500吨生活污水MBR方案

设计方案

2007年07月

1工程概况

工程名称

某生活污水处理回用工程。

工程地点

××××。

工程简介

目前，项目区内的生活污水未经处理直接排放，不但影响人们的生活，也污染了周围的环境，故对项目区内产生的污水进行处理，经处理后的出水用作景观用水，既减少对环境的污染，有能有效利用水资源，节约水源。本项目所要处理的污水为生活污水，处理量为500m3/d，出水用作景观水。要求污水经处理后达到国家标准《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB/T121-2002）中观赏性景观环境用水的限值。

工程范围

500m3/d的生活污水处理工程所需的设备、建（构）筑物（800m3/d）及配套辅助设施的工艺、土建、电气、仪表、给排水等相关专业设计内容。

污水处理站进出水管道、道路、绿化、供电、通讯线路设计不在本方案设计范围内。

主要技术经济指标

方案选择原则及设计依据

方案选择原则

（1）技术先进性原则。

污水处理回用工程一方面应体现环保理念；另一方面是再生水回用系统的先进性。所使用的工艺和技术应在未来十年内不会被淘汰，避免重复改造。因此在选择中水处理工艺上应首先考虑设备和技术的先进性。

（2）安全性原则

由于中水回用关系到周围人们的安全问题，因此中水处理出水水质不能存在任何问题，如果出现水质超标，其影响面很大，是关系到大量人群身体健康的安全性问题。因此，本中水工程推荐使用的处理技术和处理系统具有高品质的出水和安全保障措施。

（3）系统模块性原则

本工程原水收集量会随时间、季节不同而变化，同时考虑远期会增加污水产生量，为了减少运行成本，本工程考虑采用模块式的处理设备，可以根据产生污水量的情况进行系统运行组合，以减少运行成本。

（4）低运行成本原则

中水处理成本应作为技术方案选择的重要原则之一。

（5）少占地原则

污水处理技术的选用还应考虑占地面积小，运行效率高的设备和技术。

（6）污泥产生量少，二次污染小的原则

污水处理工程产生的污泥的处理和处置费用较高，同时会产生二次污染，所以在选择工艺时，应首选污泥产生量小的工艺，减小对环境的二次污染。

设计依据

用户提供的相关资料

《室外排水设计规范》                            （GB50014-2006）

《地表水环境质量标准》                         （GB3838－2002）

《污水排入城市下水道水质标准》                 （CJ3082－1999）

《污水再生利用工程设计规范》               （GB50335-2002）

《城市污水再生利用 景观环境用水水质》      （GB/T121-2002）

《建筑给水排水设计规范》                     （GB50015－2003）

《城镇污水处理厂污染物排放标准》             （GB118－2002）

《给水排水工程构筑物结构设计规范》             （GB50069－2002）

《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》 （CEC138:2002）

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设计参数

污水处理量

根据实地调查，本工程区内污水产量约为500m3/d。考虑远期人口增加，污水量将增加到800m3/d。故本次设计时设备按污水量500m3/d设计，土建工程按污水量800m3/d设计，远期人口增加后仅增加设备即可，不需对整个工程进行改扩建，可节省投资。

设计进水水质

据了解，本工程区内排放的污水基本为洗浴水、冲厕水、厨房水等生活污水，无有毒有害性工业废水。

参考国家设计规范及结合我公司以往的污水处理工程设计经验，设计时考虑一定的变化系数，进水水质设计平均值如下：

表3-1  设计进水水质

本工程处理后出水用作景观水，出水要求达到国家标准《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB/T121-2002）中观赏性景观环境用水的限值。

表3-2  设计出水水质

处理工艺选择

工艺选择原则

选择合理的污水处理工艺技术是十分重要的。只有选择得当，才能使污水处理工程的处理效果好，运行管理方便，节省投资成本和运行费用。污水处理工艺的选择，首先需要适应污水进水水质、出水水质要求以及当地温度、工程地质、环境等条件，然后综合考虑工艺的可靠性、成熟性、适用性、去除污染物的效率、投资省、操作管理简单、运行费用低等多因素，选择最优的工艺方案。

[1] 符合国家和地方环境保护和相关法律法规、标准及规范；

[2] 工艺技术先进、高效节能，处理效率高，出水稳定达标；

[3] 处理设施安全、成熟，并尽量减少工程投资成本，降低运行费用；

[4] 最大限度地降低操作管理和维修技术难度；

[5] 污水处理设施具有较强的抗水量、水质冲击负荷能力；

[6] 污水处理设施运行时不产生臭气及噪声等二次污染；

[7] 优先选择国内先进、可靠、高效、成熟的污水处理专用设备。

工艺选择

污水处理的主要工艺技术主要包括：生物处理技术、自然处理技术。经过人类上百年的实践，国际上公认以生物处理为经济―效益比最好（cost－effective）。因此世界上大多数污水处理厂采用生物处理工艺。污水生物处理分为厌氧生物处理和好氧生物处理两大类。

