污水處理工藝及處理方案城市污水在清晨的管網(wǎng)里像一條沉默的暗河，攜帶著廚房油脂、廁所菌群、洗衣磷鹽、工業(yè)偷排的絡(luò)合鎳、地表沖進(jìn)來的微塑料，溫度18～22℃，pH6.9～7.4，COD380～450mg·L?1，BOD?180～220mg·L?1，NH??-N35～48mg·L?1，TN45～60mg·L?1，TP4.5～6.2mg·L?1，SS220～300mg·L?1，色度80～120倍，電導(dǎo)率1200～1600μS·cm?1。這樣一組水質(zhì)，若直接排入河道，五日生化需氧量就會(huì)把溶解氧拖到2mg·L?1以下，氨氮在亞硝酸菌作用下先升后降，中間出現(xiàn)的NO??-N峰值足以讓魚類鰓絲出血，總磷在光照充足的緩流段催生藍(lán)藻，微囊藻毒素-LR可在72h內(nèi)富集到貝類體內(nèi)，超過WHO限值4μg·L?1。因此，工藝選擇必須同時(shí)完成“碳氧化-硝化-反硝化-除磷-消毒-新興污染物削減”六道關(guān)卡，并保證出水COD≤30mg·L?1、NH??-N≤1.5mg·L?1、TN≤10mg·L?1、TP≤0.3mg·L?1、SS≤5mg·L?1、糞大腸菌群≤1000MPN·L?1，同時(shí)把運(yùn)行能耗控制在0.35kWh·m?3以下，污泥產(chǎn)率降到0.45kgDS·kg?1COD以下，占地不超過0.25m2·m?3·d?1，壽命30年，投資內(nèi)部收益率≥7%。一、預(yù)處理：讓“大雜燴”先學(xué)會(huì)排隊(duì)廠區(qū)設(shè)兩套旋轉(zhuǎn)式細(xì)格柵，柵隙3mm，傾角75°，過柵流速0.8m·s?1，配套無軸螺旋壓榨機(jī)，柵渣含水率55%，直接送入垃圾焚燒廠。之后采用“曝氣沉砂+旋流除砂”雙級(jí)除砂，曝氣沉砂池水力停留時(shí)間6min，氣水比0.12Nm3·m?3，旋流器直徑1.2m，表面負(fù)荷160m3·m?2·h?1，砂粒粒徑≥0.2mm去除率≥95%，有機(jī)分≤10%。為削減后續(xù)MBR膜磨損，增設(shè)1mm孔徑轉(zhuǎn)鼓微濾機(jī)，沖洗泵采用變頻控制，沖洗水用量≤產(chǎn)水量的1.5%，沖洗廢水回流至前端。針對(duì)餐飲密集區(qū)來水油脂偏高，設(shè)置平流隔油池，水力停留時(shí)間30min，水平流速3mm·s?1，設(shè)鏈板式刮油機(jī)，浮油進(jìn)入儲(chǔ)罐后由有資質(zhì)單位拉運(yùn)，隔油池出水含油量≤20mg·L?1。二、生化主體：五段Bardenpho-MBR耦合側(cè)流反硝化生化池分五格，依次為厭氧/第一缺氧/第一好氧/第二缺氧/第二好氧，總HRT16h，污泥齡15d，MLSS8g·L?1，內(nèi)回流比400%，污泥回流比100%。厭氧段設(shè)水下攪拌器，保證0.3m·s?1的軸向流速，聚磷菌在此釋放磷；第一缺氧段接受來自好氧2的硝化液，利用原水碳源反硝化，C/N比控制在4.2～4.5，投加30mg·L?1乙酸鈉作為補(bǔ)充碳源，確保TN去除率≥80%；第一好氧段DO2.0mg·L?1，氨氮負(fù)荷0.055kgNH??-N·kg?1MLSS·d?1，采用微孔剛玉盤式曝氣器，氧利用率28%，配套磁懸浮風(fēng)機(jī)，比能耗0.85kWh·kg?1O?；第二缺氧段投加200mg·L?1顆?；钚蕴浚℅AC）形成生物膜-懸浮污泥復(fù)合體系，利用GAC表面微電場(chǎng)促進(jìn)反硝化菌附著，同時(shí)吸附難降解COD，該段TN去除貢獻(xiàn)7mg·L?1；第二好氧段DO1.0mg·L?1，主要去除殘余BOD并吹脫N?。