400吨污水处理初步方案.docx
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400吨污水处理初步方案
水精灵® 系列
21m3/h生活污水
中水处理—MBR膜处理工艺
工
程
技
术
方
案
筑恒科技
BEIJINGZHUHENGSCICNCETECHNOLOGIESDEVELOPMENTCO.,LTD.
一、前言
1.水资源短缺和水污染严重
我国水资源不丰富，是世界13个贫水国之一，年均降水量只有630mm，低于全球陆地面积的降水量（880mm），平均水资源总量为2.81万亿m3，居世界第六位，但人均占有水量仅2251m3,是世界平均水平的四分之一，居世界149个国家的第110位。
由此可见，我国属于水资源短缺的国家。
全国666座城市中，有近400座缺水，缺水导致水费上涨，如威海市，城市居民现按2.0m3/月配额供水，超过部分按40元/m3收费。
因此，全国大部分城市居民用水水费上涨是必然的趋势。
一方面水资源严重短缺，另一方面水资源污染日益严重，1995年全国废水排放量达365.2亿m3，占世界污水排放总量的9%，造成全国700余条大河，近1/2遭受污染，其中70余条河水因污染严重而失去使用价值，50%的城市地下水已受到污染，可以说污染到了触目惊心、非治不可的程度。
随着城市工业化的迅猛发展，人口大量涌入城市，城市水资源变得日趋紧，地下水位下降，季节降雨量减少，工业和生活污水污染着我们赖以生存的水体环境，形势越来越严重，人们对节约用水的呼声越来越高。
国家有关部门已经先后出台了相应的法律法规，对规用水及节约水资源提供了强有力的法律保障，其中不但对工业用水加强了制约，同时对生活污水的治理也提出了更高的要求。
由此可见，在水资源严重紧缺的时代，节约用水是每一个单位、每一个公民应尽的法律义务；对于污水处理达标排放对保护我们赖以生存的环境具有深远的意义，因此建设污水处理设施具有明显的经济、环境、社会效益，完全符合时代发展的要求。
由此看来，污水水处理系统的建设已成定局，是法制化治理污水的必然结果，完全符合时代发展的要求。
2.概述
一般回用水原水主要由洗菜、洗浴、盥洗等所排放的污水组成。
该污水是一种低浓度污水，其中除含有有机的和无机的污染物，如各种洗涤剂、动植物油、毛发等污染物。
目前国应用在生活污水回用处理的工艺主要以生物处理为主（物化法因运行费用高使用较少），包括活性污泥法、生物膜法及其衍生的工艺，如A/O法、SBR法、CASS法、氧化沟法、接触氧化法等。
但由于以上诸多处理工艺因投资高、占地面积大、难以控制、稳定性差等缺点的存在，一度让投资商望而却步。
时代在呼唤新的技术克服传统工艺的缺点，筑恒科技以MBR膜生物污水处理技术，该技术具有投资小、运行成本低、节约占地、污泥少、易于管理等特点（详见MBR膜技术介绍），成为众多污水处理工艺中耀眼的明星。
本公司愿与各界一道致力于水处理行业，实践我们的诺言，为未来的水环境贡献自己的一份力量。
二、概况
该工程为生活污水处理，400吨/天，建筑物中水水源选择卫生间的盆浴和淋浴等的排水及盥洗排水，其中含化粪池水，设计生活废水回用量取最高日最高时为21吨/小时。
三、设计依据
1.甲方提供的有关设计参数；
2.《城市区域环境噪音标准》（GB3096-93）
3.《城市污水再生利用城市杂用水水质标准》（GB/T18920-2002）；
4.《建筑中水设计规》（GB50336-2002）；
5.《建筑给水排水设计规》（GB50015-2003）；
6.《室给水排水工程设计规》（GBJ15-88）；
7.《室外排水设计规》（GBJ14-91）；
8.《水处理设备制造技术条件》（JB2932-86）；
9.《低压电器电控箱》（GB4720-84）
