納米陶瓷膜在裝配式污水處理廠的應用實例簡述

羅俊暉，陳 杏，李 翔

（1.廣東省廣新控股集團有限公司，廣東 廣州 510308；2.清華大學深圳國際研究生院，廣東 深圳 518055；3.廣東省廣業裝備科學技術研究院有限公司，廣東 廣州 510705）

引言

廣東省某污水處理廠的處理規模為2×104m3/d，處理工藝采取“AAO+納米陶瓷膜”，出水執行國家《地表水水質標準》（GB 3838-2002）準Ⅳ類標準，目前已經滿負荷運行1年，出水穩定達標。

1 概述

近幾年，無機陶瓷膜已經在越來越多的領域得到應用[1]。陶瓷膜是將無機陶瓷材料Al2O3、TiO2、ZrO2等物質與添加劑均勻混合，經過成型和高溫煅燒而成[2]，具有機械強度高、運行通量高、耐污染、使用壽命長的優點[3]，并且使用成本更低，因此逐漸在污水處理的膜反應領域得到廣泛應用，并且效果良好。

陶瓷膜組件在長期運行后將不可避免地形成膜污染，引起陶瓷膜孔隙不同程度的堵塞，導致產水量下降。納米陶瓷膜是在陶瓷膜表面覆蓋一層特殊的納米材料，以減少污染物質與膜的接觸，從而減少膜堵塞，降低陶瓷膜被污染的速度，大大延長陶瓷膜的使用壽命。通過使用不同的納米材料，可以使陶瓷膜有針對性的去除污染物。陶瓷膜在16～40 L/（m2·h）的通量下運行時，其壓差平均上升速率為1 kPa/d，可通過定期在線維護清洗恢復[4]。

2 工程設計

2.1 工藝流程

本工程采用“AAO+納米陶瓷膜”工藝路線，預處理系統采取“細格柵+沉砂池+精細格柵”，后續工藝采取“紫外消毒”。具體工藝流程簡圖見如圖1。

圖1 工藝流程圖

2.1.1 預處理系統

污水通過市政管網進入一體化泵站，經過提升后進入后續細格柵池，然后流入旋流沉砂池、精細格柵池。細格柵池中的污水經過篩網去除污水中較細的雜物；旋流沉砂池通過機械攪拌產生的水力渦流，使泥砂和有機物得到分離，從而達到除砂的目的；精細格柵內，污水經過網板過濾，去除細小毛發和纖維物質，精細格柵確保在最大程度上清理污物，減少后續對膜組件的損傷。

2.1.2 生物處理

精細格柵出水進入AAO一體化水池，該水池主要由厭氧池、缺氧池、好氧池、膜池構成。進水和回流液在此得到均勻混合。由于混合液呈現缺氧狀態，并發生反硝化反應，去除了污水中的大部分氮。污水經過生化處理后進入膜池，采用曝氣和抽濾雙重功能的陶瓷膜生物反應器進行固液分離[5]，從而進一步提高了出水水質。

2.1.3 消毒處理

AAO一體化水池出水進入清水池，清水池出水可供精細格柵反洗和膜池反沖洗。出水流至紫外消毒池，使細菌及微生物得以去除，最終達標排放。

2.1.4 污泥處理

剩余污泥由污泥泵泵至脫水機房，經過帶式濃縮機脫水，干濾餅的干固含量可達到20%以上，脫水后的污泥最終外運至有資質的公司進行綜合利用。

2.2 工藝設計

本工程擴容設計規模為2×104m3/d，設計進出水水質指標詳見表1。

表1 設計進水、出水水質 單位：mg/L

2.2.1 進水泵站

進水泵站采用一體化提升泵站，對市政管網來水經提升后進入細格柵渠。

主要設備：一體化泵站（直徑4.20 m，深度9.60 m），污水提升泵（3臺，流量Q=741 m3/h，揚程H=20.0 m，功率N=55 kW，2用1備），粉碎格柵（Q≥1 242 m3/h，N=5.5 kW）1套。

2.2.2 細格柵、旋流沉砂池及精細格柵

細格柵、旋流沉砂池及精細格柵合建，1座，采用鋼結構，用于進一步去除污水中較小的懸浮物。

細格柵，渠深2.50 m，渠寬1.20 m。

主要設備：內進流式網板細格柵（2臺，柵寬1.10 m，柵條間隙5 mm，柵前水深1.35 m，過水流量≥1 250 m3/h，功率N=1.1 kW，1用1備），旋流沉砂器（2臺，1用1備）。

旋流沉砂池，設計流量Q=1 080 m3/h，內徑3.05 m，池深3.50 m。

主要設備：旋流沉砂器（2臺，功率N=1.1 kW，1用1備），羅茨鼓風機（2臺，單臺風量Q=2.0 m3/min，功率N=2.2 kW，風壓P=39.20 kPa，1用1備），砂水分離器（1臺，處理量5～12 L/s，功率N=0.37 kW）