MBR采用外置式管式膜，PVDF材質(zhì)，孔徑0.03μm，膜通量18L·m?2·h?1，膜池MLSS12g·L?1，跨膜壓差≤0.35bar，化學(xué)清洗周期90d，采用“次氯酸鈉+檸檬酸”兩相清洗，清洗廢液經(jīng)硫代硫酸鈉還原后返回前端。膜出水經(jīng)在線濁度儀監(jiān)測(cè)，濁度≤0.2NTU，SS未檢出。三、側(cè)流強(qiáng)化：Anammox+磷回收將MBR剩余污泥（含水率99.2%）經(jīng)離心脫水至含水率94%，上清液進(jìn)入側(cè)流短程硝化-厭氧氨氧化（PN/A）反應(yīng)器，該反應(yīng)器為SBR形式，溫度30℃，pH7.3，DO0.15mg·L?1，游離氨濃度0.8mg·L?1，通過實(shí)時(shí)控制策略（DO與pH雙參數(shù)）實(shí)現(xiàn)NO??-N積累率≥85%，Anammox菌屬CandidatusBrocadia豐度占菌總量18%，總氮負(fù)荷1.2kgN·m?3·d?1，出水NH??-N≤2mg·L?1、NO??-N≤3mg·L?1，相比傳統(tǒng)硝化-反硝化節(jié)電63%、節(jié)碳源100%。側(cè)流磷回收采用鳥糞石（MAP）結(jié)晶流化床，鎂源使用海水淡化濃鹽水（Mg2?1.3g·L?1），控制pH8.5，N:P:Mg摩爾比1:1:1.2，水力停留時(shí)間60min，粒徑0.5～2mm的MAP顆粒純度≥97%，可作為緩釋肥出售，年回收磷酸鹽（P?O?）約120t，抵消藥劑費(fèi)18%。四、深度處理：臭氧-生物活性炭-超低壓反滲透MBR出水COD25mg·L?1，其中難降解組分占60%，主要為芳烴鹵代物、藥物活性化合物（PhACs）、全氟化合物（PFAS）。采用臭氧投加量8mg·L?1，接觸時(shí)間15min，臭氧發(fā)生器采用氧氣源，濃度10wt%，臭氧轉(zhuǎn)移效率92%，·OH產(chǎn)率0.55mol·mol?1O?，COD去除率25%，雙氯芬酸、卡馬西平、布洛芬去除率>99%，PFOS、PFOA去除率>90%。臭氧出水進(jìn)入BAC池，空床接觸時(shí)間25min，炭層高度2.5m，采用8×30目破碎炭，碘值950mg·g?1，運(yùn)行6個(gè)月后生物量達(dá)120nmolATP·g?1炭，可生物降解COD去除5mg·L?1，同時(shí)削減臭氧副產(chǎn)物溴酸鹽（BrO??）0.8μg·L?1至檢出限以下。BAC出水進(jìn)入超低壓反滲透（ESPA2-LD），操作壓力0.8MPa，回收率85%，脫鹽率98%，TOC≤0.5mg·L?1，PFAS≤0.02μg·L?1，濃縮液量0.15m3·m?3，采用“Fenton-混凝-電滲析”組合工藝，F(xiàn)e2?80mg·L?1、H?O?120mg·L?1，反應(yīng)30min后COD降至60mg·L?1，再投加PAC30mg·L?1、PAM0.5mg·L?1，沉淀后上清液電滲析脫鹽，淡水TDS≤1g·L?1回用，濃水TDS45g·L?1經(jīng)多效蒸發(fā)結(jié)晶，得到NaCl、Na?SO?混合鹽，作為氯堿廠原料。五、污泥減量與資源化剩余污泥經(jīng)“高溫?zé)崴?