短程生化及膜过滤工艺处理高校生活污水

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摘要: 采用三级接触氧化/外置式膜过滤组合工艺对某高校宿舍区生活污水进行处理．在保证出水水质的前提下，通过对各工艺运行参数的优化与控制，水力停留时间较传统接触氧化工艺大为缩短，显著提高了运行效率．运行结果表明: 当HＲT 为3．7 h 时，系统对COD 的去除率可达到95%，对氨氮的去除率达到93%，对SS 的去除率达到100%．系统产水电耗控制在0．6 kW爛h/m3，出水水质满足城市杂用水绿化用水要求，为分散式污水处理提供了一种实用的工艺模式．

关键词: 高校生活污水; 接触氧化; 膜过滤

天津某高校中水站试点工程建成于2012 年1月，根据校园内生活污水水质、水量［1］特点及回用要求，采用短程三级接触氧化工艺与膜过滤工艺相结合的方式，对污水进行处理并回用．2012 年7 月工程调试完成并稳定运行，出水水质达到预期设计标准．

1 工艺设计原则

采用组合工艺处理生活污水是现阶段常用的污水处理方式［2，3］．接触氧化是一种较为适合处理生活污水的工艺形式［4］，其抗冲击负荷能力强，受水量波动影响小，出水水质稳定．膜过滤是新型污水处理的典型工艺之一［3］，具有占地面积小、处理效果率高等优势，在再生水回用领域应用广泛［5］．

本项目根据现场工程条件及用户在水质、水量方面的要求，采用了短程接触氧化/膜过滤工艺(见图1)，以实现校园内区域污水处理及回用的特殊需要．具体按照以下原则进行设计．

①针对分散式生活污水特点［6］，实现就地采集回收，就近利用，产生的回用水直接输送到附近的苗圃，用于补充浇洒水．

②系统自动化程度高，操作简便，可实现无人值守运行．设备采用封闭式集装箱结构，无噪声、臭味等，对周围生活区域的影响小．

③具有较高的耐冲击负荷能力，且污泥产量小，尽量减少污泥处置环节．

④出水水质达到爯城市污水再生利用城市杂用水水质爲(GB/T 18920—2002) 标准．

2 工程规模及设计水质

2. 1 处理规模

本工程收集中水站附近2 座6 层学生宿舍的生活污水，设计日处理量为50m3/d，变化系数为1．1～1．2，最大时处理水量为2．5m3/h．

2. 2 原水水质

原水来自宿舍楼的合建化粪池，本项目对化粪池进行了改建扩容，使其具有一定水量调节能力．原水经化粪池调节后由潜污泵提升进入处理系统．

为保证工艺对水质、水量的变化有较强的抗冲击能力，同时为避免工程运行过程中可能出现的生化阶段故障使膜过滤单元［7，8］受到影响，整体工程设计成A、B两个单元．A 单元为生化处理单元，主要包括调节池、三级生物接触氧化、高效沉淀池; B单元为膜过滤单元，主要包括膜过滤装置以及消毒系统等．与传统接触氧化工艺相比［9］，生物处理部分之后增加膜过滤可以在保证出水水质的前提下缩短水力停留时间，减少运行周期，提高运行效率［10］．

经过连续测定，原水水质见表1．

3 主要处理单元和设计

3. 1 生物处理单元

①调节池

本工程污水主要来源为学生宿舍日常洗漱及卫生间排水，受学生作息规律影响，水量波动较大．为保证进水稳定，化粪池出水由潜污泵提升至调节池，泵前设提吊式不锈钢格栅桶，防止较大污染物堵塞管路．调节池有效容积为3m3，水力停留时间为3h，采用底部进水方式，顶部设有溢流堰，污水自顶部溢流至一级接触氧化池．在池底设置穿孔曝气管，一方面可防止池中颗粒沉淀; 另一方面可起到预曝气作用，同时可以起到泥水混合作用．

②接触氧化池

为保证出水水质的稳定性，生物处理装置采用三级接触氧化．一级、二级接触氧化池有效容积为1．5m3，水力停留时间为1 h，气水比为15∶1．接触氧化池内装有弹性填料YDT-150，为生物提供附着位点．池底铺设曝气管，外部设有鼓风机，通过曝气管连入池底．污水经过一级接触氧化、二级接触氧化工艺处理后，COD 分别减少30% ～35% 左右．三级接触氧化池有效容积为2．5m3，设计水力停留时间为1．7 h，气水比为10∶1，在第三级接触氧化池中由于水力停留时间较长，绝大部分污染物被吸附降解，使水质得到净化．经过三级接触氧化池的处理，COD 减少80%，生化池出水COD 为50mg/L 左右．

③高效中间沉淀池

三级接触氧化池出水自流进入高效中间沉淀池，其有效容积为2．5m3，沉淀时间为2 h．沉淀池内铺设斜管，增大沉淀池面积．沉淀池采用可调式三角堰出水．中间沉淀池排泥周期为一周，排泥量视温度及沉淀池出水效果而定．