厌氧生物处理技术降解有机物的效率有限，出水水质较难达到本项目的要求，且占地相对较大，废气收集处理问题也不好解决。因此也不考虑单独使用。本项目中，化粪池作为典型的厌氧处理，作为标准的设施用于污水处理的前处理。

传统的活性污泥法投资高、运行费用高、占地大、污泥处理量大、处理较为复杂（通常要采用厌氧污泥消化），本方案也不考虑采用。

生物膜法是一种比较适合小型生活污水处理的工艺技术，与传统活性污泥法处理系统相比较，生物膜法易于维护运行、节能省电、占地面积小，污泥少，一次性投资较普通活性污泥法稍高一些但可以接受，但如果出水要求较高需要增加深度处理，投资较高。

膜生物反应器以出水水质稳定优良为其优势，但一次性投资成本稍高。本工程要求处理出水用作景观水，且不能影响周围人们的身体健康，故对出水水质要求较高，且要求有较高的稳定性。本工程推荐选用膜生物反应器工艺作为首选处理工艺。

膜生物反应器工艺介绍

膜生物反应器MBR（Membrane Bio-reactor）是二十世纪末发展起来的新技术，它是膜分离技术和活性污泥生物技术的结合。它不同于活性污泥法，不使用沉淀池进行固液分离，而是使用中空纤维膜替代沉淀池，因此具有高效固液分离性能，同时利用膜的特性，使活性污泥不随出水流失，在生化池中形成8000－12000 mg/L超高浓度的活性污泥浓度，使污染物分解彻底，因此出水水质良好、稳定，出水细菌、悬浮物和浊度接近于零。生活污水处理后可直接回用，在污水处理方面具有传统工艺不具备的优点。

优点：

（1）出水水质优良、稳定。

（2）工艺简单。由于膜的高效分离作用，不必单独设立沉淀、过滤等固液分离池。 

（3）占地面积少。处理单元内生物量可维持在高浓度，使容积负荷大大提高，同时膜分离的高效性，使处理单元水力停留时间大大缩短。

（4）污泥排放量少，只有传统工艺的30%，污泥处理费用低。

（5）膜生物反应器可以滤除细菌、病毒等有害物质，可显著节省加药消毒所带来的长期运行费用并扩大污水回用范围。

（6）系统抗冲击性强，适应范围广。

（7）较好的设备化和自动化，管理简便。

（8）模块化设计，易于扩容。

缺点： 

一次性投资稍高。

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工艺设计

工艺流程

根据本工程的进出水水质，设计工艺流程如下：

工艺说明

5.1.1格栅槽

格栅槽内安装格栅。格栅主要用来拦截污水中的大块漂浮物，以保证后续处理构筑物的正常运行及有效减轻处理负荷，为系统的长期正常运行提供保证。

格栅选用机械格栅，栅条间隙为5mm，采用2台。

格栅槽设置两个廊道，单廊道尺寸为9000×700mm，每个廊道安装一台格栅，污水量少时启动一台，高峰期两台同时启动。

栅渣需定期清理，可作垃圾处理。

5.1.2初沉池

初沉池主要用于沉淀比重较大的无机颗粒杂质，有效保证潜污泵不堵塞、卡死等，延长潜污泵的使用寿命，同时便于沉积物的清理工作，延长后续调节池的有效容积。

初沉池采用钢筋混凝土结构，埋地设置，设计尺寸为9000×1500×4500mm，有效水深为3.1m。

5.1.3调节池

由于来自各时的水质、水量均不一样，一般高峰流量为平均处理量的2～8倍，因此为使处理系统连续稳定地运行，同时调节水量和均化水质，设计一调节池，调节池的设计有效容积一般为平均处理量的4～12倍。

调节池内置潜污泵及回流措施，以保证一定的额定流量提升至后续生物处理系统，减少水量对系统的冲击负荷。同时为保证调节池内不沉积污物，设置潜水搅拌器进行搅拌。

调节池采用钢筋混凝土结构，埋地设置，设计尺寸为9000×10500×4000mm，有效水深为3.0m。

5.1.4缺氧池

污水进入缺氧池，同时进入的还有膜池的回流污泥。缺氧池的首要功能是脱氮，反硝化菌利用污水中的有机物作为碳源，将膜池回流污泥中带入的大量NO3-和NO2-还原为N2并释放到空气中，BOD浓度继续下降，NO3-浓度也大幅度下降。池内设潜水搅拌器。

