短程生化及膜過(guò)濾工藝處理高校生活污水

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摘要: 采用三級(jí)接觸氧化/外置式膜過(guò)濾組合工藝對(duì)某高校宿舍區(qū)生活污水進(jìn)行處理．在保證出水水質(zhì)的前提下，通過(guò)對(duì)各工藝運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化與控制，水力停留時(shí)間較傳統(tǒng)接觸氧化工藝大為縮短，顯著提高了運(yùn)行效率．運(yùn)行結(jié)果表明: 當(dāng)HＲT 為3．7 h 時(shí)，系統(tǒng)對(duì)COD 的去除率可達(dá)到95%，對(duì)氨氮的去除率達(dá)到93%，對(duì)SS 的去除率達(dá)到100%．系統(tǒng)產(chǎn)水電耗控制在0．6 kW爛h/m3，出水水質(zhì)滿足城市雜用水綠化用水要求，為分散式污水處理提供了一種實(shí)用的工藝模式．

關(guān)鍵詞: 高校生活污水; 接觸氧化; 膜過(guò)濾

天津某高校中水站試點(diǎn)工程建成于2012 年1月，根據(jù)校園內(nèi)生活污水水質(zhì)、水量［1］特點(diǎn)及回用要求，采用短程三級(jí)接觸氧化工藝與膜過(guò)濾工藝相結(jié)合的方式，對(duì)污水進(jìn)行處理并回用．2012 年7 月工程調(diào)試完成并穩(wěn)定運(yùn)行，出水水質(zhì)達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)．

1 工藝設(shè)計(jì)原則

采用組合工藝處理生活污水是現(xiàn)階段常用的污水處理方式［2，3］．接觸氧化是一種較為適合處理生活污水的工藝形式［4］，其抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，受水量波動(dòng)影響小，出水水質(zhì)穩(wěn)定．膜過(guò)濾是新型污水處理的典型工藝之一［3］，具有占地面積小、處理效果率高等優(yōu)勢(shì)，在再生水回用領(lǐng)域應(yīng)用廣泛［5］．

本項(xiàng)目根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程條件及用戶在水質(zhì)、水量方面的要求，采用了短程接觸氧化/膜過(guò)濾工藝(見圖1)，以實(shí)現(xiàn)校園內(nèi)區(qū)域污水處理及回用的特殊需要．具體按照以下原則進(jìn)行設(shè)計(jì)．

①針對(duì)分散式生活污水特點(diǎn)［6］，實(shí)現(xiàn)就地采集回收，就近利用，產(chǎn)生的回用水直接輸送到附近的苗圃，用于補(bǔ)充澆灑水．

②系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)便，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守運(yùn)行．設(shè)備采用封閉式集裝箱結(jié)構(gòu)，無(wú)噪聲、臭味等，對(duì)周圍生活區(qū)域的影響小．

③具有較高的耐沖擊負(fù)荷能力，且污泥產(chǎn)量小，盡量減少污泥處置環(huán)節(jié)．

④出水水質(zhì)達(dá)到爯城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)爲(wèi)(GB/T 18920—2002) 標(biāo)準(zhǔn)．

2 工程規(guī)模及設(shè)計(jì)水質(zhì)

2. 1 處理規(guī)模

本工程收集中水站附近2 座6 層學(xué)生宿舍的生活污水，設(shè)計(jì)日處理量為50m3/d，變化系數(shù)為1．1～1．2，最大時(shí)處理水量為2．5m3/h．

2. 2 原水水質(zhì)

原水來(lái)自宿舍樓的合建化糞池，本項(xiàng)目對(duì)化糞池進(jìn)行了改建擴(kuò)容，使其具有一定水量調(diào)節(jié)能力．原水經(jīng)化糞池調(diào)節(jié)后由潛污泵提升進(jìn)入處理系統(tǒng)．

為保證工藝對(duì)水質(zhì)、水量的變化有較強(qiáng)的抗沖擊能力，同時(shí)為避免工程運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的生化階段故障使膜過(guò)濾單元［7，8］受到影響，整體工程設(shè)計(jì)成A、B兩個(gè)單元．A 單元為生化處理單元，主要包括調(diào)節(jié)池、三級(jí)生物接觸氧化、高效沉淀池; B單元為膜過(guò)濾單元，主要包括膜過(guò)濾裝置以及消毒系統(tǒng)等．與傳統(tǒng)接觸氧化工藝相比［9］，生物處理部分之后增加膜過(guò)濾可以在保證出水水質(zhì)的前提下縮短水力停留時(shí)間，減少運(yùn)行周期，提高運(yùn)行效率［10］．

經(jīng)過(guò)連續(xù)測(cè)定，原水水質(zhì)見表1．

3 主要處理單元和設(shè)計(jì)

