本工程為北京某鎮級新建污水處理廠，設計規模為3000m3/d。設計進水水質參照臨近區域同等市政污水處理廠，設計出水水質要求同時達到《城市污水再生利用城市雜用水水質》及北京市《城鎮污水處理廠水污染物排放標準》A標準。綜合上述標準，本工程設計進出水水質要求見表1。
由表1可知，進水水質為典型的市政污水，BOD5/COD=0.7，BOD5/TN=6.2，BOD5/TP=50，可生化性良好，適宜采用生物脫氮除磷(P)工藝。
由于出水水質要求極其嚴格，對于BOD5、CO
D、NH3-N等指標，需采用污泥齡較長的工藝;對于SS要求不超過5mg/L，可采用砂濾或膜過濾等工藝;對于TP，僅依靠生化除磷難以達標，需輔助化學除磷。因此本工程生化系統采用MBR工藝，其具有污泥齡長、污泥濃度高、出水優良等特性。
但是，一般生化處理很難使COD降解到20mg/L，MBR工藝一般可將其降解到30mg/L以下，因此需在MBR系統(system)后增加深度物化處理，本項目采用高級氧化—超氧催化氧化工藝。
綜上所述，本工程新建污水處理廠所采用的主體工藝為：預處理+MBR生化+高級催化氧化（oxidation)。
2工程設計
2.1工藝流程
2.2構筑物設計
2.2.1預處理區
預處理主要分為3部分：粗格柵渠+提升泵房，沉砂池+調節池，細格柵渠+膜格柵渠。
粗格柵渠。設置機械粗格柵，用以截留污水中較大的懸浮物或漂浮物。設計流量(單位:立方米每秒)時考慮水量變化系數1.82，選擇1臺機械格柵，間隙10mm。格柵渠設置2條，分別是工作渠及檢修渠，檢修渠安裝10mm的人工平面格柵，作為檢修時的臨時措施。格柵渠為全地下結構。
提升泵房。在格柵渠后設置提升泵房，由于來水標高較深，需要進行兩次提升，因此在粗格柵渠后設置提升泵對污水進行一次提升。設置3臺潛水泵，2用1備，24h連續（Continuity)運行。考慮來水的變化，其中1臺泵設置變頻。提升泵房為全地下結構。
沉砂池。池內設集砂坑，液面處設電動撇渣管，去除水中的油脂類物質及浮渣。設計有效水深1m，水力停留時間10min，半地下結構。
調節池。中空纖維膜紡絲機通過膜技術進行水處理，應用于制藥、釀造、餐飲、化工、市政污水回傭、醫院、小區污水會用、造紙等生產生活污水處理。膜分離技術是一種廣泛應用于溶液或氣體物質分離、濃縮和提純的分離技術。膜壁微孔密布，原液在一定壓力下通過膜的一側，溶劑及小分子溶質透過膜壁為濾出液，而大分子溶質被膜截留，達到物質分離及濃縮的目的。膜分離過程為動態過濾過程，大分子溶質被膜壁阻隔，隨濃縮液流出，膜不易被堵塞，可連續長期使用。鎮級污水處理廠水量晝夜變化明顯，需考慮水量調節措施消峰平谷，在預處理段設置調節池。調節池設有潛水提升泵，對污水進行二次提升，以達到后續重力自流的高程要求。設計水力停留時間6h，分2格，可分別排空檢修或清掏。設置2臺潛水攪拌器，3臺潛水泵（water pump），24h連續運行，其中1臺泵設置變頻控制。調節池為半地下結構。
細格柵渠。設置機械細格柵1臺，柵隙3mm，全地上結構。
膜格柵渠。設置1臺機械格柵，間隙1mm。格柵渠設置2條，其中1條安裝5mm的網面格柵，作為檢修時的臨時措施，全地上結構。
2.2.2MBR生化處理區
MBR生化處理區分為厭氧池、缺氧池、好氧池和MBR膜池，均分為2個系列。
厭氧池。厭氧池有效水深6m，水力停留時間1.8h，滿足厭氧釋磷的要求。單系列各設1臺潛水攪拌器，推動水流并形成厭氧環境。
