地下式MB R 工藝在廣州京溪污水處理廠的應(yīng)用

陳貽龍(廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究院)

廣州京溪污水處理廠工程設(shè)計(jì)規(guī)模 10 萬(wàn) m3/ d, 污水處理采用 M BR 工藝。污水處理廠土建布置采用地下式組團(tuán)布置形式, 主要處理構(gòu)筑物設(shè)于地下, 地上用作綠化景觀。介紹了污水處理廠的工藝流程、主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)情況, 并對(duì)主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)和新技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 工程概況

京溪污水處理廠是廣州市河涌整治重點(diǎn)工程項(xiàng)目之一, 廠址位于沙太路旁金湖貨運(yùn)場(chǎng)內(nèi), 占地約28 畝( 1 畝=667 m2) 。服務(wù)范圍包括沙河涌上游流域的左、右支流及南湖流域, 服務(wù)面積為15. 7 km2,服務(wù)人口13. 03 萬(wàn)人。污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模10 萬(wàn)m3/ d, 采用膜生物反應(yīng)器( M BR) 工藝, 其出水排入沙河涌, 作為沙河涌的景觀補(bǔ)水水源。京溪污水處理廠總體布置采用全地下式組團(tuán)布置形式, 主要處理構(gòu)筑物設(shè)于地下, 地上用作綠化景觀, 從根本上突破傳統(tǒng)污水處理廠的高程設(shè)計(jì)理念,創(chuàng)造優(yōu)美的花園式廠區(qū)環(huán)境。

2 工藝設(shè)計(jì)

2. 1 設(shè)計(jì)規(guī)模

沙河涌上游及南湖流域采用三種不同方法預(yù)測(cè)的污水量見(jiàn)表1, 設(shè)計(jì)流量重點(diǎn)參照河涌實(shí)測(cè)流量值, 并考慮到污水量逐漸增加的可能, 在設(shè)計(jì)上留有余地, 從而確定京溪污水處理廠規(guī)模為10 萬(wàn)m3/ d。2. 2 設(shè)計(jì)水質(zhì)

京溪污水處理廠的設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)根據(jù)服務(wù)范圍內(nèi)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和廣州市獵德、大坦沙、瀝窖污水處理廠近幾年的運(yùn)行數(shù)據(jù), 并適當(dāng)預(yù)留有發(fā)展余地來(lái)確定。出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)須滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》( GB 18918 - 2002) 一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)和廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染物排放限值》( DB 4426 -2001) 第二時(shí)段的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求, 具體水質(zhì)要求見(jiàn)表2。

2. 3 工藝流程

污水由廠外京溪泵站提升、經(jīng)壓力管輸送進(jìn)入廠區(qū), 經(jīng)處理后就近排入沙河涌左支流, 作為沙河涌景觀補(bǔ)水。污水處理采用M BR 工藝, 污泥處理采用機(jī)械一體化污泥離心濃縮脫水機(jī), 消毒采用紫外線消毒工藝、除臭采用微生物除臭工藝, 具體工藝流程如圖1 所示。2. 4 主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

2. 4. 1 細(xì)格柵、曝氣沉砂池及精細(xì)格柵

細(xì)格柵、曝氣沉砂池與精細(xì)格柵合建, 設(shè)計(jì)規(guī)模為10 萬(wàn)m3/ d, 土建尺寸48 m * 22. 35 m * 6. 2 m。細(xì)格柵渠設(shè)3 臺(tái)轉(zhuǎn)鼓式細(xì)格柵, 鼓柵直徑2 m, 柵隙寬b= 5 mm, 安裝角度A= 35度, 柵前水深h= 1. 3 m, 過(guò)柵流速v= 0. 9 m/ s。曝氣沉砂池設(shè)1 座, 分2 格, 停留時(shí)間3. 75 min, 水平流速0. 1 m/ s, 曝氣量0. 2 m3空氣/ m3 污水, 曝氣沉砂池鼓風(fēng)機(jī)房設(shè)于沉砂池旁,選用羅茨鼓風(fēng)機(jī)2 臺(tái), 1 用1 備, 單臺(tái)Q= 20 m3/ min,H = 35 kPa, N= 22 kW。為了保護(hù)膜組件, 進(jìn)一步降低進(jìn)入MBR 池的SS, 設(shè)6 臺(tái)轉(zhuǎn)鼓式精細(xì)格柵, 鼓柵直徑2. 4 m, 柵隙寬b= 1 mm, 安裝角度A= 35度, 柵前水深h= 1. 55 m, 過(guò)柵流速v= 0. 75 m/ s。