3. 1 生物處理單元

①調(diào)節(jié)池

本工程污水主要來(lái)源為學(xué)生宿舍日常洗漱及衛(wèi)生間排水，受學(xué)生作息規(guī)律影響，水量波動(dòng)較大．為保證進(jìn)水穩(wěn)定，化糞池出水由潛污泵提升至調(diào)節(jié)池，泵前設(shè)提吊式不銹鋼格柵桶，防止較大污染物堵塞管路．調(diào)節(jié)池有效容積為3m3，水力停留時(shí)間為3h，采用底部進(jìn)水方式，頂部設(shè)有溢流堰，污水自頂部溢流至一級(jí)接觸氧化池．在池底設(shè)置穿孔曝氣管，一方面可防止池中顆粒沉淀; 另一方面可起到預(yù)曝氣作用，同時(shí)可以起到泥水混合作用．

②接觸氧化池

為保證出水水質(zhì)的穩(wěn)定性，生物處理裝置采用三級(jí)接觸氧化．一級(jí)、二級(jí)接觸氧化池有效容積為1．5m3，水力停留時(shí)間為1 h，氣水比為15∶1．接觸氧化池內(nèi)裝有彈性填料YDT-150，為生物提供附著位點(diǎn)．池底鋪設(shè)曝氣管，外部設(shè)有鼓風(fēng)機(jī)，通過(guò)曝氣管連入池底．污水經(jīng)過(guò)一級(jí)接觸氧化、二級(jí)接觸氧化工藝處理后，COD 分別減少30% ～35% 左右．三級(jí)接觸氧化池有效容積為2．5m3，設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為1．7 h，氣水比為10∶1，在第三級(jí)接觸氧化池中由于水力停留時(shí)間較長(zhǎng)，絕大部分污染物被吸附降解，使水質(zhì)得到凈化．經(jīng)過(guò)三級(jí)接觸氧化池的處理，COD 減少80%，生化池出水COD 為50mg/L 左右．

③高效中間沉淀池

三級(jí)接觸氧化池出水自流進(jìn)入高效中間沉淀池，其有效容積為2．5m3，沉淀時(shí)間為2 h．沉淀池內(nèi)鋪設(shè)斜管，增大沉淀池面積．沉淀池采用可調(diào)式三角堰出水．中間沉淀池排泥周期為一周，排泥量視溫度及沉淀池出水效果而定．

3. 2 膜過(guò)濾單元

①中間水箱及保安過(guò)濾器

A 單元出水先進(jìn)入中間水箱，以起到再沉淀及穩(wěn)定水量的作用．原水箱有效容積為1m3，中間水箱設(shè)有事故溢流管路，可通過(guò)生化單元適當(dāng)排水調(diào)整膜系統(tǒng)的進(jìn)水量，以增強(qiáng)系統(tǒng)的運(yùn)行靈活性．中間水箱出水經(jīng)進(jìn)水泵增壓進(jìn)入保安過(guò)濾器，以保證膜過(guò)濾系統(tǒng)的正常高效運(yùn)行．保安過(guò)濾器過(guò)濾精度為50 μm．

②CMF膜系統(tǒng)

保安過(guò)濾器的出水通過(guò)增壓泵進(jìn)入CMF膜過(guò)濾系統(tǒng)，膜過(guò)濾系統(tǒng)能夠去除水中大部分懸浮物、細(xì)菌，產(chǎn)生的清水進(jìn)入清水水箱，濃水流入濃水箱后回流進(jìn)入前置原水箱．CMF膜組件膜面積為40m2，采用聚偏氟乙烯(PVDF) 中空纖維膜組件(Motimo－UOF4)，外壓式錯(cuò)流過(guò)濾操作．膜組件可以進(jìn)行在線清洗，清洗方式有物理及化學(xué)清洗，物理清洗為氣水雙洗; 化學(xué)清洗藥劑為次氯酸鈉，采用循環(huán)、浸泡的方式進(jìn)行清洗．CMF膜組件單支膜設(shè)計(jì)最大產(chǎn)水量為2m3/h，正常運(yùn)行壓力＜0．1mPa．中空纖維膜絲內(nèi)徑為0．6mm，外徑為1．2mm，設(shè)計(jì)截留孔徑為0．1 μm．控制方式為恒流量過(guò)濾，設(shè)計(jì)運(yùn)行通量為2．2m3/h．在線膜清洗后排水回流至A 單元原水進(jìn)水口，以保證系統(tǒng)整體產(chǎn)水率．