10.《低压配电设计规》（GB50054-95）；
11.《建筑电气通用图集》（92DQ）；
12.《城市生活污水回用设计规》；
13.《鼓风曝气系统设计规》；
14.《建设项目环境保护设计规定》（87）国环字第002；
15.《MBR生化技术设计指南》
四、设计原则及指导思想
1）结合需方需求，设备为一体式地埋式中水回用设备；
2）遵照国家及环保部门有关法规要求，并结合工程实际情况；
3）总结国外污水治理的成功经验，确保污水处理工艺先进、合理、可靠；
4）采用自动化控制，简化操作管理程序，减轻工人劳动强度；
5）结合MBR膜技术在国工程方面的经验，降低工程造价、节约运行费用，减少占地面积。
6）根据业主的用地要求，处理系统不占用地面用地，采用地埋式处理，系统有效地同周围环境协调一致。
7）采用国知名机电产品，有效提高使用寿命，降低运行过程中的噪音污染。
8）考虑该污水处理站上方以后需停靠大型车辆时处理站上部顶板所能承受的重力。
五、设计围
1）本工程设计围为污水管进中水处理站集水池开始至变频泵出水口为止；
2）设计围包括中水处理站工艺、建筑、结构、电气、照明的设计；中水处理设备及以上全部容的施工等。
六、设计条件
1、设计处理水量：
处理水量为:
400吨/天；最高日最高时处理量为：
21吨/小时；
2、污水进水水质：
在对同类生活污水水质进行调研的基础上得到该处生活污水水质，综合污水水质为：
编号
污染物质
污水原水水质
单位
1
PH
6-9
2
SS
150-300
mg/l
3
CODCr
300-450
mg/l
4
BOD5
120-230
mg/l
5
NH3-N
≤50
mg/l
6
TP
≤4
mg/l
由上表可知该类污水属于可生化性污水。
3、参照《国家城市污水再生利用城市杂用水水质标准》（GB/T18920-2002）标准：
序号
项目
冲厕
道路清扫、消防
城市绿化
车辆冲洗
建筑施工
1
pH
6.0~9.0
2
色（度）
≤30
3
嗅
无不快感
4
浊度（NTU）≤
5
10
10
5
20
5
溶解性总固体（mg/L）≤
1500
1500
1000
1000
—
6
五日生化需氧量（BOD5）（mg/L）≤
10
15
20
10
15
7
氨氮（mg/L）≤
10
10
20
10
20
8
阴离子表面活性剂（mg/L）≤
1.0
1.0
1.0
0.5
1.0
9
铁（mg/L）≤
0.3
—
—
0.3
—
10
锰（mg/L）≤
0.1
—
—
0.1
—
11
溶解氧（mg/L）≥
1.0
12
总余氯（mg/L）
接触30min后≥1.0,管网末端≥0.2
13
总大肠菌群（个/L）≤
3
七、工艺选择
1、工艺比较
城市污水具有流量小、可生化性较好的特点，属于可生化降解的有机污水。
根据国外的实践经验，对该类污水的治理多以生物治理单元为主，能满足排放要求。
生物处理方法主要分为厌氧生物处理和好氧生物处理两大类型。
由于生活污水中的有机物浓度不是太高，且水温较低，不宜采用厌氧发酵的处理方法，主要应考虑选择合适的好氧处理工艺。
好氧生物处理有多种型式，例如传统活性污泥法、氧化沟法、接触氧化法、SBR法、CASS法、AB法、生物接触氧化法、浮动床生物膜法、曝气生物滤池（BAF）、悬挂链式曝气工艺、MBR膜法等。
●普通活性污泥法
是早期应用的污水处理工艺，该工艺处理效率虽高，但占地面积大、不耐冲击负荷、难以实行自动控制，近年来，已较少使用。
●生物接触氧化法
生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池两者之间的生物处理技术。
是具有活性污泥法特点的生物膜法，兼具两者的优点。
附着在填料上的生物膜是生物接触氧化处理系统的主体作用物质。