2. 4. 2 M BR 生化系統(tǒng)生化池

設(shè)2 座M BR 生化池, 采用改良型A2/ O 生化池, 單座平面尺寸36. 5 m * 54. 05 m, 水深7 m , 生化區(qū)M LSS= 5~ 7 g/ L, 膜區(qū)M LSS= 6~ 8 g/ L, 污泥負(fù)荷F w = 0. 07~ 0. 1 kg BOD 5 / ( kg M LSS. d) ,泥齡H= 15~ 20 d, H RT = 7. 43 h, 其中厭氧池為0. 99 h, 缺氧區(qū)1. 99 h, 好氧區(qū)為4. 45 h( 包括膜池1. 6 h) 。膜池污泥回流比R= 150% ~ 300%, 好氧區(qū)混合液回流比R= 150%~ 400%, 缺氧區(qū)至厭氧區(qū)回流比R= 100%。

2. 4. 3 MBR 生化系統(tǒng)膜池

設(shè)2 座M BR 膜池, 位于改良型A2/ O 生化池的后端, 對(duì)生化后污水進(jìn)行泥水分離。本工程采用聚偏氟乙烯( PVDF) 中空纖維簾式膜, 設(shè)計(jì)膜通量為14. 5 L/ ( m2 . h) , 膜孔徑<=0. 1 微米, 共設(shè)20 個(gè)膜處理單元, 每單元設(shè)10 個(gè)膜組件。MBR 生化系統(tǒng)平面布置見(jiàn)圖2。2. 4. 4 MBR 生化系統(tǒng)設(shè)備間

設(shè)備間配置MBR 膜組件系統(tǒng)配套的出水、反洗、循環(huán)、剩余污泥排放等設(shè)施。產(chǎn)水泵Q= 320 m3/ h,H = 14 m, N = 22 kW, 共22 臺(tái), 2 臺(tái)備用; 反洗泵Q=360 m3/ h, H = 12 m, N = 18. 5 kW, 2 臺(tái), 1 用1 備; 循環(huán)泵Q= 350 m3/ h, H = 10 m, N = 18. 5 kW, 2 臺(tái); 剩余污泥泵Q= 100 m3/ h, H = 15 m, N= 7. 5 kW, 2 臺(tái);真空泵Q= 3. 4 m3/ m in, 真空度700 mmH g, 2 臺(tái), 1用1 備; 中水水泵Q = 50 m3/ h, H = 30 m, N =7. 5 kW, 3 臺(tái), 2 用1 備; 空壓機(jī)Q = 0. 8 m3/ min,P= 0. 65 M Pa, N = 7. 5 kW, 2 臺(tái), 1 用1 備; 儲(chǔ)氣罐V= 2. 5 m3, P= 0. 8 MPa, 1 座。

2. 4. 5 紫外消毒

本工程MBR 系統(tǒng)超濾膜能有效截留絕大部分細(xì)菌( 粒徑0. 2~ 50 微米) 和部分病毒, 出水基本可以達(dá)到了糞大腸菌群數(shù)<=1 000 個(gè)/ L 的排放標(biāo)準(zhǔn)。為安全起見(jiàn), 仍考慮設(shè)管式紫外線消毒設(shè)備,嚴(yán)格控制出水糞大腸菌群數(shù)。管式紫外線消毒裝置Q= 2. 5 萬(wàn)m3/ d, N = 45 kW, 設(shè)4 套, 安裝于MBR 設(shè)備間。

2. 4. 6 鼓風(fēng)機(jī)房

鼓風(fēng)系統(tǒng)為生化供氧和膜吹掃供風(fēng), 土建尺寸為29. 4 m * 21. 75 m * 8. 1 m, 安裝8 臺(tái)空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī), 其中生化鼓風(fēng)機(jī)Q= 158 m3/ min, H = 79kPa, 4 臺(tái), 3 用1 備; 膜曝氣鼓風(fēng)機(jī)Q= 171 m3/ min,H = 59 kPa, 4 臺(tái), 3 用1 備。

2. 4. 7 膜清洗加藥間

MBR 生化系統(tǒng)配套設(shè)1 座清洗加藥間, 土建尺寸為14. 7 m * 13. 74 m * 5. 15 m, 設(shè)置3 個(gè)儲(chǔ)藥罐,V= 20 m3, 分別儲(chǔ)備酸、堿和NaClO 三種藥劑, 加藥系統(tǒng)分在線和離線兩種方式。離線清洗泵Q =20 m3/ h, H = 0. 12 M Pa, N = 4 kW, 2 臺(tái), 1 用1 備;在線清洗計(jì)量泵Q= 1 m3/ h, H = 0. 4 M Pa, N =0. 37 kW, 6 臺(tái), 3 用3 備。

2. 4. 8 除磷加藥間

設(shè)1 座除磷加藥間, 為生物反應(yīng)池投加除磷藥劑, 土建尺寸為14. 7 m* 13. 74 m * 5. 15 m, 除磷藥劑采用液體硫酸鋁, 儲(chǔ)藥池容積V= 68. 5 m3, 儲(chǔ)存時(shí)間30 d, 加藥泵Q= 800 L/ h, H = 30 m, N = 2. 25 kW,3 臺(tái), 2 用1 備。