4 系統(tǒng)運(yùn)行及污水處理效果

4. 1 運(yùn)行狀況

經(jīng)過(guò)近半年的運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，有效控制生化段出水濁度是延緩膜污染的關(guān)鍵．本工藝采用在生化處理單元后增加膜過(guò)濾的工藝組合形式，在保證出水水質(zhì)的前提下，大大縮短了水力停留時(shí)間，生物接觸氧化段水力停留時(shí)間為3．7 h，與傳統(tǒng)工藝相比，減少了運(yùn)行周期，提高了工作效率．中間沉淀池出水濁度需保持在20 NTU 以下，可滿足膜過(guò)濾裝置進(jìn)水要求，達(dá)到有效控制膜污染目的［11，12］．當(dāng)氣溫＜10 ℃時(shí)，由于生物活性降低，中間沉淀池出水濁度較高，此時(shí)在中間沉淀池前需適當(dāng)投加混凝劑，以提高出水水質(zhì)，并可達(dá)到強(qiáng)化除磷目的，采用聚合氯化鋁，投加量為20mg/L．

溫度對(duì)膜系統(tǒng)產(chǎn)水能力影響較顯著，當(dāng)溫度＜10 ℃時(shí)，采用適當(dāng)降低膜通量和增加清洗頻率的方式延長(zhǎng)清洗周期．

系統(tǒng)最終產(chǎn)水率＞ 90%，污水經(jīng)過(guò)接觸氧化/膜過(guò)濾工藝處理后，有機(jī)污染物得到有效的去除，出水水質(zhì)滿足《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920—2002) 要求．

4. 2 系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)效果

系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)水COD 基本穩(wěn)定在500mg/L 左右．系統(tǒng)調(diào)試時(shí)間為45 d，調(diào)試過(guò)程中出水COD 變幅較大，隨著調(diào)試的完成，出水COD 由58mg/L 降至30mg/L．整體工藝對(duì)COD 的去除率約為95%，最終出水COD 基本穩(wěn)定在25mg/L．

調(diào)試、運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)水氨氮為40mg/L 左右，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)污水經(jīng)過(guò)生化和膜過(guò)濾工藝處理后，產(chǎn)水水質(zhì)穩(wěn)定，氨氮約為3mg/L，去除率約為93%．系統(tǒng)對(duì)SS 的去除率達(dá)到100%．膜出水濁度都基本穩(wěn)定在0．2 ～0．4 NTU，達(dá)到了中水回用標(biāo)準(zhǔn)．

4. 3 膜污染情況

在設(shè)備調(diào)試過(guò)程中，由于生化段微生物馴化不成熟，導(dǎo)致膜進(jìn)水濁度偏大，膜污染速率較快．進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段后，跨膜壓差變化趨勢(shì)穩(wěn)定．穩(wěn)定運(yùn)行過(guò)程中，跨膜壓差呈逐漸升高趨勢(shì)，當(dāng)跨膜壓差上升到70 kPa 時(shí)，進(jìn)行化學(xué)強(qiáng)化清洗(Chemical enhance backwashing，CEB)．通過(guò)連續(xù)3 個(gè)周期的運(yùn)行表明，整體工藝穩(wěn)定，運(yùn)行良好．

5 效益分析

本項(xiàng)目投資總額為26 萬(wàn)元．各部分造價(jià)如表2所示．

運(yùn)行過(guò)程中噸水耗電為0．6 kW爛h，按照電價(jià)為0．5元/(kW爛h) 計(jì)算，電費(fèi)需要15元/d．藥劑費(fèi)為0．02元/m3，1元/d．總費(fèi)用為76元/d，中水價(jià)格按照1．70元/m3 計(jì)算，自來(lái)水價(jià)格按照5．0元/m3計(jì)，使用再生水節(jié)約費(fèi)用為3．3元/m3，節(jié)省用水成本為5．4 萬(wàn)元/a．

6 結(jié)論

①采用短程接觸氧化/膜過(guò)濾工藝可以實(shí)現(xiàn)校園生活污水的再生回用，出水水質(zhì)較好，滿足爯城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)爲(wèi)(GB/T 18920—2002) 要求．

②在接觸氧化/膜過(guò)濾工藝中，污染物經(jīng)過(guò)生化預(yù)處理得到大量去除，減緩了對(duì)后續(xù)膜過(guò)濾工藝的污染; 而膜過(guò)濾作為接觸氧化工藝的后處理可以充分保證出水水質(zhì)，而且該組合工藝使生化段HＲT達(dá)到3．7 h，水力停留時(shí)間大大縮短．

③該組合工藝處理效果好、工藝流程短，較傳統(tǒng)工藝運(yùn)行成本低，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，可以在分散式污水處理領(lǐng)域中進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用．

作者簡(jiǎn)介: 程志楊（碩士研究生) 王捷(副教授，碩士生導(dǎo)師)