膜工艺一体化设备在乡镇污水治理中的应用

徐 杰，张树俊，徐志华

(1 南京市市政设计研究院有限责任公司，江苏 南京 210000；2 北京久安建设投资集团有限公司，北京 100000)

“十三五”期间，乡镇污水治理在各省市全面展开，在乡镇污水治理设施建设过程中，普遍存在：(1)设施总体规模较小，配套管网建设不完善，近、远期规模差距大；(2)可用建设用地较小，要求建设周期短，(3)进水量波动性大，污染物浓度偏低，(4)污泥处理能力不足等特点。针对上述特点，选择改扩建灵活性高、建设周期短、占地集约、运行稳定的污水处理工艺具有十分重要的意义。

膜工艺将膜分离和生化处理技术有机结合，采用膜分离代替传统活性污泥法中的二沉池，将生物反应器中的水力停留时间和污泥龄完全分离；具有处理负荷高、抗冲击能力强、占地小、产泥量小、处理效果好等特点。以膜工艺为主体的一体化设备，将生化反应单元和膜分离单元集成于一体，还具有模块化程度高[1]、实施工期短、灵活性好等特点；可广泛运用于乡镇污水治理[2]。

以湖北省某市为例，介绍膜工艺为主体一体化设备[3，4]在乡镇污水治理中的建设及运行概况，为其在污水治理中的应用提供实际参考案例。

1 项目概况

湖北省某市乡镇污水处理厂建设PPP项目，采用PPP模式；为国内首批采用PPP模式建设运营的乡镇污水治理项目。项目共涉及14个乡镇14座乡镇污水处理厂，总规模为9700 m3/d，单座规模在300～1500 m3/d之间。

项目于2016年动工，先行于《湖北省乡镇生活污水治理指南》(2017)，于2018年建成投产。

2 设计水质

项目中乡镇污水处理厂设计进水参照项目同地区、同类型污水水质，出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A排放标准。具体水质如表1所示。

表1 设计进、出水水质

3 工艺流程及设计

3.1 工艺流程

结合上文所述乡镇污水治理的特点，项目选用以膜工艺为主体的处理工艺流程，其中生化处理及膜分离单元采用一体化成套设备，具体流程如图1所示。

图1 工艺流程图

项目采用“一体化提升泵站+地上式调节池”代替“传统进水提升泵房+调节池”，降低了土建施工难度，缩短了工期，节省了运营电费。

膜工艺一体化处理设备包含膜格栅单元、缺氧区、(好氧+MBR)区、自动加药、回流及出水设备控制区。

3.2 主体工艺设计

以规模为1500 m3/d的乡镇污水处理厂为例，分别介绍工艺高程、平面布置及及主要工艺单体设计。

(1)水力高程设计

水力高程设计以受纳水体水位和厂坪洪水位为依据，满足尾水排放和防洪要求的基础上，坚持降低能耗、土方平衡的原则。整个工艺水力高程经一次提升后，污水重力流经过各处理单元后重力排至受纳水体。水力高程如图2所示。

图2 工艺水力高程图

(2)总平面布置

总平面布置遵循功能分区明确、流程顺畅、布局紧凑等基本原则，同时满足建筑消防、绿化等规范要求。

整个厂区仅布置有：建筑物1座(辅助用房)，构筑物1座(细格栅、沉砂池及调节池)，成套设备4座(一体化提升泵站、膜工艺一体化处理设备)。具体平面布置如图3所示。

图3 厂区平面布置图

(3)各处理单元设计参数如下：

①一体化提升泵站

土建及设备规模1500 m3/d，变化系数取1.9，采用一体化玻璃钢结构；配置粉碎格栅、潜污泵(2用1备)、液位控制等设备。

②细格栅、平流沉砂池及调节池

组合池型，土建及设备规模1500 m3/d，变化系数取1.9，地上钢筋混凝土结构。细格栅栅隙3 mm，平流沉砂池停留时间40 s，调节池水力停留时间12 h；配置压榨机、砂水分离器、潜水搅拌器、液位控制等设备。

③膜工艺一体化处理设备

成套设备，3套，单套处理规模500 m3/d；含AO+MBR处理单元，采用浸没式中空纤维膜126片，膜面积总计1260 m2，集成产水泵、反洗泵、回流泵、曝气风机、搅拌设备等。

④管式紫外消毒

成套设备，1套，置于组合池下方；有效生物验证剂量大于22 MJ/cm2。

4 实际运行效果分析

自2018年建成，目前14座乡镇污水处理厂均已正常运行2年有余；取2019年10月01日-2020年10月01日时间段各污染物指标均值，对14座污水厂(编号A～N)实际运行效果进行分析。

