MBR工艺应用污水处理厂的设计特点

近年来，在广州、青岛、昆明、深圳等地建设了十余座全地下式污水处理厂，因其占地面积小、二次污染少、可以与周边环境相协调等优势，已经逐步成为城市污水处理工程新的热点和发展方向。
目前，在建和已建的全地下污水处理厂中，绝大部分采用MBＲ工艺，MBＲ工艺因其具有较高的污泥浓度、较小的占地面积，在全地下污水处理厂中具有一定的优势。笔者针对MBＲ工艺在全地下污水处理厂与地上式污水厂设计中的不同，总结其膜组器的选择、管廊布局、回流方式、膜清洗系统以及起吊设计的特点和要点，为今后全地下污水处理厂设计提供参考和经验。
1 MBＲ膜组器的选择
全地下污水处理厂与地上污水处理厂在MBＲ膜组器的选型和设计上是不同的(见表1)。

表1 地上式与地下式膜组器对比
1.膜通量的选择。地上式污水处理厂水温波动较大，尤其我国大多数北方城市冬季水温较低，膜通量随之下降，因此在膜通量的设计中应考虑温度因素，膜通量宜为16～20L/(m2·h)。而地下式污水处理厂由于深处地下，水厂全部由箱体包裹，水温基本恒定，设计时膜通量可略高于地上式污水处理厂，取18～25L/(m2·h)。
2.膜组器的设计。在进行地上式污水处理厂
膜组器设计时，首先考虑的因素为膜的均匀性，尽量使膜组器内部每一片膜元件的产水量以及污染情况一致。而地下式污水处理厂在膜组器的设计上除考虑上述因素外，还需注意减小膜组器外形尺寸。
特别需要注意的是，在设计过程中，全地下污水处理厂箱体的结构柱距一般为7～8m，也就是说在两个柱距之间尽可能放下更多的膜组器，通常地上污水厂膜组器选型宽度为3．6m，若在两个柱子之间安置两列膜组器，即3．6m×2=7．2m，加上管廊的宽度为1．4～1．5m，往往大于8m柱距。因此，在设计过程中，膜组器的设计宽度要小，两列膜组器
+管廊的总宽度要满足不大于8m。
2、MBＲ 膜池管廊布置特点
通常在MBＲ工艺设计时，在膜池上需设计有管廊，用于放置膜吹扫空气管与产水管。地上式MBＲ膜池由于不受结构柱距的影响，每个膜系列廊道仅考虑自身的产水管和相邻膜系列的吹扫空气管两根管道，管廊宽度一般不超过1．2m，布局简单合理，详见图1。

图1 地上MBＲ工艺管廊布局
而地下式污水处理厂结构为箱体式设计，在箱体内布置有结构柱网，通常柱网间跨度为8m。由于柱网的存在，管廊宽度受限，因此设计时，应将相邻的两个膜系列组合起来，共用一个管廊，廊道宽度一般为1．5m(见图2) 。特别注意的是，设计上应将管廊深度加深，将管道进行双层布局。为检修方便，管廊盖板宜采用活盖板，并在每个膜组器接口部位设置活动开门，以便于日后的检修和维护。具体对比见表2。

图2 地下MBＲ工艺管廊布局

表2 地上式与地下式管廊布置对比
3、MBＲ膜池回流形式及回流泵选择
MBＲ污泥回流比通常为300%～500%，回流量大，扬程低。通常地上污水处理厂的MBＲ生物池和膜池可以分建也可以合建，污泥回流泵的选择也比较灵活，既可采用穿墙PP泵也可采用轴流泵或干式泵进行回流。通常，回流泵通过敷设管道进入前端生物池的好氧池。
而地下污水处理厂结构上为箱体设计，且为封闭区域，空间狭小，若通过管道送至前端好氧池，不仅需要对管道增加支撑防护，而且地下狭小的空间会给管道施工运输和焊接工作带来不便，也给日后检修维护增加困难。因此，地下式MBＲ膜池通常与生物池合建，并通过渠道调整MBＲ进、出水方向，将进水引入后端，而出水在膜池前端(生物池后端)，并直接选用PP穿墙泵进行污泥回流。采用PP泵回流不仅节省了占地，而且通过优化回流方式，降低了能耗，节省了运行费用。
4、MBＲ膜清洗的设计特点
地上污水处理厂一般设有离线清洗池，可将膜组器起吊至清洗池进行离线清洗。地下式污水处理厂因地下空间有限，取消了离线清洗池的设计，改为在线清洗。将每个单独膜廊道视为离线清洗池，并将所需的化学药剂通过加药管注入膜池，在膜池内完成化学清洗。为节约清洗药剂，设置两台循环泵，将清洗药剂从完成清洗的廊道抽出后注入下一待清洗的廊道，直到清洗药剂有效浓度降低而不能达到清洗要求时，将废液排放至中和池，中和后排放至污水处理厂前端(流程见图3)。整个清洗过程通过PLC自动控制，大大降低了运行人员的劳动强度。
具体对比见表3。