由于生物接触氧化法工艺中需要大量的软性或半软性填料，使运行维护困难，且投资增大。
较之普通活性污泥法，占地面积大大减小，耐冲击负荷能力明显提高，但其动力消耗大、处理效率较低。
●A/O法和A2/O法
在九十年代以后被广泛采用，其处理效果好、耐冲击负荷能力强，在城市污水和工业废水处理中均受青睐，但其基建规模大、投资高、工艺参数控制要求严格、需要较高的操作管理水平。
●AB法
即两段活性污泥法，主要适合进水负荷波动大或含有少量毒性物质的污水处理，其处理效率高、占地面积大、运行管理复杂，国污水处理中受资金和管理水平等因素的限制，很少采用该工艺。
●氧化沟法
是传统活性污泥法的重大改进工艺，它具有推流式和完全混合式曝气池的双重优点，采用低负荷、高泥龄的运行参数和特有的曝气设备——曝气转刷。
因此，氧化沟工艺具有处理效率高、耐冲击负荷能力强、运行稳定可靠、剩余污泥少、曝气系统大为简化、运行非常方便、可自动控制，但其能耗较大。
●曝气生物滤池
是综合普通活性污泥法和生物接触氧化法的优点开发研制的一种新工艺，该工艺具有过滤、吸附和生物降解的多重净化作用，占地面积省，处理效率高，操作简单等优点，但该工艺需大量特制填料，造价高，需同时满足水力负荷和有机负荷的要求。
●浮动床生物膜工艺
是近年来污水处理技术研究的重要方向之一，它采用比重接近于水的填料加入曝气池中，曝气时填料能悬浮于水中并在全池均匀流化，使生物膜、废水、溶解的氧气三相充分接触，提高有机物降解速率。
该工艺无须污泥回流，运行费用低，操作管理方便，耐冲击负荷能力强，处理效率高，是一种很有潜力的水处理工艺。
但目前悬浮填料的市场价格仍较高，使该工艺的应用受到限制。
●悬挂链式曝气工艺
是一种全新概念的曝气技术，可以在一体化构筑物中实现污水处理，减少工程费用和运行费用，污泥产量少，可以去除氨氮、磷等污染物。
适用于大型城市污水处理、化工、化纤、酿造、造纸、印染、纺织、皮革、制糖、啤酒等有机污水的处理。
●SBR工艺（即间歇式活性污泥法）
是近年来从国外引进的先进工艺，它具有间歇进水、处理效率高、抗冲击负荷高、占地面积小、自动化程度高、兼具脱氮除磷功能、剩余污泥少等优点，特别适用于间歇进水的工业，在国外污水处理中已被广泛采用。
SBR是现行的活性污泥法的一个变型，采用间歇进水的方式，其反应机制以及污染物的去除机制和传统活性污泥法基本相同，仅运行操作不一样。
其区别在于原污水不是顺次流经各个处理单元，而是放流到单一反应池，按时间顺序实现不同目的的操作。
在一个周期，所有过程都在一个设有曝气或搅拌装置的反应槽依次进行，这种操作周期周而复始反复进行达到不断进行污水处理的目的。
与传统活性污泥相比具有如下优点：
（1）装置构成SBR是在同一个反应池基本上完成所有的反应操作过程，而传统污泥法中，在小规模的污水处理中还需设置沉淀池，同时由于污泥与污水的回流、循环需要，还需增加水泵等装置。
（2）反应效率（装置容量）进水时间在处理周期中占的越短，越利于成为理想的推流式反应池，因此，为获得同样的处理效率，SBR法与完全混合型的传统活性污泥法相比其反应池理论容积较小，且不论规模大小，对于SBR实现推流式的反应模式是十分容易的。
（3）负荷与处理水质标准的变动废水处理装置，在开始投入使用时往往不能达到规划水量。
开始投产时流量小，水质浓度低的情况较为普遍。
工业废水根据工厂生产状态不同，其水量与水质的变化幅度往往很大。
在负荷长时间变化的条件下，传统活性污泥法因为装置尺寸一定，除了减少运行系列外，别无它法。
而SBR法能轻易的改变反应时间、沉淀时间以及一个处理周期的时间，相当于改变装置规模，因此SBR法能很好的适应负荷变动。
（4）经济性SBR法处理装置的构成单纯，反应池、水泵、配管的数目少，反应池的容积也比传统活性污泥法小。
因此反应池等的建设费用和水泵、配管检修的维护费都小。
