污泥濃度13000～15000mg/L，居高不下。建議運行管理時應當延長排泥時間，同時在設計上復核相關參數優化設計，徹底解決運行隱患。