罗俊晖，陈 杏，李 翔

（1.广东省广新控股集团有限公司，广东 广州 510308；2.清华大学深圳国际研究生院，广东 深圳 518055；3.广东省广业装备科学技术研究院有限公司，广东 广州 510705）

引言

广东省某污水处理厂的处理规模为2×104m3/d，处理工艺采取“AAO+纳米陶瓷膜”，出水执行国家《地表水水质标准》（GB 3838-2002）准Ⅳ类标准，目前已经满负荷运行1年，出水稳定达标。

1 概述

近几年，无机陶瓷膜已经在越来越多的领域得到应用[1]。陶瓷膜是将无机陶瓷材料Al2O3、TiO2、ZrO2等物质与添加剂均匀混合，经过成型和高温煅烧而成[2]，具有机械强度高、运行通量高、耐污染、使用寿命长的优点[3]，并且使用成本更低，因此逐渐在污水处理的膜反应领域得到广泛应用，并且效果良好。

陶瓷膜组件在长期运行后将不可避免地形成膜污染，引起陶瓷膜孔隙不同程度的堵塞，导致产水量下降。纳米陶瓷膜是在陶瓷膜表面覆盖一层特殊的纳米材料，以减少污染物质与膜的接触，从而减少膜堵塞，降低陶瓷膜被污染的速度，大大延长陶瓷膜的使用寿命。通过使用不同的纳米材料，可以使陶瓷膜有针对性的去除污染物。陶瓷膜在16～40 L/（m2·h）的通量下运行时，其压差平均上升速率为1 kPa/d，可通过定期在线维护清洗恢复[4]。

2 工程设计

2.1 工艺流程

本工程采用“AAO+纳米陶瓷膜”工艺路线，预处理系统采取“细格栅+沉砂池+精细格栅”，后续工艺采取“紫外消毒”。具体工艺流程简图见如图1。

图1 工艺流程图

2.1.1 预处理系统

污水通过市政管网进入一体化泵站，经过提升后进入后续细格栅池，然后流入旋流沉砂池、精细格栅池。细格栅池中的污水经过筛网去除污水中较细的杂物；旋流沉砂池通过机械搅拌产生的水力涡流，使泥砂和有机物得到分离，从而达到除砂的目的；精细格栅内，污水经过网板过滤，去除细小毛发和纤维物质，精细格栅确保在最大程度上清理污物，减少后续对膜组件的损伤。

2.1.2 生物处理

精细格栅出水进入AAO一体化水池，该水池主要由厌氧池、缺氧池、好氧池、膜池构成。进水和回流液在此得到均匀混合。由于混合液呈现缺氧状态，并发生反硝化反应，去除了污水中的大部分氮。污水经过生化处理后进入膜池，采用曝气和抽滤双重功能的陶瓷膜生物反应器进行固液分离[5]，从而进一步提高了出水水质。

2.1.3 消毒处理

AAO一体化水池出水进入清水池，清水池出水可供精细格栅反洗和膜池反冲洗。出水流至紫外消毒池，使细菌及微生物得以去除，最终达标排放。

2.1.4 污泥处理

剩余污泥由污泥泵泵至脱水机房，经过带式浓缩机脱水，干滤饼的干固含量可达到20%以上，脱水后的污泥最终外运至有资质的公司进行综合利用。

2.2 工艺设计

本工程扩容设计规模为2×104m3/d，设计进出水水质指标详见表1。

表1 设计进水、出水水质 单位：mg/L

2.2.1 进水泵站

进水泵站采用一体化提升泵站，对市政管网来水经提升后进入细格栅渠。

主要设备：一体化泵站（直径4.20 m，深度9.60 m），污水提升泵（3台，流量Q=741 m3/h，扬程H=20.0 m，功率N=55 kW，2用1备），粉碎格栅（Q≥1 242 m3/h，N=5.5 kW）1套。

2.2.2 细格栅、旋流沉砂池及精细格栅

细格栅、旋流沉砂池及精细格栅合建，1座，采用钢结构，用于进一步去除污水中较小的悬浮物。

细格栅，渠深2.50 m，渠宽1.20 m。

主要设备：内进流式网板细格栅（2台，栅宽1.10 m，栅条间隙5 mm，栅前水深1.35 m，过水流量≥1 250 m3/h，功率N=1.1 kW，1用1备），旋流沉砂器（2台，1用1备）。

旋流沉砂池，设计流量Q=1 080 m3/h，内径3.05 m，池深3.50 m。

主要设备：旋流沉砂器（2台，功率N=1.1 kW，1用1备），罗茨鼓风机（2台，单台风量Q=2.0 m³/min，功率N=2.2 kW，风压P=39.20 kPa，1用1备），砂水分离器（1台，处理量5～12 L/s，功率N=0.37 kW）