（5）处理水的可靠性SBR法是将处理水间歇集中排放。
因此，在排放之前可以对全部排放水进行水质检测。
当得知水质不合格的时候，可以停止排放。
如反应时间有富余，也可延长反应时间一直到满足排放标准为止，确认水质合格之后再行排放。
●MBR法
MBR工艺一般由膜分离组件和生物反应器二部分组成。
根据膜组件的设置位置不同，分为分置式和一体式二大类。
最先出现的是分置式MBR，生物反应器的混合液经工艺泵增压后进入膜组件，在压力作用下混合液中的水透过膜成为处理水，其余物质被膜截留并随浓缩液回流到反应器。
总体上讲，分置式MBR具有运行稳定可靠、易于操作管理、膜的清洗更换和增设容易等优点。
一体式MBR工艺是将膜组件直接安置在生物反应器中，通过工艺泵的负压抽吸作用得到膜过滤出水。
由于膜浸没在反应器的混合液中，因此也称为浸没式或淹没式MBR。
同分置式相比，一体式MBR具有工艺简单和运行费用低的优点，但一体式MBR在运行稳定性、操作管理和膜的清洗更换方面不及分置式。
在生物反应器放置0.02微米的微/超滤膜，可过滤截留全部胶体污染物质与细菌、大部分病毒，并通过活性污泥消化分解污染物质，膜产水优质稳定，只需较少的消毒剂用量就能消灭剩余的病毒：
如排入城市污水处理厂也将显著减轻残余消毒剂对生物处理系统的破坏作用。
优越的处理性能使MBR在工程应用中取得了相当大的成绩,但要在应用中进一步提高竞争力和扩大市场份额,仍面临着诸多挑战,主要体现在以下几方面:
① 提升膜材料和膜组件。
进一步开发寿命长、强度好、抗污染、价格低的膜材料,对膜组件的研究应朝着处理能力大、能耗低的方向发展。
② 膜污染及其控制策略。
利用分子生物学、显微可视化方法等深入研究膜污染机理,探索更为有效、简便的方法以控制和减缓膜污染的发生与发展。
③ MBR的经济性。
与传统工艺相比,MBR费用仍偏高,需进一步降低其能耗以增强MBR的竞争力,因此需加强对MBR经济性的研究（如能耗、清洗费用、劳动力成本等）。
④ MBR处理规模和应用领域。
扩大MBR的处理规模和应用领域,尤其是对高浓度污水和难降解废水的处理,解决MBR用于大规模工程项目中出现的新问题。
⑤ 膜组件的更换与标准化。
除新建项目外,已有MBR污水处理项目中膜组件的更换,将进一步拉动MBR市场的发展。
以每年的市场增长率为10%（新建项目）、膜组件的平均使用寿命为5年计,膜组件的更换最终将占到每年膜销售量的40%。
为进一步降低膜的成本费用,提高MBR工艺的经济性和竞争力,有必要对MBR的膜组件进行标准化设计。
MBR膜技术的特点：
◆活性污泥浓度高，强化有机物去除效果；
◆有效截流个体小，生长缓慢的硝化菌，氨氮去除率高；
◆对微生物和各种致病菌具有高效的截留作用；
◆出水洁净，悬浮物和浊度接近于0，可直接回用；
◆排泥周期长，污泥产率低，减少了污泥处理费用；
◆省去二沉池，节约占地；与传统的处理工艺相比，可节约50%占地面积；
◆就地处理就地回用，节省了大量的管岗敷设费用；
◆装配式膜架设计方便灵活，膜组件的拆装与维护非常方便；
◆能耗低、清洗简单、运行费用低。
◆施工简单，管理方便，基本可实现无人管理。
◆投资省，运行费用特低，自动化程度高。
八、方案比较
几种污水处理方法的比较见下表所示。
（按处理量1000m3/d计）
方案
优点
缺点
运行费用比较
S
B
R
工
艺
1.处理流程简单，构筑物少，可不设初沉池、二沉池、剩余及回流污泥泵房
2.连续进水，相对传统法可减少池容
3.设备数量少
4.停留时间长，污泥较稳定
5.布置紧凑，占地较少
1.沉淀期进水在主反应区底部造成水力紊动，影响泥水分离时间
2.要求自控程度较高
3.周期运行，设备闲置率高
4.需要较高技术水平管理人员
5.初投资、运行费用高
1.单位运行费用1.2元/m3
