納米陶瓷膜在裝配式污水處理廠的應(yīng)用實(shí)例簡(jiǎn)述

羅俊暉，陳 杏，李 翔

（1.廣東省廣新控股集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510308；2.清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院，廣東 深圳 518055；3.廣東省廣業(yè)裝備科學(xué)技術(shù)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(guī)模為2×104m3/d，處理工藝采取“AAO+納米陶瓷膜”，出水執(zhí)行國(guó)家《地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）準(zhǔn)Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，目前已經(jīng)滿負(fù)荷運(yùn)行1年，出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

1 概述

近幾年，無(wú)機(jī)陶瓷膜已經(jīng)在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用[1]。陶瓷膜是將無(wú)機(jī)陶瓷材料Al2O3、TiO2、ZrO2等物質(zhì)與添加劑均勻混合，經(jīng)過成型和高溫煅燒而成[2]，具有機(jī)械強(qiáng)度高、運(yùn)行通量高、耐污染、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)[3]，并且使用成本更低，因此逐漸在污水處理的膜反應(yīng)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并且效果良好。

陶瓷膜組件在長(zhǎng)期運(yùn)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(dǎo)致產(chǎn)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(zhì)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(zhǎng)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(duì)性的去除污染物。陶瓷膜在16～40 L/（m2·h）的通量下運(yùn)行時(shí)，其壓差平均上升速率為1 kPa/d，可通過定期在線維護(hù)清洗恢復(fù)[4]。

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 工藝流程

本工程采用“AAO+納米陶瓷膜”工藝路線，預(yù)處理系統(tǒng)采取“細(xì)格柵+沉砂池+精細(xì)格柵”，后續(xù)工藝采取“紫外消毒”。具體工藝流程簡(jiǎn)圖見如圖1。

圖1 工藝流程圖

2.1.1 預(yù)處理系統(tǒng)

污水通過市政管網(wǎng)進(jìn)入一體化泵站，經(jīng)過提升后進(jìn)入后續(xù)細(xì)格柵池，然后流入旋流沉砂池、精細(xì)格柵池。細(xì)格柵池中的污水經(jīng)過篩網(wǎng)去除污水中較細(xì)的雜物；旋流沉砂池通過機(jī)械攪拌產(chǎn)生的水力渦流，使泥砂和有機(jī)物得到分離，從而達(dá)到除砂的目的；精細(xì)格柵內(nèi)，污水經(jīng)過網(wǎng)板過濾，去除細(xì)小毛發(fā)和纖維物質(zhì)，精細(xì)格柵確保在最大程度上清理污物，減少后續(xù)對(duì)膜組件的損傷。

2.1.2 生物處理

精細(xì)格柵出水進(jìn)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(gòu)成。進(jìn)水和回流液在此得到均勻混合。由于混合液呈現(xiàn)缺氧狀態(tài)，并發(fā)生反硝化反應(yīng)，去除了污水中的大部分氮。污水經(jīng)過生化處理后進(jìn)入膜池，采用曝氣和抽濾雙重功能的陶瓷膜生物反應(yīng)器進(jìn)行固液分離[5]，從而進(jìn)一步提高了出水水質(zhì)。

2.1.3 消毒處理

AAO一體化水池出水進(jìn)入清水池，清水池出水可供精細(xì)格柵反洗和膜池反沖洗。出水流至紫外消毒池，使細(xì)菌及微生物得以去除，最終達(dá)標(biāo)排放。

2.1.4 污泥處理

剩余污泥由污泥泵泵至脫水機(jī)房，經(jīng)過帶式濃縮機(jī)脫水，干濾餅的干固含量可達(dá)到20%以上，脫水后的污泥最終外運(yùn)至有資質(zhì)的公司進(jìn)行綜合利用。

2.2 工藝設(shè)計(jì)

本工程擴(kuò)容設(shè)計(jì)規(guī)模為2×104m3/d，設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)詳見表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)水、出水水質(zhì) 單位：mg/L

2.2.1 進(jìn)水泵站

進(jìn)水泵站采用一體化提升泵站，對(duì)市政管網(wǎng)來(lái)水經(jīng)提升后進(jìn)入細(xì)格柵渠。

主要設(shè)備：一體化泵站（直徑4.20 m，深度9.60 m），污水提升泵（3臺(tái)，流量Q=741 m3/h，揚(yáng)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(xì)格柵、旋流沉砂池及精細(xì)格柵

細(xì)格柵、旋流沉砂池及精細(xì)格柵合建，1座，采用鋼結(jié)構(gòu)，用于進(jìn)一步去除污水中較小的懸浮物。

細(xì)格柵，渠深2.50 m，渠寬1.20 m。

主要設(shè)備：內(nèi)進(jìn)流式網(wǎng)板細(xì)格柵（2臺(tái)，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(tái)，1用1備）。

旋流沉砂池，設(shè)計(jì)流量Q=1 080 m3/h，內(nèi)徑3.05 m，池深3.50 m。

主要設(shè)備：旋流沉砂器（2臺(tái)，功率N=1.1 kW，1用1備），羅茨鼓風(fēng)機(jī)（2臺(tái)，單臺(tái)風(fēng)量Q=2.0 m3/min，功率N=2.2 kW，風(fēng)壓P=39.20 kPa，1用1備），砂水分離器（1臺(tái)，處理量5～12 L/s，功率N=0.37 kW）