精细格栅，渠深2.50 m，渠宽1.20 m。

主要设备：内进流式网板精细格栅（2台，栅宽1.10 m，栅条间隙1 mm，栅前水深1.70 m，过水流量≥1 250 m3/h，功率N=1.5 kW，1用1备）。

2.2.3 一体化AAO+膜池

一体化圆形构筑物，1座，采用钢结构，直径40 m，有效水深6 m。池体外圈分为厌氧区、缺氧区和好氧区；池体内圈为配水区、膜池和污泥回流区，其中膜池分为4个相互独立的纳米陶瓷膜区。缺氧区总停留时间HRT=2.30 h，好氧区总停留时间HRT=6.10 h，好氧区污泥负荷0.137 kgBOD5/kgMLSS.d，污泥浓度7 000 mg/L，混合液回流比200%。

主要设备：潜水搅拌机（4台，叶轮直径1.80 m，转速rpm=40 r/min，功率N=2.2 kW），混合液回流泵（3台，流量Q=1 667 m3/h，扬程H=1.0 m，功率N=7.5 kW，2用1备），剩余污泥泵（2台，流量Q=50 m3/h，扬程H=20 m，功率N=5.5 kW，1用1备），可提升式管式曝气器（288条，单条流量为10 m3/h·条，氧气利用率25%，曝气器规格94 mm×1 000 mm）。

膜池主要以纳米陶瓷平板膜片作为过滤单元，膜组尺寸为1 060×250×6 mm，单元膜片主要参数见表2。单组膜片数为400片/组，单组膜面积为200 m2/组，单组腔内容积为400 L/组。

表2 纳米陶瓷平板膜参数

2.2.4 清水池、紫外消毒池、巴歇尔计量槽

钢结构构筑物，1座，尺寸为11.00×2.00×4.00 m，清水池有效容积79.20 m3。

主要设备：回用水泵（2台，流量Q=30 m3/h，扬程H=80 m，功率N=7.5 kW，1用1备），精细格栅反洗水泵（2台，流量Q=25 m3/h，扬程H=80 m，功率N=11 kW，1用1备），紫外消毒装置（渠宽1.10 m，渠深2.00 m，平均处理流量Q=833.30 m3/h，采取72支320 W紫外灯管，紫外剂量≥20 mj/cm2，总功率N=24 kW），巴歇尔计量槽（标准7号型，喉管宽度0.30 m，流量范围3.50 L/s～400 L/s）。

2.2.5 设备间

尽管我们确认NAFLD是一个新发现的结石病的危险因素，但NAFLD导致肾结石的机制仍未完全阐明。目前普遍认为NAFLD和肾结石的共同危险因素如肥胖、脂质沉积、胰岛素抵抗、氧化应激反应等可能是导致二者相关的主要因素。

钢结构构筑物，1座。

主要设备：好氧池空气悬浮鼓风机（2台，风量Q=48 Nm³/min，功率N=75 kW，风压75 kPa，1用1备），膜池吹扫空气悬浮鼓风机（3台，风量Q=95.8 Nm³/min，功率N=132 kW，风压65 kPa，2用1备），碳源、PAC、次氯酸钠加药装置（含15 t储罐和加药泵各1套），膜反洗泵（2台，流量Q=538 m3/h，扬程H=16 m，功率N=45 kW，1用1备）。

2.2.6 污泥脱水机房

钢结构构筑物，1座。

主要设备：带式污泥浓缩脱水一体化机（1台，滤带宽度1.50 m，滤带速度1.5～7.5 m/min，处理能力150～200 kgDS/m.h，进料湿污泥含水率98%～99.2%，浓缩脱水后污泥含水率80%，功率N=1.1 kW）

3 出水情况分析

该一体化设备于2022年7月建设运行以来，随着市政管网的逐步完善，进水指标趋于稳定，运行阶段平均进出水水质数据见表3。

表3 2022年7月-2023年1月平均进出水水质表 单位：mg/L

4 结语

本次工程案例主要针对装配式“AAO+纳米陶瓷膜”组合工艺在污水处理领域的创新研发和工程示范来开展，重点探究基于该工艺的装备式净水厂的运行状况和处理效果。该项目处理规模为2×104m3/d，出水稳定达到《地表水水质标准》(GB 3838-2002)准Ⅳ类标准，运行结果如下：

（1）本项目占地仅4 800 m2，与国内同类工程相比节省用地50%以上。

（2）本项目总投资约4 000万元，平均运行费用0.79元/吨，与国内同类工程相比较为节省。

（3）在实际运行过程中，陶瓷膜通量达30 L/（m2·h）以上时，出水仍然保持稳定达标。

综上，以陶瓷平板膜为核心的污水处理集成工艺路线，占地小，效率高，运行稳定，是一种新型集成工艺[6]，本工程采用装配式钢结构建设，从动工到通水仅用了3个月，大大缩短了污水处理设施的建设时间，具有较好的示范作用。