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美國(guó)加利福尼亞圣保拉市近建成了其首座水循環(huán)設(shè)施，旨在鼓勵(lì)私人投資來(lái)幫助解決公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的問(wèn)題。

為了建造日峰值流量達(dá)7.2百萬(wàn)加侖/日（MGD），小時(shí)峰值流量可達(dá)10.4百萬(wàn)加侖/日的膜生物反應(yīng)器設(shè)施，該市選中了PERC Water/Alinda Capital團(tuán)隊(duì)來(lái)負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營(yíng)及資金籌措，該設(shè)施將幫助圣保拉滿足當(dāng)?shù)啬壳凹拔磥?lái)的廢水處理需求，并且符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。該市還希望新設(shè)施能夠利用回收廢水進(jìn)行灌溉。

圣保拉選用膜生物反應(yīng)器（MBR）技術(shù)，因?yàn)樵摷夹g(shù)將生物廢水處理和膜過(guò)濾結(jié)合在一個(gè)單元作業(yè)中，從而產(chǎn)生持續(xù)的高出水水質(zhì)，并且設(shè)備占地面積很小。PERC Water公司稱(chēng)，它選用科氏濾膜系統(tǒng)有限公司（Koch Membrane Systems，簡(jiǎn)稱(chēng)為KMS）的PURONTM濾膜組件，并將其融入到MBR的設(shè)計(jì)中，因?yàn)樗鼈儾粌H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(gè)生命周期內(nèi)的總成本。圣保拉項(xiàng)目是北美地區(qū)應(yīng)用KMS PURON濾膜組件的大型MBR安裝工程。

陳舊的基礎(chǔ)設(shè)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(shè)施建于1939年，如今為約3萬(wàn)名居民提供服務(wù)。由于基礎(chǔ)設(shè)施陳舊且技術(shù)落后，該設(shè)施違反了洛杉磯地區(qū)水質(zhì)管理委員會(huì)（RWQCB）頒布的幾項(xiàng)排放要求，它違反規(guī)定的次數(shù)已經(jīng)超過(guò)了3000次，受到的罰款超過(guò)了800萬(wàn)美元。為了符合日益嚴(yán)格的規(guī)定，該市曾進(jìn)行了幾次裝置改造，但終還是沒(méi)能達(dá)到運(yùn)營(yíng)要求。該州于2007年頒布了一項(xiàng)決議，允許圣保拉市將罰款金用于建設(shè)一座新的廢水處理廠，前提是該設(shè)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(shè)計(jì)—建造—運(yùn)營(yíng)—資金籌措一體化的策略來(lái)建造一座新的現(xiàn)代化水循環(huán)設(shè)施，其設(shè)計(jì)旨在滿足該市目前及未來(lái)的廢水處理需求。該項(xiàng)目于2008年5月交由Santa Paula Water公司來(lái)運(yùn)作，它是PERC Water和Alinda Capital公司的合資企業(yè)。新設(shè)施的設(shè)計(jì)指標(biāo)為7.2百萬(wàn)加侖/日的日峰值流量（小時(shí)峰值達(dá)10.4百萬(wàn)加侖/日）和3.4百萬(wàn)加侖/日的平均日流量，并且能夠使后者擴(kuò)容至4.2百萬(wàn)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(gè)月。

MBR技術(shù)

在全面評(píng)估設(shè)施需求之后，Santa Paula Water公司選用MBR技術(shù)來(lái)提供先進(jìn)的處理工藝，提高設(shè)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(zhì)，可用空間有限，以及/或者執(zhí)行嚴(yán)格排放標(biāo)準(zhǔn)的地區(qū)，MBR系統(tǒng)的應(yīng)用變得越來(lái)越廣泛。這些地區(qū)包括小型社區(qū)、住宅開(kāi)發(fā)區(qū)、商業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)、度假區(qū)、酒店、購(gòu)物商場(chǎng)、學(xué)校和高爾夫球場(chǎng)。MBR還被用在工業(yè)應(yīng)用中，以便循環(huán)利用生產(chǎn)用水，減少?gòu)U水處理成本，減小水足跡。