2.占地面积800m2
A/O
工
艺
1.功能划分清晰，便于操作管理
2.设有初沉池，可去除大部分SS，减少了后续处理构筑物的负担
3.曝气池较深，充氧效率高，成本低
4.前置缺氧区，宜于改造，以适用除磷脱氮的要求
5.设备利用率高
6.自控程度要求不高
1.工艺流程复杂，建构筑物多
2.污泥龄较短，污泥未稳定，处理过程臭味大
3.污泥产量较大，处理工艺复杂，易产生二次污染
1.单位运行费用0.8元/m3
2.占地面积900m2
接
触
氧
化
工
艺
1.处理系统易于操作
2.曝气系统的氧利用率高
3.多级接触池配置灵活，有效保证处理效果
4.沉淀池可去除大部分悬浮物，减小过滤系统的处理负荷
1.填料易堵，处理效果不稳定
2.系统污泥易产生二次污染
1.单位运行费用0.6元/m3
2.占地面积700-800m2
M
B
R
膜
工
艺
1.工艺先进，管理方便
2.挂膜容易，脱落快
3.无需活性污泥培菌，它可自行挂膜，对微生物生长快，故启动时间短
4.占地面积小（无沉淀池及污泥处理系统），设备少，投资省，运行费用特低，自动化程度高
5.使用寿命达几十年之久
6.适用于有机废水，污水处理装置产生污泥量少，不但简化了处理流程，同时又将污泥的二次污染，减少到了最小程度
1.地埋式处理结构，施工周期长
2.填料重量大，安装时工作量大
1.单位运行费用0.5元/m3
2.占地面积500m2
九、工艺确定
9.1工艺流程
1）工艺流程方框图
污水
9.2MBR生物膜工艺
膜生物反应器（MBR）是高效膜分离技术与活性污泥法相结合的新型污水处理技术，可用于有机物含量较高的市政或工业废水处理。
虽然有氧MBR过程的技术应用可以追溯到20世纪70年代，但是它在污水处理领域的大规模商业应用也是在过去的10年间刚刚开始的。
利用膜组件进行的固液分离过程取代了传统的沉降过程，能有效的去除固体悬浮颗粒和有机颗粒，制备无菌水。
与传统工艺相比，MBR可以使活性污泥具有较高的MLSS值，延长其在反应器中的停留时间，提高氮的去除率和有机物的降解。
MBR是现代化的、高效的水处理系统，可满足市政污水处理量不断增长的需求，极提高污水处理后的水质。
MOTIMO的MBR系统是一种操作简单，自动化程度高的处理过程，具有以下优点：
⑴与传统处理系统相比，可节省50%的土地使用面积；
⑵可处理MLSS含量高（＜10g/L）的污水，具有较长的淤泥截留时间（≮60天）；
⑶对不同的进水，有优质、稳定的产水水质；
⑷污泥产量低，减少了处理的费用；
⑸能耗低，清洗简单，运行费用低；
9.3MBR过程描述
MBR是一种将活性污泥法和一体化浸没式膜分离系统相结合的新型污水处理技术。
这一过程可广泛应用于市政和工业污水处理领域，包括水资源回用，社区发展，公园景点水资源回用等。
作为一种新兴的污水处理技术，MBR已经被广泛的应用于世界各地的污水处理厂。
此外，MBR的使用量还在平稳的上升，其规模也在不断扩大。
一些处理规模在5,000到10,000m3/d的装置已经平稳运行了数年，同时，新一代的MBR装置的处理规模已达到45,000m3/d。
MBR过程实际上是一套污泥悬浮生长的活性污泥处理系统，采用微孔膜用于固液分离，从而取代了传统的二沉池工艺。
这样，固液分离过程只需要很小的占地面积即可实现。
通常的MBR处理流程如下所示。
图1-1MBR污水处理工艺流程图
如图1-1所示的是典型的MBR结构，它包括位于反应器有氧区的浸没式膜组件、厌氧区和部的流体搅拌装置。
如何使厌氧区具有生物除磷功能也是最近的一个研究热点。
膜过滤系统对来自反应器中的水进行连续过滤，而再循环过程中，活性污泥的液体混合物仍然留在反应器中，这样就不需要单独设置一个专用的二沉池。
此外，由于过滤系统安装在反应器部，因此，也不需要设置专门的过滤系统，从而减小了占地面积。