缺氧池采用钢筋混凝土结构，埋地设置，设计尺寸为4095×5300×4000mm，有效水深为3.3m。

5.1.5好氧池

在曝气状态下中大量繁殖的活性污泥中微生物以及硝化菌群、磷细菌，降解或吸附水中含碳、氨氮、磷有机污染物质，以达到净化水质的目的。池内设置管式橡胶微孔曝气器，具有良好的氧转移率。

好氧池采用钢筋混凝土结构，埋地设置，设计尺寸为11000×4100×4000mm，有效水深为3.3m。

5.1.6膜池

利用膜对生化反应池内的含泥污水进行过滤，实现泥水分离。一方面，膜截留了反应池中的微生物，使池中的活性污泥浓度大增加，达到很高的水平，使降解污水的生化反应进行得更迅速更彻底，另一方面，由于膜的高过滤精度，保证了出水清澈透明，得到高质量的产水。

膜池设置MBR膜组件系统及配套的出水、反洗、清洗、吹扫等系统。MBR膜区内的吹扫（曝气）有两个用途，一是用于膜组件周围的气水振荡，保持膜表面清洁，二是为提供生物降解所需要的氧气。通过膜的高效截留作用，全部细菌及悬浮物均被截流在曝气池中，可以有效截留硝化菌，使硝化反应顺利进行，有效去除氨氮；同时可以截留难于降解的大分子有机物，延长其在反应器中的停留时间，使之得到最大限度的降解。剩余污泥通过膜区剩余污泥泵定期排出，可控制系统内活性污泥的浓度及污泥龄。

膜池采用钢筋混凝土结构，埋地设置，设计尺寸为6705×5300×4000mm，有效水深为3.3m。

5.1.7消毒/清水池

经膜过滤的出水尚有一部分病毒不能被去除，出水再经消毒即可达标回用，本设计采用次氯酸钠消毒。消毒后的水储存在清水池内供使用。

消毒/清水池采用钢筋混凝土结构，埋地设置，设计尺寸为11000×5000×4000mm，有效水深为3.5m。

5.1.8污泥池

膜池的剩余污泥经污泥泵抽吸至污泥池内，定期由环卫车抽吸外运，由于膜生物反应器工艺产生的污泥较少，3个月或半年抽吸一次即可。

污泥池采用钢筋混凝土结构，埋地设置，设计尺寸为9000×800×4500mm，有效水深为4m。

5.1.9设备间

设备间主要用于安放鼓风机、抽吸泵、加药消毒装置等设备。设计采用砖混结构，地面设置。设计尺寸为17000×5480×4000mm。

6主要构筑物及设备参数

主要构筑物一览表

工程设计说明

总图设计

本污水处理站处理规模较小，根据地形、周围环境以及进、退水水位置进行合理布置，工程总占地面积约540㎡，处理构筑物均采用埋地设置，构筑物上面覆土，植草绿化，适当配以低灌点缀，整个处理站采用竹篱笆或铁艺围栏进行围挡。

建筑设计

整个站为分为污水处理构筑物和地上设备间，污水处理建构筑物主要满足使用功能要求，力求简捷、大方、实用。设备间设计与周围建筑物在风格上协调一致。

结构设计

（1）构筑物使用年限：按照《建筑结构可靠度设计统一标准》，本工程各建构筑物主体结构的设计使用年限为50年；

（2）安全等级：按照《混凝土结构设计规范》以及《砌体结构设计规范》，本工程各建构筑物结构的安全等级为二级；

（3）抗震等级：按照《建筑工程抗震设防分类标准》以及《建筑抗震设计规范》，本工程建构筑物均按丙类建筑，建筑按抗震设防烈度8度实施抗震构造措施；

（4）环境类别：按照《混凝土结构设计规范》，本工程混凝土结构的环境类别为二类a。

（5）地基：按照《建筑地基基础设计规范》，本工程各建构筑物的地基基础设计等级为丙级。一般性建筑物采用浅基础，在土层满足基础承载力的前提下尽量浅埋。其余构筑物根据工艺流程要求，确定基础持力层位置。当基础下局部有软弱土层时，需对局部进行地基处理。