缺氧池。缺氧池的功能是脫氮，在此反應器中，反硝化菌利用污水中的有機物作碳源將膜池回流污泥中帶入的大量NO3-和NO2-還原為N2并釋放到空氣中，BOD5濃度繼續下降，TN濃度也大幅度下降。設計缺氧池有效水深6m，水力停留時間4h，單系列各設1臺潛水攪拌器，推動水流并形成缺氧環境。同時各設置1臺潛水回流泵，回流污泥至厭氧池，回流比為200%。
好氧(Oxygen)池。在曝氣條件下利用池中大量繁殖的活性污泥微生物通過自身的降解和吸附作用除去水中的有機物質，以達到凈化水質的目的。設計好氧池有效水深6m，水力停留時間4.5h，單系列均設曝氣裝置，為好氧池供氧并混合攪拌。同時各設置1臺潛水回流泵，回流污泥至缺氧池，回流比為400%。曝氣鼓風機選用2臺，1用1備。
MBR膜池。MBR膜池利用膜對生化反應池內的含泥污水進行過濾，實現泥水分離。一方面，膜截留了反應池中的微生物，使池中的活性污泥濃度大大增加，達到很高的水平，使降解污水的生化反應進行得更迅速更徹底;另一方面，由于膜的高過濾精度，去除了大部分懸浮物質，得到高質量的產水。設計膜池有效水深3.8m，水力停留時間1.6h。單系列膜組器數量2組，各預留1個空位。膜池各設置1臺潛水回流泵，回流污泥至好氧池，回流比為500%。膜池設置MBR膜組件系統及配套的出水、吹掃、離線清洗等系統。
抽水系統。生物降解后的水在離心泵的抽吸作用下通過MBR膜組件，濾過液經由MBR集水管匯集，送入后續處理單元。為了防止膜污染，抽吸泵采用了間歇抽吸的方式運行，間歇運行即抽吸泵出水時間不連續，運行7min停1min。選用3臺抽吸泵，2用1備，均為變頻控制。
吹掃系統。MBR膜組件設有專用吹掃系統，吹掃抖動膜元件，以防止污泥在膜元件周邊累積，影響膜元件通透性。
膜清洗系統。選用2臺清洗泵，1用1備，均變頻控制。藥劑采用次氯酸鈉(Sodium)和檸檬酸，設計選用相應的儲罐和加藥泵。
除磷(P)加藥系統。為了保證系統對磷的去除效果，另外設置化學除磷加藥系統，本工藝除磷藥劑采用PAC，投加量25mg/L，選用1臺儲罐和2臺加藥泵。
2.2.3深度處理(chǔ lǐ)區
催化氧化池。膜生物反應器膜分離技術與生物處理技術有機結合之新型態廢水處理系統。以膜組件取代傳統生物處理技術末端二沉池，在生物反應器中保持高活性污泥濃度，提高生物處理有機負荷，從而減少污水處理設施占地面積，并通過保持低污泥負荷減少剩余污泥量。主要利用沉浸于好氧生物池內之膜分離設備截留槽內的活性污泥與大分子有機物。膜生物反應器系統內活性污泥（MLSS）濃度可提升至8000~10,000mg/L，甚至更高；污泥齡(SRT)可延長至30天以上。本工程選用的高級氧化為臭氧催化氧化，這是目前處理(chǔ lǐ)難降解有機廢水的前沿技術之一，采用臭氧氧化劑，在常溫常壓下，通過特殊配方載體金屬離子催化劑的催化作用，有效生成和增加反應體系內的羥基自由基，從而產生全面和激烈的氧化反應，以去除或分解轉化高難降解的COD，與其他處理工藝配套性極強。本工藝設計催化氧化池有效水深6m，水力停留時間1h，臭氧和催化劑有效接觸時間30min。臭氧投加量為20mg/L。設置臭氧制備系統1套，臭氧產生量2.5kg/h。設置催化氧化池的布水布氣系統，以便臭氧能更均勻地進入反應區。設置反洗系統，選擇2臺反洗水泵，2臺反洗鼓風機。