为了保证氮的去除率，在厌氧区还添加了一个反硝化装置。
在重力的作用下，流体在MBR中连续流动，如果流量的峰值超过了平均流量的两倍，那么就必须在生物处理装置前安装一个调节池。
图1-2典型MBR系统
典型MBR系统的流程可以描述如下。
污水经预过滤后流入调节池，在这里进水的水质和流量可以得到调节。
被格删拦截的杂质需要定期清理。
接下来，调节池中的污水被泵输送至MBR系统，并与活性污泥进行充分的接触。
污水中的有机物被微生物降解，而其它不能被降解的杂质则被MBR系统中的膜组件分离。
进一步处理之后，被处理水可以达标排放或回用。
此外，输送到MBR系统中的空气也是处理过程中非常重要的一部分，它可以促进反应器中流体的循环流动，提高活性污泥的降解效率，还可以使中空纤维之间发生相互摩擦，清洁膜组件。
1.4膜组件描述
MBR系统使用中空纤维膜进行固液分离。
MOTIMO公司制造的FP系列浸入式中空纤维膜是专门为膜生物反应器（MBR）配套而研制和开发的膜组件。
它具有较高的过滤效率，能够有效的将细菌、悬浮颗粒及杂质移除，从而获得优质的过滤水。
此外，由于单片膜组件过滤面积大，所以膜的安装占用体积小，减小了反应器的体积和占地面积。
MOTIMO的FP系列膜组件采用PVDF作为膜材料，这种材料具有非常稳定的化学稳定性和高抗污染性，因此是膜行业公认的最佳膜材质，制备的中空纤维微滤膜具有高抗污染和耐酸耐碱和耐氧化性能，非常适用于MBR系统。
MOTIMO公司生产的FP系列膜组件规格和性能如下。
表1-1FP系列膜组件规格和性能
规格
型号
FP20-0.1-1.2F1.5
过滤方式
外压式中空纤维微滤膜
材质
PVDF
膜特性
亲水非对称膜
中空纤维径
0.7mm
中空纤维外径
1.2mm
粘接材料
Epoxyresin环氧树脂
接口材料
ABS
膜面积
20m2
（axbxc）外部尺寸
534x450x1510
Poresize孔径
0.2μm
保证使用时间
3～5年（符合膜要求使用条件）
跨膜压差
0.01～0.08MPa
温度围
5-45︒C
酸碱度围
pH2-10
典型性能
Rawwater原水
Permeate透过水
浊度
>400NTU
≤1NTU
悬浮固体
>400mg/L
≤1mg/L
细菌总量
>3百万pcs/L
检测不出
透过水流量
Approx.12±3L/h.m2
气水比
15:
1-25:
1
操作压力
0.01-0.08MPa
反冲洗化学试剂
次氯酸钠液（有效氯≤1000mg/L）
反冲洗水量
设计产水通量的1.5～2倍
反冲洗时间
20～120s
化学清洗频率
1～12month
十、工艺参数确定
10.1计算条件
设计原水水量400m3/d,小时处理量约为21m3/h，每天的系统运行时间为21小时，MBR系统的工作模式为开8停2，也就是系统产水运行8分钟后，停止产水，进行空曝气，在空曝气的2分钟，如果膜组件需要清洗，对膜组件进行清洗。
设计的膜组件的产水通量为15L/m2h。
膜组件自带曝气系统曝气时设定气水比为15：
1。
2.2膜曝气量计算
⑴膜组件吹扫部分：
组件单元的下部设置吹扫气管，对膜组件的表面进行曝气吹扫，以去除附着在膜表面的污泥等污染物，减轻膜丝污染，保证膜的通量。
吹扫曝气量与产水量比设定为15：
1，则消耗气量为：
21m3/h×15=315m3/h=5.25m3/min
2.3用膜数量的计算
21m3/h×1000÷15L/m2.h=1400m2
选择20m2./片的组件，需要膜组件：
1400m2÷20m2=70片。
2.4膜单元计算
设计每套膜单元装配膜组件为35片，系统膜单元的数量为：
70片
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