图3 地下MBＲ膜清洗系统

表3 地上式与地下式膜清洗对比
5、MBＲ膜组器起吊方式的特点
地上式污水处理厂单个膜组器较大，通常核算需要5t吊车，由于不受空间的局限，通常选用5t的电动单梁起重机。
而地下式污水处理厂，由于受空间的限制，膜组器的起吊设计就成为地下污水厂MBＲ设计的重点和难点(见表4)。

表4 地上式与地下式膜组器起吊方式对比
首先是吊重规格的设计难点。地下污水厂不同于地上污水厂，其膜组器尺寸较小，质量一般在3～4t，根据吊车一般为1、2、3、5、10t的规格，选型为5t较为安全。然而，受地下箱体柱网的影响，设计不能选用电动单梁，而应选用S型单轨葫芦吊。S型单轨葫芦吊不同于电动单梁，其轨道在转弯处的起吊能力比直线段的起吊能力薄弱，并且5t的单轨葫芦吊车在转弯处根据国家标准图集G359-1～4无参考，需要进行专门结构设计、计算和加工，给设计和施工增加了难度，也给运行安全带来隐患。解决措施: ①可以由起重机厂家特制非标3.5t吊车;②S型轨道设计时尽量避免在转弯处起吊; ③尽量不选用5t电动葫芦; ④设计时，在膜池每个廊道附近均设置冲洗水管，在膜池起吊过程中，对膜组器进行冲洗，将污泥打落以减轻其起吊质量。昆明第九、十污水处理厂在设计和施工过程中，最终改为3t吊车。
第 二，起吊高度的设计难点。起吊高度受地下负一层层高的限制，一般地下负一层层高为5．7～6m(含梁板)，主要用于巡视人员的通行和设备的检修维护，层高太高会增加箱体的埋深和造价; 层高过低将造成无法起吊。因此，设计时应特别注意(见图4): ①膜池周围栏杆宜为活动式，以保证起吊过程中随时打开栏杆，避免阻碍S 型吊车的运行。②吊车的最大起吊高度应充分考虑地下箱体的覆土厚度Ha=1．5m、结构梁高h1=1．0m、焊缝起吊高度h2=0．2～0．6m(一般取下限值0．2m)、工字钢高度h3=0．32m、3t吊车吊钩高度h4=1．24m、膜组器的高度h5=3．3m、膜组器下皮距地面的高度h6=0．5m，即负一层空间高度H=h1+h2+h3+h4+h5=6．6m(详见图4)，而计算的H比5．7～6．0m要高0．6～0．9m，如果取高值6．6m作为整个负一层的统一层高，则整个箱体的深度将增加，造价随之增加，因此，设计时可以根据需要进行局部加高，但·必须注意的是，局部加高会导致局部覆土厚度Ha的减少。因此，在设计时，还应注意综合考虑地上绿化植被的种类，以确保覆土厚度满足植被种植要求。综上，负一层的层高应综合确定，使其既满足起吊要
求，又避免增加箱体埋深，还不影响地上绿化景观的需要。昆明第九、十污水处理厂在设计时局部加高1．5m，其中考虑栏杆的高度，此时局部覆土仅为0．5m，箱体其余部分覆土2．0m。

图4 地下MBＲ吊车高度设计计算图
6、结语
全地下污水处理厂采用MBＲ工艺时，设计中应注意:
① 膜通量的选取可以根据水温特点适当提高膜通量，以降低造价。膜组器的选择应根据地下污水厂的特点，长度应不大于3m，以确保布局合理。
② 由于柱网限制，管廊布局时两组系列膜池应共用一个管廊，管廊内可布置4条管道。
③ 回流方式宜优先采用渠道回流，通过渠道将膜池进、出水位置调换，以利于污泥回流。
④ 由于地下操作空间有限，膜池清洗系统宜通过循环泵循环在线清洗，尽量减少和避免离线清洗。
⑤ 膜组器的起吊应采用S型单轨葫芦吊，起吊质量宜为3～3．5t。应在保证膜组器起吊高度的前提下，综合考虑箱体埋深以及覆土植被的要求，从而确定地下箱体负一层的高度。


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