精細格柵，渠深2.50 m，渠寬1.20 m。

主要設備：內進流式網板精細格柵（2臺，柵寬1.10 m，柵條間隙1 mm，柵前水深1.70 m，過水流量≥1 250 m3/h，功率N=1.5 kW，1用1備）。

2.2.3 一體化AAO+膜池

一體化圓形構筑物，1座，采用鋼結構，直徑40 m，有效水深6 m。池體外圈分為厭氧區、缺氧區和好氧區；池體內圈為配水區、膜池和污泥回流區，其中膜池分為4個相互獨立的納米陶瓷膜區。缺氧區總停留時間HRT=2.30 h，好氧區總停留時間HRT=6.10 h，好氧區污泥負荷0.137 kgBOD5/kgMLSS.d，污泥濃度7 000 mg/L，混合液回流比200%。

主要設備：潛水攪拌機（4臺，葉輪直徑1.80 m，轉速rpm=40 r/min，功率N=2.2 kW），混合液回流泵（3臺，流量Q=1 667 m3/h，揚程H=1.0 m，功率N=7.5 kW，2用1備），剩余污泥泵（2臺，流量Q=50 m3/h，揚程H=20 m，功率N=5.5 kW，1用1備），可提升式管式曝氣器（288條，單條流量為10 m3/h·條，氧氣利用率25%，曝氣器規格94 mm×1 000 mm）。

膜池主要以納米陶瓷平板膜片作為過濾單元，膜組尺寸為1 060×250×6 mm，單元膜片主要參數見表2。單組膜片數為400片/組，單組膜面積為200 m2/組，單組腔內容積為400 L/組。

表2 納米陶瓷平板膜參數

2.2.4 清水池、紫外消毒池、巴歇爾計量槽

鋼結構構筑物，1座，尺寸為11.00×2.00×4.00 m，清水池有效容積79.20 m3。

主要設備：回用水泵（2臺，流量Q=30 m3/h，揚程H=80 m，功率N=7.5 kW，1用1備），精細格柵反洗水泵（2臺，流量Q=25 m3/h，揚程H=80 m，功率N=11 kW，1用1備），紫外消毒裝置（渠寬1.10 m，渠深2.00 m，平均處理流量Q=833.30 m3/h，采取72支320 W紫外燈管，紫外劑量≥20 mj/cm2，總功率N=24 kW），巴歇爾計量槽（標準7號型，喉管寬度0.30 m，流量范圍3.50 L/s～400 L/s）。

2.2.5 設備間

盡管我們確認NAFLD是一個新發現的結石病的危險因素，但NAFLD導致腎結石的機制仍未完全闡明。目前普遍認為NAFLD和腎結石的共同危險因素如肥胖、脂質沉積、胰島素抵抗、氧化應激反應等可能是導致二者相關的主要因素。

鋼結構構筑物，1座。

主要設備：好氧池空氣懸浮鼓風機（2臺，風量Q=48 Nm3/min，功率N=75 kW，風壓75 kPa，1用1備），膜池吹掃空氣懸浮鼓風機（3臺，風量Q=95.8 Nm3/min，功率N=132 kW，風壓65 kPa，2用1備），碳源、PAC、次氯酸鈉加藥裝置（含15 t儲罐和加藥泵各1套），膜反洗泵（2臺，流量Q=538 m3/h，揚程H=16 m，功率N=45 kW，1用1備）。

2.2.6 污泥脫水機房

鋼結構構筑物，1座。

主要設備：帶式污泥濃縮脫水一體化機（1臺，濾帶寬度1.50 m，濾帶速度1.5～7.5 m/min，處理能力150～200 kgDS/m.h，進料濕污泥含水率98%～99.2%，濃縮脫水后污泥含水率80%，功率N=1.1 kW）

3 出水情況分析

該一體化設備于2022年7月建設運行以來，隨著市政管網的逐步完善，進水指標趨于穩定，運行階段平均進出水水質數據見表3。

表3 2022年7月-2023年1月平均進出水水質表 單位：mg/L

4 結語

本次工程案例主要針對裝配式“AAO+納米陶瓷膜”組合工藝在污水處理領域的創新研發和工程示范來開展，重點探究基于該工藝的裝備式凈水廠的運行狀況和處理效果。該項目處理規模為2×104m3/d，出水穩定達到《地表水水質標準》(GB 3838-2002)準Ⅳ類標準，運行結果如下：

（1）本項目占地僅4 800 m2，與國內同類工程相比節省用地50%以上。

（2）本項目總投資約4 000萬元，平均運行費用0.79元/噸，與國內同類工程相比較為節省。

（3）在實際運行過程中，陶瓷膜通量達30 L/（m2·h）以上時，出水仍然保持穩定達標。

綜上，以陶瓷平板膜為核心的污水處理集成工藝路線，占地小，效率高，運行穩定，是一種新型集成工藝[6]，本工程采用裝配式鋼結構建設，從動工到通水僅用了3個月，大大縮短了污水處理設施的建設時間，具有較好的示范作用。