（6）材料：

混凝土

外露式贮水构筑物均采用C25、S6，混合结构构件及框架结构采用C25；垫层混凝土采用C10（或C15）。

钢筋

普通钢筋一般采用热轧钢筋HRB335（20MnSi）级以及HPB235（Q235）级。

焊条

E43型焊条用于Q235钢的焊接，E50型焊条用于Q345钢的焊接。

砌体

对于混合结构±0.000米以下的墙体采用M10水泥砂浆砌筑MU10非粘土烧结普通砖，±0.000米以上的墙体采用M7.5（或M10）混合砂浆砌筑MU10非粘土烧结多孔砖（承重型）；框架围护墙采用M7.5（或M10）混合砂浆砌筑MU10非粘土烧结多孔砖（非承重型）。

电气设计

（1）主要用电设备及功率

（3）计量：本期工程设置计量表。

（4）防雷接地：变电所设置击雷保护。保护接地采用TN-C-S保护系统，全厂做等位连接。防雷接地与保护接地共用。自控装置如无特殊接地要求，也与电器接地共用。所有电力电缆的芯线含有PE线。

（5）电缆敷设：室外电缆采用直埋及穿管敷设方式。

自控设计

现场控制站主要由可编程控制器（PLC）、控制器柜及柜内附属设备组成。

污水处理系统内仪表系统由各种传感器和变送器组成。变送器的标准直流信号（或电压信号）首先送至现场PLC。

工艺设备的控制分为两级:

第一级是PLC根据预定控制程序和现场实际情况，实行自动控制，无需人为干预 (自动)；

第二级就是手动控制，当把相应控制柜上的“手动/自动”选择开关打到“手动”时，各设备实现手动操作。手动控制优先级最高，此时，PLC控制被屏蔽，现场设备可在就地控制箱或控制柜上实现开、停等人工操作。此种模式主要是用在设备安装阶段的单台调试或PLC故障时的操作。

采暖、通风设计

构筑物为埋地设置，不需采暖。设备间采暖采用内部统一供暖。

设备间通风采用机械通风。

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工程投资估算

工程投资

本工程总投资315.53万元。

其中：土建工程104.31万元

          设备工程173.19万元

          安装工程17.32万元

          设计费10.32万元

          税费10.39万元

工程投资估算表

运行费用分析

污水处理直接运行费用主要包括人员工资费用、耗电费以及药剂费(暂时不考虑水资源费用、污泥抽吸费及折旧费用)。水站水量按500m3/d，年运行按365天计算。

工资费用

由于本系统构筑物较简单，控制点较少，系统自动化程度较高，因此污水处理站配备1名工人即可。工人平均工资以1200元/人·月计算，则每吨水的人员工资成本为: 

1200×12/（500×365）=0.08元/m3水

药剂费用

除磷加药投加量按20ppm计，PAC价格2000元/吨，折合单方水除磷加药费用为：

20×2000×10－6＝0.04元/m3水

本污水处理系统中消毒剂为次氯酸钠，加药量按20ppm计，次氯酸钠市场价1500元/吨，折合单方水消毒费用为：

20×1500×10-6＝0.03元/m3水

膜清洗药剂为次氯酸钠，清洗每平方米膜用药剂2L，本工程共20组膜，每组膜面积为120m2，折合单方水膜清洗费用为0.019元。

核算吨水消耗药剂成本：0.04+0.03+0.019＝0.0元/m3水

耗电费用

每天总耗电量为612.55kW.h，按每kW.h 电价0.50元计算，则每吨水耗电成本为：0.50×612.55/500＝0.613元/m3水

直接运行费用

单方污水处理成本(不含折旧):

0.08＋0.0＋0.613＝0.782元/m3水

年运行费用：0.782×500×365=14.27万元/年

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效益分析

环境效益分析

经过本处理系统可有效地改变排放水质，大量削减污染物，减少对环境的危害，并达到回用要求。带来良好的环境效益，其主要污染物每年削减量如下： 

CODCr:(400-50)×500×365×10-6 = 63.88 吨/年

BOD5: (200-6)×500×365×10-6 = 35.41 吨/年

SS : (200-10)×500×365×10-6 = 34.68吨/年

TN:  (40-15)×500×365×10-6 = 4.56 吨/年

TP:  (4-0.5)×500×365×10-6 =0.吨/年

经济效益分析

经过本处理系统处理后的水回用于景观水，大大节约了自来水资源。本工程每天处理污水500m3，可产生再生水约450m3，即每天可节约450m3自来水。目前自来水价格为2.8元/m3，即每天可节约1260元；同时可节省排污费，目前排污费为0.9元/m3，即每天可节约450元。每天节省的自来水费及排污费为1710元，即每年可节约62.415万元。如果周围单位有需要再生水的单位，还可将再生水出售，目前再生水的价格为1.0元/m3，如果全部出售每天可收入450元，即每年可收入16.425万元。

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附件

工艺流程图

平面布置图