清水池。由于生化段MBR清洗藥劑為次氯酸鈉，最終出水消毒也采用次氯酸鈉，處理后的出水經回用水泵輸送至再生水管網，用于鎮中心區綠化灌溉用水、景觀用水、建筑沖廁用水、道路澆灑用水等。設計清水池有效水深6m，水力停留時間3h。次氯酸鈉投加量為2mg/L。選擇2臺加藥泵。
2.2.4污泥脫水系統
設計污泥濃縮池有效水深4m，水力停留時間16h。污泥脫水系統處理干污泥量設計為750kgDS/d，脫水后含固率大于20%。
2.2.5除臭系統
設置除臭系統1套，以保證廠區有良好的工作環境，設計臭氣處理量為3000Nm3/h。
2.3設計優化
2.3.1工藝設計優化（optimalize）
考慮污水中含有一定的無機砂礫以及油脂類物質，會對MBR膜造成較大的損害，在本工藝中選用平流沉砂池，一方面對無機砂礫進行沉淀篩除，另一方面設置手電動撇渣管對浮渣及油脂類進行去除。
考慮到MBR系統的膜絲易被纖維毛發類等物質纏繞，對預處理要求較高，設計采用三級格柵，分別是10m
M、3mm和1mm，以保證后續MBR系統的穩定運行。
膜組器吹掃采用高低曝氣，傳統設計計算吹掃量為130m3/，采用高低曝氣后，設計平均吹掃量為80m3/，可以大大降低鼓風機的運行能耗。膜生物反應器在污水處理，水資源再利用領域，MBR又稱膜生物反應器（Membrane Bio-Reactor ）,是一種由膜分離單元與生物處理單元相結合的新型水處理技術。
膜池回流采用推入排出式，傳統膜池為方便回流，配水渠需繞到膜池另一側，配水渠和回流渠水力停留時間較長，土建量也較大，采用推入排出式可節省土建量，方便膜池的回流。
由于對出水水質要求很高，尤其是出水COD要求達到20mg/L以下，因此深度處理采用臭氧催化氧化工藝，傳統方式去除COD需投加的臭氧量較大，投加比例O3/COD為3，而采用臭氧催化氧化工藝，投加比例O3/COD可降為1.5～2，大大減少臭氧的投加量。
2.3.2設備設計優化（optimalize）
細格柵和膜格柵均采用內進流式網板格柵，網板格柵可以通過調整柵板的長度和柵板的數量以適應不同的渠道長度和水位高度及流量，結構靈活，不會增加渠道尺寸，占地面積小。而轉鼓式格柵一旦水位增高，則需增大轉鼓的直徑，因此渠道的寬度和深度都需相應增加，占地面積增加。并且網板格柵采用全封閉方式，可直接連接除臭管道，不用再設置封閉設施(shè shī)，外觀更簡潔。
曝氣鼓風機采用1用1備，膜池吹掃風機為2用，鼓風機均為變頻（frequency conversion)控制，以降低能耗;同時曝氣鼓風機也作為膜池吹掃風機的備用，增加備用鼓風機的利用率。
膜抽水系統采用抽真空發生器，常規的抽真空系統包括抽真空泵、氣水分離罐等，系統復雜，占地大，而抽真空發生器體積非常小，節省占地。
膜清洗系統均設置CIP泵，本工程(Engineering)設置1套變頻供水系統，可同時作為膜清洗用CIP泵和廠區回用水泵，膜組件不需清洗時常開1臺泵，在膜組件清洗時再開另1臺泵，提高了泵的利用效率，減少泵的設置，以降低投資和運行能耗。
2.4運行成本
本工程單位水量處理總成本2.854元/m3，單位水量處理經營成本1.985元/m3。
3小結
本工程設計規模3000m3/d，出水水質要求很高，相當于準地表水Ⅲ類標準。工藝設計采用了預處理+MBR+高級氧化的工藝，保障出水達標。
本工程對工藝設計和設備選型均進行了優化，單位水量處理總成本2.854元/m3，單位水量處理經營成本1.985元/m3。
目前，本工程(Engineering)已完成施工和設備安裝，但尚未通水，筆者將后續關注實際運行效果。