3. 2 膜过滤单元

①中间水箱及保安过滤器

A 单元出水先进入中间水箱，以起到再沉淀及稳定水量的作用．原水箱有效容积为1m3，中间水箱设有事故溢流管路，可通过生化单元适当排水调整膜系统的进水量，以增强系统的运行灵活性．中间水箱出水经进水泵增压进入保安过滤器，以保证膜过滤系统的正常高效运行．保安过滤器过滤精度为50 μm．

②CMF膜系统

保安过滤器的出水通过增压泵进入CMF膜过滤系统，膜过滤系统能够去除水中大部分悬浮物、细菌，产生的清水进入清水水箱，浓水流入浓水箱后回流进入前置原水箱．CMF膜组件膜面积为40m2，采用聚偏氟乙烯(PVDF) 中空纤维膜组件(Motimo－UOF4)，外压式错流过滤操作．膜组件可以进行在线清洗，清洗方式有物理及化学清洗，物理清洗为气水双洗; 化学清洗药剂为次氯酸钠，采用循环、浸泡的方式进行清洗．CMF膜组件单支膜设计最大产水量为2m3/h，正常运行压力＜0．1mPa．中空纤维膜丝内径为0．6mm，外径为1．2mm，设计截留孔径为0．1 μm．控制方式为恒流量过滤，设计运行通量为2．2m3/h．在线膜清洗后排水回流至A 单元原水进水口，以保证系统整体产水率．

4 系统运行及污水处理效果

4. 1 运行状况

经过近半年的运行发现，有效控制生化段出水浊度是延缓膜污染的关键．本工艺采用在生化处理单元后增加膜过滤的工艺组合形式，在保证出水水质的前提下，大大缩短了水力停留时间，生物接触氧化段水力停留时间为3．7 h，与传统工艺相比，减少了运行周期，提高了工作效率．中间沉淀池出水浊度需保持在20 NTU 以下，可满足膜过滤装置进水要求，达到有效控制膜污染目的［11，12］．当气温＜10 ℃时，由于生物活性降低，中间沉淀池出水浊度较高，此时在中间沉淀池前需适当投加混凝剂，以提高出水水质，并可达到强化除磷目的，采用聚合氯化铝，投加量为20mg/L．

温度对膜系统产水能力影响较显著，当温度＜10 ℃时，采用适当降低膜通量和增加清洗频率的方式延长清洗周期．

系统最终产水率＞ 90%，污水经过接触氧化/膜过滤工艺处理后，有机污染物得到有效的去除，出水水质满足《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T 18920—2002) 要求．

4. 2 系统产水水质效果

系统调试运行过程中进水COD 基本稳定在500mg/L 左右．系统调试时间为45 d，调试过程中出水COD 变幅较大，随着调试的完成，出水COD 由58mg/L 降至30mg/L．整体工艺对COD 的去除率约为95%，最终出水COD 基本稳定在25mg/L．

调试、运行过程中进水氨氮为40mg/L 左右，稳定运行时污水经过生化和膜过滤工艺处理后，产水水质稳定，氨氮约为3mg/L，去除率约为93%．系统对SS 的去除率达到100%．膜出水浊度都基本稳定在0．2 ～0．4 NTU，达到了中水回用标准．

4. 3 膜污染情况

在设备调试过程中，由于生化段微生物驯化不成熟，导致膜进水浊度偏大，膜污染速率较快．进入稳定运行阶段后，跨膜压差变化趋势稳定．稳定运行过程中，跨膜压差呈逐渐升高趋势，当跨膜压差上升到70 kPa 时，进行化学强化清洗(Chemical enhance backwashing，CEB)．通过连续3 个周期的运行表明，整体工艺稳定，运行良好．

5 效益分析

本项目投资总额为26 万元．各部分造价如表2所示．

运行过程中吨水耗电为0．6 kW爛h，按照电价为0．5元/(kW爛h) 计算，电费需要15元/d．药剂费为0．02元/m3，1元/d．总费用为76元/d，中水价格按照1．70元/m3 计算，自来水价格按照5．0元/m3计，使用再生水节约费用为3．3元/m3，节省用水成本为5．4 万元/a．

6 结论

①采用短程接触氧化/膜过滤工艺可以实现校园生活污水的再生回用，出水水质较好，满足爯城市污水再生利用城市杂用水水质爲(GB/T 18920—2002) 要求．

②在接触氧化/膜过滤工艺中，污染物经过生化预处理得到大量去除，减缓了对后续膜过滤工艺的污染; 而膜过滤作为接触氧化工艺的后处理可以充分保证出水水质，而且该组合工艺使生化段HＲT达到3．7 h，水力停留时间大大缩短．

③该组合工艺处理效果好、工艺流程短，较传统工艺运行成本低，抗冲击负荷能力强，可以在分散式污水处理领域中进一步扩大应用．

作者简介: 程志杨（硕士研究生) 王捷(副教授，硕士生导师)