厭氧消化-板框脫水-低溫干化”四步，熱水解170℃、0.8MPa、30min，胞外聚合物破解率45%，VS/TS由0.75升至0.82，消化池HRT18d，溫度38℃，有機(jī)負(fù)荷3.5kgVS·m?3·d?1，沼氣產(chǎn)率0.42m3·kg?1VS，甲烷含量64%，沼氣經(jīng)脫硫、脫水、脫硅氧烷后進(jìn)入2MW內(nèi)燃機(jī)發(fā)電，余熱用于熱水解和干化，能源自給率78%。消化后污泥采用高壓隔膜板框機(jī)脫水至含水率50%，再經(jīng)帶式低溫干化機(jī)（80℃、3h）降至含水率30%，干化污泥熱值11MJ·kg?1，送水泥窯協(xié)同處置，重金屬Zn、Cu、Pb、Cd、Cr、Ni、Hg、As的固化率>99%，水泥熟料強(qiáng)度不降標(biāo)，實(shí)現(xiàn)污泥“零填埋”。消化液回流至側(cè)流PN/A，氨氮負(fù)荷降低30%，避免主流程碳源稀釋。六、智慧控制：數(shù)字孿生+邊緣計(jì)算廠區(qū)布設(shè)120個(gè)在線儀表：電磁流量計(jì)、pH、DO、MLSS、NH??-N、NO??-N、PO?3?-P、ORP、濁度、臭氧濃度、膜壓差、沼氣流量、CH?%、H?S。數(shù)據(jù)通過MQTT協(xié)議匯聚到邊緣服務(wù)器，采樣間隔5s，經(jīng)Kalman濾波剔除異常值，再輸入TensorFlowLite輕量級(jí)模型，模型結(jié)構(gòu)為L(zhǎng)STM+Attention，訓(xùn)練集包含過去三年8億條數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)窗口15min，NH??-N、NO??-N、TP預(yù)測(cè)誤差MAPE<3%。數(shù)字孿生平臺(tái)每10min更新一次，實(shí)時(shí)計(jì)算碳源投加量、曝氣量、臭氧投加量、膜清洗周期，實(shí)現(xiàn)“按需運(yùn)行”。與傳統(tǒng)PID相比，電耗下降12%，藥耗下降15%，膜壽命延長(zhǎng)20%。平臺(tái)集成故障診斷模塊，基于孤立森林算法，可在30s內(nèi)識(shí)別泵空轉(zhuǎn)、膜破損、傳感器漂移，并推送微信/釘釘報(bào)警，平均故障修復(fù)時(shí)間由4h縮短至45min。七、全生命周期碳排放與碳交易采用ISO14064-1:2018標(biāo)準(zhǔn)核算，建設(shè)期碳排放0.18tCO?·m?3·d?1，主要來自鋼筋、水泥、設(shè)備運(yùn)輸；運(yùn)行期直接排放0.35kgCO?·m?3，其中N?O占0.12kgCO?-e·m?3，CH?泄漏占0.05kgCO?-e·m?3；間接排放0.42kgCO?·m?3，來自外購(gòu)電力、藥劑。通過沼氣發(fā)電、余熱回收、MAP回收、污泥替代燃料，年減排1.2萬(wàn)tCO?-e。廠區(qū)剩余碳配額0.8萬(wàn)t，按全國(guó)碳市場(chǎng)均價(jià)60元·t?1，年收益48萬(wàn)元，用于反哺運(yùn)行電費(fèi)。八、經(jīng)濟(jì)測(cè)算工程規(guī)模4萬(wàn)m3·d?1，總投資2.1億元，其中土建0.9億元、設(shè)備1.05億元、安裝0.15億元。噸水投資5250元，噸水經(jīng)營(yíng)成本1.85元，其中電費(fèi)0.65元、藥劑0.35元、人工0.18元、膜更換0.22元、污泥處置0.20元、其他0.25元。