精細(xì)格柵，渠深2.50 m，渠寬1.20 m。

主要設(shè)備：內(nèi)進(jìn)流式網(wǎng)板精細(xì)格柵（2臺(tái)，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(gòu)筑物，1座，采用鋼結(jié)構(gòu)，直徑40 m，有效水深6 m。池體外圈分為厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)；池體內(nèi)圈為配水區(qū)、膜池和污泥回流區(qū)，其中膜池分為4個(gè)相互獨(dú)立的納米陶瓷膜區(qū)。缺氧區(qū)總停留時(shí)間HRT=2.30 h，好氧區(qū)總停留時(shí)間HRT=6.10 h，好氧區(qū)污泥負(fù)荷0.137 kgBOD5/kgMLSS.d，污泥濃度7 000 mg/L，混合液回流比200%。

主要設(shè)備：潛水?dāng)嚢铏C(jī)（4臺(tái)，葉輪直徑1.80 m，轉(zhuǎn)速rpm=40 r/min，功率N=2.2 kW），混合液回流泵（3臺(tái)，流量Q=1 667 m3/h，揚(yáng)程H=1.0 m，功率N=7.5 kW，2用1備），剩余污泥泵（2臺(tái)，流量Q=50 m3/h，揚(yáng)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(guī)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(shù)見表2。單組膜片數(shù)為400片/組，單組膜面積為200 m2/組，單組腔內(nèi)容積為400 L/組。

表2 納米陶瓷平板膜參數(shù)

2.2.4 清水池、紫外消毒池、巴歇爾計(jì)量槽

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)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(shè)備：回用水泵（2臺(tái)，流量Q=30 m3/h，揚(yáng)程H=80 m，功率N=7.5 kW，1用1備），精細(xì)格柵反洗水泵（2臺(tái)，流量Q=25 m3/h，揚(yáng)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(jì)量槽（標(biāo)準(zhǔn)7號(hào)型，喉管寬度0.30 m，流量范圍3.50 L/s～400 L/s）。

2.2.5 設(shè)備間

盡管我們確認(rèn)NAFLD是一個(gè)新發(fā)現(xiàn)的結(jié)石病的危險(xiǎn)因素，但NAFLD導(dǎo)致腎結(jié)石的機(jī)制仍未完全闡明。目前普遍認(rèn)為NAFLD和腎結(jié)石的共同危險(xiǎn)因素如肥胖、脂質(zhì)沉積、胰島素抵抗、氧化應(yīng)激反應(yīng)等可能是導(dǎo)致二者相關(guān)的主要因素。

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物，1座。

主要設(shè)備：好氧池空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)（2臺(tái)，風(fēng)量Q=48 Nm3/min，功率N=75 kW，風(fēng)壓75 kPa，1用1備），膜池吹掃空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)（3臺(tái)，風(fēng)量Q=95.8 Nm3/min，功率N=132 kW，風(fēng)壓65 kPa，2用1備），碳源、PAC、次氯酸鈉加藥裝置（含15 t儲(chǔ)罐和加藥泵各1套），膜反洗泵（2臺(tái)，流量Q=538 m3/h，揚(yáng)程H=16 m，功率N=45 kW，1用1備）。

2.2.6 污泥脫水機(jī)房

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物，1座。

主要設(shè)備：帶式污泥濃縮脫水一體化機(jī)（1臺(tái)，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(jìn)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(shè)備于2022年7月建設(shè)運(yùn)行以來(lái)，隨著市政管網(wǎng)的逐步完善，進(jìn)水指標(biāo)趨于穩(wěn)定，運(yùn)行階段平均進(jìn)出水水質(zhì)數(shù)據(jù)見表3。

表3 2022年7月-2023年1月平均進(jìn)出水水質(zhì)表 單位：mg/L

4 結(jié)語(yǔ)

本次工程案例主要針對(duì)裝配式“AAO+納米陶瓷膜”組合工藝在污水處理領(lǐng)域的創(chuàng)新研發(fā)和工程示范來(lái)開展，重點(diǎn)探究基于該工藝的裝備式凈水廠的運(yùn)行狀況和處理效果。該項(xiàng)目處理規(guī)模為2×104m3/d，出水穩(wěn)定達(dá)到《地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)準(zhǔn)Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行結(jié)果如下：

（1）本項(xiàng)目占地僅4 800 m2，與國(guó)內(nèi)同類工程相比節(jié)省用地50%以上。

（2）本項(xiàng)目總投資約4 000萬(wàn)元，平均運(yùn)行費(fèi)用0.79元/噸，與國(guó)內(nèi)同類工程相比較為節(jié)省。

（3）在實(shí)際運(yùn)行過程中，陶瓷膜通量達(dá)30 L/（m2·h）以上時(shí)，出水仍然保持穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

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(yùn)行穩(wěn)定，是一種新型集成工藝[6]，本工程采用裝配式鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)，從動(dòng)工到通水僅用了3個(gè)月，大大縮短了污水處理設(shè)施的建設(shè)時(shí)間，具有較好的示范作用。