4.1 对COD指标去除效果分析

由图4可以看出，2019年10月-2020年10月期间14座污水厂(编号A～N)进水COD均值在100～170 mg/L之间，各厂进水水质相似，主要为生活污水；去除率在80%～92%之间。14座污水厂全年出水COD均值均小于30 mg/L，出水优于一级A标准，可达地表Ⅳ类水标准；膜工艺一体化处理设备可有效保证乡镇生活污水处理COD稳定达标。

图4 对COD指标去除效果

4.2 对BOD5指标去除效果分析

由图5可以看出，2019年10月-2020年10月期间14座污水厂(编号A～N)进水BOD5均值在50～75 mg/L之间，各厂进水BOD5相对偏低，14座污水厂全年出水BOD5均值均小于10 mg/L，出水满足一级A标准。去除率在85%～95%之间；膜工艺一体化处理设备可有效保证乡镇生活污水处理BOD5稳定达标。

图5 对BOD5指标去除效果

4.3 对NH3-N指标去除效果分析

由图6可以看出，2019年10月-2020年10月全年期间14座污水厂(编号A～N)进水NH3-N均值在20～30 mg/L之间，出水NH3-N均值均小于1 mg/L，出水满足一级A标准，可达地表Ⅳ类水标准。去除率在90%～96%之间；膜工艺一体化处理设备可有效保证乡镇生活污水处理NH3-N稳定达标。

图6 对NH3-N指标去除效果

4.4 对TN指标去除效果分析

由图7可以看出，2019年10月-2020年10月全年期间14座污水厂(编号A～N)进水TN均值在20～35 mg/L之间，出水TN均值均小于15 mg/L，出水满足一级A标准。去除率在58%～79%之间；膜工艺一体化处理设备可有效保证乡镇生活污水处理TN稳定达标。

图7 对TN指标去除效果

4.5 对TP指标去除效果分析

由图8可以看出，2019年10月-2020年10月全年期间14座污水厂(编号A～N)进水TP均值在2.0～3.5 mg/L之间，出水TP均值均小于0.5 mg/L，出水满足一级A标准。去除率在85%～97%之间；膜工艺一体化处理设备可有效保证乡镇生活污水处理TP稳定达标。

图8 对TP指标去除效果

4.6 对SS指标去除效果分析

由图9可以看出，2019年10月-2020年10月全年期间14座污水厂(编号A～N)进水SS均值在100～150 mg/L之间，出水SS均值均小于8 mg/L，出水满足一级A标准。去除率在92%～96%之间；膜工艺一体化处理设备可有效保证乡镇生活污水处理SS稳定达标。

图9 对SS指标去除效果

4.7 处理效果总结

根据上述分析，2019年10月-2020年10月全年14座污水厂，CODCr、BOD5、NH3-N、TN、TP及SS指标均能稳定满足一级A排放要求。部分乡镇COD及NH3-N指标可达地表Ⅳ类水标准。

5 运维管理特点

(1)管理及定员

乡镇污水治理通常涉及面广，设施分散，不宜按照常规城镇污水处理厂配置标准设置管理机构及定员[5]。

以一体化处理设备为主体的乡镇污水处理厂具有处理设施数量少、集成度高、自动化程度高的特点；可采用“固定+流动”相结合的运维机构及人员配置模式。

项目14座乡镇污水厂固定配置1人负责厂区日常巡检，另配置1个固定运维中心班组和2个流动巡检班组，固定运维中心班组定员3人，2个流动巡检班组各定员3人。目前，人员成本每年约96万元，折合吨水人员成本约0.3元。

(2)药剂储存及投加

项目14座乡镇污水厂日常投加药剂包括混凝剂(硫酸亚铁)及碳源(乙酸钠)，每座污水厂单独设置储存及投加装置，原液集中采购。

膜清洗药剂主要采用草酸及次氯酸钠，定期采用集中式离线清洗。

(3)污泥处理及处置

乡镇污水处理厂以膜工艺的一体化设备为主体，污泥量较少，未设置单独污泥处理单元。14座污水处理厂污泥采用厂内储泥罐储存，定期采用移动式槽罐车转运至附近城市污水处理厂集中处理。

6 结 论

(1)以膜工艺为主体的处理工艺应用于乡镇生活污水治理，可稳定保证处理出水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A排放标准。以湖北省某市14座乡镇污水厂为例，部分出水指标可达地表Ⅳ类水标准。

(2)一体化膜处理设备为主体的乡镇污水处理工艺流程短，占地省、土建施工难度，工期短；可广泛运用于乡镇污水治理。

(3)乡镇污水治理设施分散，因地制宜制定运维管理模式，可提高运维效率，降低成本。