MBR工藝應用污水處理廠的設計特點

近年來，在廣州、青島、昆明、深圳等地建設了十余座全地下式污水處理廠，因其占地面積小、二次污染少、可以與周邊環境相協調等優勢，已經逐步成為城市污水處理工程新的熱點和發展方向。
目前，在建和已建的全地下污水處理廠中，絕大部分采用MBＲ工藝，MBＲ工藝因其具有較高的污泥濃度、較小的占地面積，在全地下污水處理廠中具有一定的優勢。筆者針對MBＲ工藝在全地下污水處理廠與地上式污水廠設計中的不同，總結其膜組器的選擇、管廊布局、回流方式、膜清洗系統以及起吊設計的特點和要點，為今后全地下污水處理廠設計提供參考和經驗。
1 MBＲ膜組器的選擇
全地下污水處理廠與地上污水處理廠在MBＲ膜組器的選型和設計上是不同的(見表1)。

表1 地上式與地下式膜組器對比
1.膜通量的選擇。地上式污水處理廠水溫波動較大，尤其我國大多數北方城市冬季水溫較低，膜通量隨之下降，因此在膜通量的設計中應考慮溫度因素，膜通量宜為16～20L/(m2·h)。而地下式污水處理廠由于深處地下，水廠全部由箱體包裹，水溫基本恒定，設計時膜通量可略高于地上式污水處理廠，取18～25L/(m2·h)。
2.膜組器的設計。在進行地上式污水處理廠
膜組器設計時，首先考慮的因素為膜的均勻性，盡量使膜組器內部每一片膜元件的產水量以及污染情況一致。而地下式污水處理廠在膜組器的設計上除考慮上述因素外，還需注意減小膜組器外形尺寸。
特別需要注意的是，在設計過程中，全地下污水處理廠箱體的結構柱距一般為7～8m，也就是說在兩個柱距之間盡可能放下更多的膜組器，通常地上污水廠膜組器選型寬度為3．6m，若在兩個柱子之間安置兩列膜組器，即3．6m×2=7．2m，加上管廊的寬度為1．4～1．5m，往往大于8m柱距。因此，在設計過程中，膜組器的設計寬度要小，兩列膜組器
+管廊的總寬度要滿足不大于8m。
2、MBＲ 膜池管廊布置特點
通常在MBＲ工藝設計時，在膜池上需設計有管廊，用于放置膜吹掃空氣管與產水管。地上式MBＲ膜池由于不受結構柱距的影響，每個膜系列廊道僅考慮自身的產水管和相鄰膜系列的吹掃空氣管兩根管道，管廊寬度一般不超過1．2m，布局簡單合理，詳見圖1。

圖1 地上MBＲ工藝管廊布局
而地下式污水處理廠結構為箱體式設計，在箱體內布置有結構柱網，通常柱網間跨度為8m。由于柱網的存在，管廊寬度受限，因此設計時，應將相鄰的兩個膜系列組合起來，共用一個管廊，廊道寬度一般為1．5m(見圖2) 。特別注意的是，設計上應將管廊深度加深，將管道進行雙層布局。為檢修方便，管廊蓋板宜采用活蓋板，并在每個膜組器接口部位設置活動開門，以便于日后的檢修和維護。具體對比見表2。

圖2 地下MBＲ工藝管廊布局

表2 地上式與地下式管廊布置對比
3、MBＲ膜池回流形式及回流泵選擇
MBＲ污泥回流比通常為300%～500%，回流量大，揚程低。通常地上污水處理廠的MBＲ生物池和膜池可以分建也可以合建，污泥回流泵的選擇也比較靈活，既可采用穿墻PP泵也可采用軸流泵或干式泵進行回流。通常，回流泵通過敷設管道進入前端生物池的好氧池。
而地下污水處理廠結構上為箱體設計，且為封閉區域，空間狹小，若通過管道送至前端好氧池，不僅需要對管道增加支撐防護，而且地下狹小的空間會給管道施工運輸和焊接工作帶來不便，也給日后檢修維護增加困難。因此，地下式MBＲ膜池通常與生物池合建，并通過渠道調整MBＲ進、出水方向，將進水引入后端，而出水在膜池前端(生物池后端)，并直接選用PP穿墻泵進行污泥回流。采用PP泵回流不僅節省了占地，而且通過優化回流方式，降低了能耗，節省了運行費用。
4、MBＲ膜清洗的設計特點
地上污水處理廠一般設有離線清洗池，可將膜組器起吊至清洗池進行離線清洗。地下式污水處理廠因地下空間有限，取消了離線清洗池的設計，改為在線清洗。將每個單獨膜廊道視為離線清洗池，并將所需的化學藥劑通過加藥管注入膜池，在膜池內完成化學清洗。為節約清洗藥劑，設置兩臺循環泵，將清洗藥劑從完成清洗的廊道抽出后注入下一待清洗的廊道，直到清洗藥劑有效濃度降低而不能達到清洗要求時，將廢液排放至中和池，中和后排放至污水處理廠前端(流程見圖3)。整個清洗過程通過PLC自動控制，大大降低了運行人員的勞動強度。
具體對比見表3。