2. 4. 9 污泥濃縮脫水間及儲(chǔ)存系統(tǒng)

按10 萬(wàn)m3/ d 設(shè)計(jì), 土建尺寸為19. 25 m *22. 5 m * 5. 8 m , 污泥量12. 94 tDS/ d, 進(jìn)泥含水率99. 2%, 出泥含水率75% ~ 78%。內(nèi)部設(shè)2 座儲(chǔ)泥池, 土建尺寸為9. 3 m * 3 m * 3. 3 m, 儲(chǔ)泥時(shí)間為1 h, 安裝2 臺(tái)攪拌器, 單機(jī)功率N = 2. 2 kW。脫水間安裝3 臺(tái)一體化離心濃縮脫水機(jī), 單機(jī)Q =55 m3/ h, 主機(jī)功率N = 55 kW, 輔助電機(jī)功率N =11 kW。脫水污泥設(shè)2 個(gè)料倉(cāng)儲(chǔ)存, 單個(gè)料倉(cāng)有效容積V = 100 m3 。

2. 4. 10 生物除臭

設(shè)計(jì)對(duì)該廠采用全面除臭, 預(yù)處理區(qū)、生化處理區(qū)及污泥處理區(qū)均進(jìn)行臭氣收集, 分區(qū)集中除臭, 采用填料式生物除臭系統(tǒng)。生化處理區(qū)設(shè)2 套除臭裝置, Q= 40 000 m3/ h; 預(yù)處理區(qū)、污泥處理區(qū)共用1套除臭裝置, Q= 22 000 m3/ h。

3 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

3. 1 全地下組團(tuán)布置形式

采用全地下組團(tuán)布置具有以下特點(diǎn):

( 1) 處理構(gòu)筑物全地下集約化、模塊化布置, 大大減少污水處理廠的占地, 節(jié)省用地費(fèi)用。

( 2) 減少了構(gòu)( 建) 筑物間相互連接的工程量,降低能量損耗。

( 3) 臭氣在地下層進(jìn)行收集并分區(qū)域集中除臭, 避免臭氣外溢對(duì)周邊環(huán)境的影響。

( 4) 污水處理廠上部空間土地充分考慮綠化和景觀, 美化污水處理廠的環(huán)境。

3. 2污水處理采用先進(jìn)的M BR 工藝

MBR 工藝具有以下特點(diǎn):

( 1) 高效而穩(wěn)定的泥水分離效果, 出水水質(zhì)好且穩(wěn)定。

( 2) 實(shí)現(xiàn)生物反應(yīng)池水力停留時(shí)間( H RT ) 和污泥齡( SRT ) 的完全分離, 使運(yùn)行控制更加靈活穩(wěn)定。

( 3) 具有很高的污泥濃度, 抗沖擊負(fù)荷的能力強(qiáng), 反應(yīng)池體積小, 占地少。

( 4) 模塊化設(shè)計(jì), 結(jié)構(gòu)緊湊, 易于實(shí)現(xiàn)一體化控制, 便于管理。

3. 3 土建結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

( 1) 控制性處理構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)優(yōu)化布置。本工程采用全地埋式, 用地面積較為緊張, 且上部空間須有效利用, 在設(shè)計(jì)中對(duì)沉砂池、生物反應(yīng)池等處理構(gòu)筑物的組團(tuán)式結(jié)構(gòu)布置按以下原則進(jìn)行優(yōu)化: 各控制性處理構(gòu)筑物均采用框架結(jié)構(gòu); 各控制性處理構(gòu)筑物之間盡量不留空間, 直接連通, 形成組團(tuán)式結(jié)構(gòu)以節(jié)省占地面積和工程投資。

( 2) 基坑設(shè)計(jì)優(yōu)化。京溪污水處理廠基坑平面尺寸約為160 m * 80 m , 基坑深度約12~ 15 m。擬建工程部分構(gòu)筑物施工環(huán)境較差, 東側(cè)緊靠5~ 7 層民房, 西側(cè)為規(guī)劃河涌, 且有一座110 kV 高壓電塔,北側(cè)有一座在建民房。根據(jù)地質(zhì)鉆探報(bào)告及地形條件, 經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選, 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)采用密排約為 1 000鉆/ 沖/ 旋挖孔灌注樁加三道鋼筋混凝土桁架內(nèi)支撐, 為提高基坑的防水效果, 在基坑外兩鉆孔樁間再加約 1 000 三管旋噴樁作止水帷幕。該方案整體性好, 基坑變形小, 施工時(shí)對(duì)周邊環(huán)境影響較小, 安全性高。

3. 4 先進(jìn)、可靠的儀表及自控技術(shù)