Santa Paula 的MBR設(shè)施具有緊湊的設(shè)計(jì)，其中包括全面充分的準(zhǔn)備工作，它還具備穩(wěn)妥、高效的曝氣設(shè)計(jì)，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(shè)施的設(shè)計(jì)旨在產(chǎn)生符合水質(zhì)要求的出水，它們能夠達(dá)到甚至超過(guò)美國(guó)環(huán)保署和RWQCB目前制定的所有環(huán)保廢水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。MBR的設(shè)計(jì)旨在使產(chǎn)生的終出水達(dá)到以下數(shù)據(jù)指標(biāo)，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(gè)濁度單位。

MBR設(shè)計(jì)

MBR是一種生物過(guò)程，它采用膜過(guò)濾工藝將二級(jí)和三級(jí)處理結(jié)合在一起。因?yàn)槭褂昧藶V膜來(lái)進(jìn)行必要的固-液分離，所以MBR出水能夠一直保持高水質(zhì)、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(jìn)行反滲透的話，濾液品質(zhì)是適合直接供應(yīng)給反滲透工藝的。MBR系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是占地面積小。這是因?yàn)椴捎昧藶V膜分離來(lái)取代二級(jí)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(lái)執(zhí)行生化處理工藝。

雖然它有這么多優(yōu)點(diǎn)，但是使用濾膜來(lái)進(jìn)行固-液分離時(shí)需要慎重評(píng)估幾項(xiàng)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)因素。表2中列出了這些設(shè)計(jì)要求，并簡(jiǎn)要概述了在圣保拉水處理項(xiàng)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(yán)格的排放要求。經(jīng)過(guò)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(yán)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(xiàng)目的關(guān)鍵需求。

PERC Water公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和施工的副主管Juergen Nick介紹 ：“我們?cè)谑ケ＠幚碓O(shè)施中采用的水循環(huán)技術(shù)解決了業(yè)界上的一個(gè)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(duì)環(huán)境的影響降至小。由于濾膜沖洗和生物曝氣幾乎占設(shè)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(xiàng)目成為北美的MBR安裝項(xiàng)目之一。”

PURON組件非常具有能源效率。該系統(tǒng)易于操作，因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)具有一些能夠顯著降低生命周期成本的特點(diǎn)，其中包括在組件中提供更好的固體管理的單端頭設(shè)計(jì)，減少纖維斷裂風(fēng)險(xiǎn)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(xiàng)重要優(yōu)點(diǎn)是它采用單頭設(shè)計(jì)，增強(qiáng)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的MBR組件中，這種積聚現(xiàn)象往往會(huì)使濾膜纖維的頂端堵塞。

固體和微粒（包括細(xì)菌）被濾膜阻隔，保留在外部，而滲透液則流過(guò)濾膜，進(jìn)入纖維內(nèi)部。這種從外向內(nèi)的流動(dòng)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(shè)計(jì)。

圣保拉的水處理設(shè)施包括大型的1500平方米PURON組件，它簡(jiǎn)化了大型MBR設(shè)備的設(shè)計(jì)、運(yùn)轉(zhuǎn)和翻新。經(jīng)過(guò)改良的浸沒(méi)式膜組件具有以下特點(diǎn)，填充密度更大，用于曝氣的能耗成本更低，安裝簡(jiǎn)便，與市場(chǎng)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?yàn)樗菍?zhuān)為大型MBR項(xiàng)目而設(shè)計(jì)的。抽吸管組和進(jìn)氣管線得到了優(yōu)化，這類(lèi)特點(diǎn)減少了安裝時(shí)管道接頭的數(shù)量。為了進(jìn)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(guò)應(yīng)用大小相當(dāng)?shù)慕M件，將先進(jìn)的PURON技術(shù)融入到系統(tǒng)中。

此外，為了簡(jiǎn)化濾膜的清洗和維護(hù)，重新設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)減少了多達(dá)20%。

PERC Water的創(chuàng)新設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)中包括一個(gè)水循環(huán)教育中心，當(dāng)?shù)氐膶W(xué)生可以在那兒學(xué)習(xí)水循環(huán)設(shè)施是如何工作的。在其工作的前幾個(gè)月，該廠每處理1000加侖廢水的能耗僅為4.4千瓦時(shí)。該數(shù)據(jù)計(jì)算的是設(shè)施內(nèi)全部工藝所用的能耗，包括細(xì)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(jìn)一步減小。(end)

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