圖3 地下MBＲ膜清洗系統

表3 地上式與地下式膜清洗對比
5、MBＲ膜組器起吊方式的特點
地上式污水處理廠單個膜組器較大，通常核算需要5t吊車，由于不受空間的局限，通常選用5t的電動單梁起重機。
而地下式污水處理廠，由于受空間的限制，膜組器的起吊設計就成為地下污水廠MBＲ設計的重點和難點(見表4)。

表4 地上式與地下式膜組器起吊方式對比
首先是吊重規格的設計難點。地下污水廠不同于地上污水廠，其膜組器尺寸較小，質量一般在3～4t，根據吊車一般為1、2、3、5、10t的規格，選型為5t較為安全。然而，受地下箱體柱網的影響，設計不能選用電動單梁，而應選用S型單軌葫蘆吊。S型單軌葫蘆吊不同于電動單梁，其軌道在轉彎處的起吊能力比直線段的起吊能力薄弱，并且5t的單軌葫蘆吊車在轉彎處根據國家標準圖集G359-1～4無參考，需要進行專門結構設計、計算和加工，給設計和施工增加了難度，也給運行安全帶來隱患。解決措施: ①可以由起重機廠家特制非標3.5t吊車;②S型軌道設計時盡量避免在轉彎處起吊; ③盡量不選用5t電動葫蘆; ④設計時，在膜池每個廊道附近均設置沖洗水管，在膜池起吊過程中，對膜組器進行沖洗，將污泥打落以減輕其起吊質量。昆明第九、十污水處理廠在設計和施工過程中，最終改為3t吊車。
第 二，起吊高度的設計難點。起吊高度受地下負一層層高的限制，一般地下負一層層高為5．7～6m(含梁板)，主要用于巡視人員的通行和設備的檢修維護，層高太高會增加箱體的埋深和造價; 層高過低將造成無法起吊。因此，設計時應特別注意(見圖4): ①膜池周圍欄桿宜為活動式，以保證起吊過程中隨時打開欄桿，避免阻礙S 型吊車的運行。②吊車的最大起吊高度應充分考慮地下箱體的覆土厚度Ha=1．5m、結構梁高h1=1．0m、焊縫起吊高度h2=0．2～0．6m(一般取下限值0．2m)、工字鋼高度h3=0．32m、3t吊車吊鉤高度h4=1．24m、膜組器的高度h5=3．3m、膜組器下皮距地面的高度h6=0．5m，即負一層空間高度H=h1+h2+h3+h4+h5=6．6m(詳見圖4)，而計算的H比5．7～6．0m要高0．6～0．9m，如果取高值6．6m作為整個負一層的統一層高，則整個箱體的深度將增加，造價隨之增加，因此，設計時可以根據需要進行局部加高，但·必須注意的是，局部加高會導致局部覆土厚度Ha的減少。因此，在設計時，還應注意綜合考慮地上綠化植被的種類，以確保覆土厚度滿足植被種植要求。綜上，負一層的層高應綜合確定，使其既滿足起吊要
求，又避免增加箱體埋深，還不影響地上綠化景觀的需要。昆明第九、十污水處理廠在設計時局部加高1．5m，其中考慮欄桿的高度，此時局部覆土僅為0．5m，箱體其余部分覆土2．0m。

圖4 地下MBＲ吊車高度設計計算圖
6、結語
全地下污水處理廠采用MBＲ工藝時，設計中應注意:
① 膜通量的選取可以根據水溫特點適當提高膜通量，以降低造價。膜組器的選擇應根據地下污水廠的特點，長度應不大于3m，以確保布局合理。
② 由于柱網限制，管廊布局時兩組系列膜池應共用一個管廊，管廊內可布置4條管道。
③ 回流方式宜優先采用渠道回流，通過渠道將膜池進、出水位置調換，以利于污泥回流。
④ 由于地下操作空間有限，膜池清洗系統宜通過循環泵循環在線清洗，盡量減少和避免離線清洗。
⑤ 膜組器的起吊應采用S型單軌葫蘆吊，起吊質量宜為3～3．5t。應在保證膜組器起吊高度的前提下，綜合考慮箱體埋深以及覆土植被的要求，從而確定地下箱體負一層的高度。


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