出水達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB3838-2002準(zhǔn)Ⅲ類，地方政府給予噸水2.8元處理費(fèi)，年運(yùn)營(yíng)收入4092萬(wàn)元，年利潤(rùn)1582萬(wàn)元，投資回收期13.3年（含建設(shè)期2年），內(nèi)部收益率7.8%，高于行業(yè)基準(zhǔn)7%。九、題型設(shè)計(jì)（滿分100分，120min）一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.本工藝MBR膜材質(zhì)為A.PESB.PVDFC.PTFED.PAN2.側(cè)流PN/A反應(yīng)器控制NO??-N積累的關(guān)鍵參數(shù)是A.DO0.15mg·L?1B.pH6.5C.溫度25℃D.游離氨0.2mg·L?13.MAP結(jié)晶最佳N:P:Mg摩爾比為A.1:1:1B.1:1:1.2C.1:2:1D.2:1:14.臭氧接觸池設(shè)計(jì)氣體流速一般不大于A.0.1m·s?1B.0.3m·s?1C.0.5m·s?1D.1.0m·s?15.熱水解溫度170℃主要目的是A.殺滅病原菌B.破解胞外聚合物C.降低含水率D.提高pH6.數(shù)字孿生平臺(tái)預(yù)測(cè)窗口時(shí)長(zhǎng)A.5minB.10minC.15minD.30min7.反滲透濃縮液采用電滲析后淡水TDS目標(biāo)A.≤0.5g·L?1B.≤1g·L?1C.≤2g·L?1D.≤5g·L?18.沼氣內(nèi)燃機(jī)發(fā)電效率約為A.25%B.35%C.45%D.55%9.本工程噸水經(jīng)營(yíng)成本中占比最大的是A.電費(fèi)B.藥劑C.人工D.膜更換10.碳交易年收益占運(yùn)行電費(fèi)比例約為A.5%B.10%C.15%D.20%二、判斷題（每題1分，共10分）11.細(xì)格柵柵隙越小，柵渣量一定越大。12.Anammox菌為自養(yǎng)菌，無需外加碳源。13.BAC池反沖洗膨脹率應(yīng)控制在15%以下。14.反滲透回收率越高，膜污染速率越低。15.熱水解后污泥VSR可達(dá)50%以上。16.數(shù)字孿生模型訓(xùn)練集越大，預(yù)測(cè)誤差一定越小。17.臭氧投加量越高，溴酸鹽生成量一定越高。18.側(cè)流磷回收可降低主流程除磷藥耗。19.污泥干化溫度越高，熱值損失越大。20.本工程采用的水泥窯協(xié)同處置屬于資源化利用。三、填空題（每空2分，共20分）21.五段Bardenpho第一好氧段DO控制在____mg·L?1。22.MBR膜通量設(shè)計(jì)值為____L·m?2·h?1。23.側(cè)流PN/A反應(yīng)器總氮負(fù)荷為____kgN·m?3·d?1。24.MAP顆粒純度要求≥____%。25.臭氧接觸池采用____源臭氧發(fā)生器。26.數(shù)字孿生平臺(tái)采用____算法進(jìn)行故障診斷。27.污泥熱水解壓力為____MPa。28.反滲透濃縮液經(jīng)Fenton反應(yīng)后COD降至____mg·L?1。29.沼氣CH?含量為____%。30.工程噸水投資為____元。四、簡(jiǎn)答題（每題8分，共24分）31.簡(jiǎn)述五段Bardenpho工藝中第二缺氧段投加GAC的作用機(jī)理。32.說明側(cè)流PN/A相比傳統(tǒng)硝化-反硝化在碳源與能耗方面的優(yōu)勢(shì)。33.概述數(shù)字孿生平臺(tái)如何實(shí)現(xiàn)膜清洗周期的動(dòng)態(tài)優(yōu)化