京溪污水處理廠先進(jìn)、可靠的儀表及自控技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾方面:

( 1) 京溪污水處理廠的集中管理、分散控制系統(tǒng)由一個(gè)中央控制站和多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站和所屬分控站、高速數(shù)據(jù)通道組成, 保證了污水處理廠的運(yùn)行控制靈活、可調(diào)、簡(jiǎn)便和穩(wěn)定、可靠。

( 2) 設(shè)置在線檢測(cè)儀表、CCTV 閉路電視監(jiān)控、安保紅外線、消防自動(dòng)報(bào)警等自控系統(tǒng)。

( 3) 增設(shè)現(xiàn)代化的“電力自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)”, 對(duì)京溪污水處理廠的高低壓配電系統(tǒng)、變壓器、直流屏、UPS 電源系統(tǒng)等實(shí)施自動(dòng)監(jiān)測(cè)( 高壓系統(tǒng)可控制) ,實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動(dòng)化, 提高供配電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

3.5 安全、有效的通風(fēng)系統(tǒng)

京溪污水處理廠地下處理構(gòu)筑物除單獨(dú)加蓋除臭外, 地下其余空間均考慮機(jī)械通風(fēng), 主要包括兩部分:

( 1) 地下空間通風(fēng): 地下空間排風(fēng)總風(fēng)量87 000 m3/ h, 采用活性炭吸附消毒除臭處理后排至高空排放塔內(nèi)高空排放。

( 2) 地下空間防排煙: 地下空間按建筑防火分區(qū)布置劃分防煙分區(qū), 排煙量按防煙分區(qū)每小時(shí)每平方米建筑面積60 m3計(jì)算, 而當(dāng)排煙設(shè)備負(fù)擔(dān)兩個(gè)或兩個(gè)以上防煙分區(qū)時(shí), 排煙量按排煙系統(tǒng)擔(dān)負(fù)排煙區(qū)域中最大防煙分區(qū)120 m3/ ( m2 . h) 計(jì)算, 補(bǔ)風(fēng)量按不小于排煙量50% 計(jì)算, 防排煙設(shè)備考慮10% 的漏風(fēng)量。

3.6 可靠、合理的消防系統(tǒng)

根據(jù)京溪污水處理廠區(qū)的火災(zāi)特點(diǎn)及可燃物性質(zhì), 整個(gè)廠區(qū)不同部位采取不同的消防系統(tǒng), 形成安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的消防系統(tǒng), 主要體現(xiàn)在以下幾方面:

( 1) 建筑防火分類和耐火等級(jí): 生產(chǎn)火災(zāi)危險(xiǎn)性分類為丁類, 建筑耐火等級(jí)地面為二級(jí), 地下空間為一級(jí)。

( 2) 地下空間設(shè)防火分區(qū)10 個(gè), 其中負(fù)一層防火分區(qū)7 個(gè), 負(fù)二層防火分區(qū)3 個(gè)。

( 3) 整個(gè)廠區(qū)按同一時(shí)間發(fā)生一處火災(zāi)考慮,沿廠區(qū)道路設(shè)有室外消火栓系統(tǒng), 綜合樓和地下空間設(shè)置室內(nèi)消火栓滅火系統(tǒng), 并在地下空間設(shè)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng), 所有建筑物均配備手提滅火器, 柴油發(fā)電機(jī)房設(shè)置全淹沒(méi)式氣體滅火系統(tǒng)。

( 4) 采用消防控制中心報(bào)警系統(tǒng), 對(duì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、火災(zāi)事故廣播、消防通信系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)、消防水泵等進(jìn)行集中管理、監(jiān)測(cè)和控制。

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

京溪污水處理廠工程項(xiàng)目總投資5. 96 億元, 其中工程費(fèi)用3. 27 億元, 單位總成本1. 705元/ m3, 單位經(jīng)營(yíng)成本0. 843 元/ m3, 廠區(qū)用地面積1. 7 hm2, 單位水量占地指標(biāo)為0. 17 m2/ ( m3/ d) 。

5 結(jié)語(yǔ)

京溪污水處理廠目前正在建設(shè)中, 采用先進(jìn)的MBR 污水處理工藝, 主要處理構(gòu)筑物采用地下式組團(tuán)布置形式, 建成后每年可截留大量的污染物, 預(yù)計(jì)污染物削減量可達(dá)到BOD 55 475 t/ a, COD 8 395t/ a, SS 7 665 t/ a, NH3 - N 912. 5 t/ a, TN 730 t/ a,TP 146 t/ a, 控制和削減了沙河涌上游及南湖流域排入珠江的水污染負(fù)荷, 改善了廣州珠江河段水環(huán)境質(zhì)量, 保護(hù)廣州市的飲用水源, 其環(huán)境、社會(huì)效益顯著。