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美國加利福尼亞圣保拉市近建成了其首座水循環(huán)設施，旨在鼓勵私人投資來幫助解決公共基礎設施建設的問題。

為了建造日峰值流量達7.2百萬加侖/日（MGD），小時峰值流量可達10.4百萬加侖/日的膜生物反應器設施，該市選中了PERC Water/Alinda Capital團隊來負責該項目的設計、建造、運營及資金籌措，該設施將幫助圣保拉滿足當?shù)啬壳凹拔磥淼膹U水處理需求，并且符合環(huán)保標準。該市還希望新設施能夠利用回收廢水進行灌溉。

圣保拉選用膜生物反應器（MBR）技術，因為該技術將生物廢水處理和膜過濾結合在一個單元作業(yè)中，從而產(chǎn)生持續(xù)的高出水水質，并且設備占地面積很小。PERC Water公司稱，它選用科氏濾膜系統(tǒng)有限公司（Koch Membrane Systems，簡稱為KMS）的PURONTM濾膜組件，并將其融入到MBR的設計中，因為它們不僅高效節(jié)能，而且相比于其他可選產(chǎn)品，能夠顯著降低整個生命周期內(nèi)的總成本。圣保拉項目是北美地區(qū)應用KMS PURON濾膜組件的大型MBR安裝工程。

陳舊的基礎設施

圣保拉是洛杉磯以北65英里處的一座城市，位于富饒的農(nóng)業(yè)地區(qū)Santa Clara流域。圣保拉的廢水處理設施建于1939年，如今為約3萬名居民提供服務。由于基礎設施陳舊且技術落后，該設施違反了洛杉磯地區(qū)水質管理委員會（RWQCB）頒布的幾項排放要求，它違反規(guī)定的次數(shù)已經(jīng)超過了3000次，受到的罰款超過了800萬美元。為了符合日益嚴格的規(guī)定，該市曾進行了幾次裝置改造，但終還是沒能達到運營要求。該州于2007年頒布了一項決議，允許圣保拉市將罰款金用于建設一座新的廢水處理廠，前提是該設施能夠在2010年12月15日之前竣工，投入使用并且符合排放規(guī)定。圣保拉采取了設計—建造—運營—資金籌措一體化的策略來建造一座新的現(xiàn)代化水循環(huán)設施，其設計旨在滿足該市目前及未來的廢水處理需求。該項目于2008年5月交由Santa Paula Water公司來運作，它是PERC Water和Alinda Capital公司的合資企業(yè)。新設施的設計指標為7.2百萬加侖/日的日峰值流量（小時峰值達10.4百萬加侖/日）和3.4百萬加侖/日的平均日流量，并且能夠使后者擴容至4.2百萬加侖/日。系統(tǒng)于2010年5月竣工并完全投入使用，比2010年12月的后期限提前了7個月。

MBR技術

在全面評估設施需求之后，Santa Paula Water公司選用MBR技術來提供先進的處理工藝，提高設備性能，并將廢水回用于灌溉。在水資源稀缺，希望得到可回用的出水水質，可用空間有限，以及/或者執(zhí)行嚴格排放標準的地區(qū)，MBR系統(tǒng)的應用變得越來越廣泛。這些地區(qū)包括小型社區(qū)、住宅開發(fā)區(qū)、商業(yè)開發(fā)區(qū)、度假區(qū)、酒店、購物商場、學校和高爾夫球場。MBR還被用在工業(yè)應用中，以便循環(huán)利用生產(chǎn)用水，減少廢水處理成本，減小水足跡。

Santa Paula 的MBR設施具有緊湊的設計，其中包括全面充分的準備工作，它還具備穩(wěn)妥、高效的曝氣設計，生物泡沫噴淋系統(tǒng)，以及中空纖維濾膜。該系統(tǒng)的出水將排放至蒸發(fā)/滲濾池，其中一部分水終將被用于灌溉。

新的水循環(huán)設施的設計旨在產(chǎn)生符合水質要求的出水，它們能夠達到甚至超過美國環(huán)保署和RWQCB目前制定的所有環(huán)保廢水水質標準。MBR的設計旨在使產(chǎn)生的終出水達到以下數(shù)據(jù)指標，生化需氧量和總懸浮固體含量小于5毫克/升，總含氮量小于8毫克/升，渾濁度小于0.2個濁度單位。

MBR設計

MBR是一種生物過程，它采用膜過濾工藝將二級和三級處理結合在一起。因為使用了濾膜來進行必要的固-液分離，所以MBR出水能夠一直保持高水質、低濁度、低菌落總數(shù)、低TSS和NTU。在很多情況下，如果之后需要進行反滲透的話，濾液品質是適合直接供應給反滲透工藝的。MBR系統(tǒng)的另一個優(yōu)點是占地面積小。這是因為采用了濾膜分離來取代二級凈化工藝，并且使用懸浮固體濃度更高的混合液，而非傳統(tǒng)的活性污泥系統(tǒng)來執(zhí)行生化處理工藝。

雖然它有這么多優(yōu)點，但是使用濾膜來進行固-液分離時需要慎重評估幾項關鍵的設計因素。表2中列出了這些設計要求，并簡要概述了在圣保拉水處理項目中是如何處理這些要求的。

PURON濾膜組件

PERC Water公司選用科氏濾膜系統(tǒng)公司的PURON膜組件作為一種節(jié)省成本、高效節(jié)能的解決方案，以滿足RWQCB嚴格的排放要求。經(jīng)過PURON膜組件產(chǎn)生的出水不僅能夠滿足水的回用及循環(huán)的嚴格要求，并且顯著減小了處理系統(tǒng)的占地面積，安裝成本和人力投入——所有這些都是圣保拉項目的關鍵需求。

PERC Water公司負責設計和施工的副主管Juergen Nick介紹 ：“我們在圣保拉水處理設施中采用的水循環(huán)技術解決了業(yè)界上的一個難題，有助于控制和盡量減小工作能耗成本，并且盡可能地使系統(tǒng)對環(huán)境的影響降至小。由于濾膜沖洗和生物曝氣幾乎占設施能耗的一半，所以PERC Water公司選用了一種高效節(jié)能的氣體產(chǎn)生和使用系統(tǒng)，即科氏濾膜系統(tǒng)公司的PURON膜組件。總共安裝了24套PSH-1500組件，使得該項目成為北美的MBR安裝項目之一。”

PURON組件非常具有能源效率。該系統(tǒng)易于操作，因為其設計具有一些能夠顯著降低生命周期成本的特點，其中包括在組件中提供更好的固體管理的單端頭設計，減少纖維斷裂風險的編織纖維，以及幾乎能消除污泥的高效氣體沖洗等等。

取得的PURON膜組件的一項重要優(yōu)點是它采用單頭設計，增強中空纖維僅固定在底部。纖維的密封上端能夠自由漂浮。這種頂端自由漂浮的設計避免了毛發(fā)和纖維材料積聚，從而避免堵塞，而在采用頂端和底部雙頭設計的MBR組件中，這種積聚現(xiàn)象往往會使濾膜纖維的頂端堵塞。

固體和微粒（包括細菌）被濾膜阻隔，保留在外部，而滲透液則流過濾膜，進入纖維內(nèi)部。這種從外向內(nèi)的流動方式提供理想的固體管理和高流速。圖2展示了PURON膜組件纖維束的單頭設計。

圣保拉的水處理設施包括大型的1500平方米PURON組件，它簡化了大型MBR設備的設計、運轉和翻新。經(jīng)過改良的浸沒式膜組件具有以下特點，填充密度更大，用于曝氣的能耗成本更低，安裝簡便，與市場上其他商業(yè)系統(tǒng)的兼容性更好。

1500平方米的組件尤為重要，因為它是專為大型MBR項目而設計的。抽吸管組和進氣管線得到了優(yōu)化，這類特點減少了安裝時管道接頭的數(shù)量。為了進一步提高靈活性，新的生產(chǎn)線使用戶能夠便捷地更新系統(tǒng)，通過應用大小相當?shù)慕M件，將先進的PURON技術融入到系統(tǒng)中。

此外，為了簡化濾膜的清洗和維護，重新設計了中央曝氣系統(tǒng)和底部端頭。新的曝氣系統(tǒng)減低了氣體沖刷期間的流速，因此使得用氣量比原始設計減少了多達20%。

PERC Water的創(chuàng)新設計所占用的面積比傳統(tǒng)廢水處理廠的所需占地面積少了5英畝。設計中包括一個水循環(huán)教育中心，當?shù)氐膶W生可以在那兒學習水循環(huán)設施是如何工作的。在其工作的前幾個月，該廠每處理1000加侖廢水的能耗僅為4.4千瓦時。該數(shù)據(jù)計算的是設施內(nèi)全部工藝所用的能耗，包括細菌分解、廠房耗電、MBR工藝、UV系統(tǒng)和RO系統(tǒng)。隨著流速的增加，每千加侖的耗能有望進一步減小。(end)

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