膜生物反应器与人工湿地工艺深度处理生活污水-科普123

膜生物反应器与人工湿地工艺深度处理生活污水

安健环2023-02-12 02:13:43百科知识库

膜生物反应器与人工湿地工艺深度处理生活污水

1 水质设计标准

随着人民生活水平提高，生活污水量不断增多，同时由于水资源日益短缺及人们环保意识不断增强，生活污水处理及回用在提高污水再利用、节约水资源和降低水环境污染等方面显得尤为重要。

国内某高尔夫球场项目施工人员生活污水未经处理直接排放，严重影响周边人们的生活和污染了周围的环境; 与此同时，高尔夫球场每天灌溉需要大量用水，而项目区域内高尔夫球场浇灌用水极度紧张。

为有效解决生活污水排放和球场浇灌用水紧张的问题，在工人生活区构筑污水处理系统，处理后的出水用于补给湖水，不仅实现了废水零排放、降低环境污染风险，而且还节约了有限的水资源，体现了国家提倡的节约、环保的循环经济理念。

1．1 污水处理规模

本系统污水主要为工人生活区的生活污水，根据业主提供资料，参考《广东省用水定额》和《室外排水设计规范》(GB50014-2006)，确定设计规模为100 m3/d，总变化系数Kz= 2．30。

1．2 水质设计

参考相关生活污水水质，对污水处理系统的进水水质的主要指标设计见表1［1］。

生活污水进行深度净化处理后，出水水质要求达到《中华人民共和国地表水环境质量标准》(GB3838-2002) V 类水质标准，出水水质的主要指标见表2。

2 方案设计与工程实施

2．1 现场水质分析

本工程位于工人生活区附近，与普通生活小区生活污水相比，水量变化较大; 随着水体富营养化越来越严重，本工程设计出水用于补给湖水，因此，在常规降解CODcr和BOD5的同时，更应注重对N 和P污染物的去除。

2．2 工艺选择

本工程污水来水变化较大，应设计调节池; 在去除CODcr和BOD5的同时，对N 和P 污染物去除，采用A/O(脱氮的缺氧－好氧) 工艺［2］; 为降低占地面积，减少污泥产量，同时保证出水水质，采用膜生物反应器(membrane bioreactor，MBR) 工艺［3］; 除磷一般有生物除磷和化学除磷［4］，单独采用生物除磷工艺，难以达到出水含磷浓度低于0．4 mg/L 的排放要求，可采用化学法进一步除磷(作为辅助除磷) ; 为保障出水水质，同时出于景观效果考虑，后面增设人工湿地［5］。

2．3 工艺流程

根据本项目水质目标，从保障出水效果、便于自动化运行、节约投资和运行维护费用等方面考虑，主体采用“膜生物反应器+ 人工湿地”组合工艺，具体工艺流程如图1。

首先通过格栅对污水中大颗粒污染物进行拦截; 接着在调节池进行水质水量调节; 经调节后的污水由提升泵提升到缺氧池; 然后进入接触氧化池和MBR 池，缺氧池与接触氧化池及MBR 池构成A/O工艺［2］，同时辅以化学除磷技术; 最后进入湿地进行深度处理。

2．4 主要构筑物及设备

本工程前处理主要构筑物为格栅槽(位于调节池内) 、调节池、缺氧池、接触氧化池、MBR 池、污泥池、清水池及设备间，采用地下钢混结构，占地面积80 m2左右; 人工湿地采用砖混结构，占地面积为300 m2，顶部与地面平行。

2．4．1 格栅槽与调节池

主要作用: 拦截污水中大颗粒污染物，调节进水水质水量，确保系统进水均匀。

水力停留时间(HRT) : 9．0 h。

主要设备与参数: 提升泵(Q= 7 m3/h，H=10 m，N= 0．75 kW) 2 台，液位计控制提升泵启闭。

2．4．2 缺氧池

主要作用: 与接触氧化池和MBR 池构成反硝化生物脱氮系统，反硝化菌利用污水中的有机物作碳源，将MBR 池回流液带入的NO3-和NO2-还原为N2，达到脱氮效果［2］。

水力停留时间(HRT) : 2．1 h。

主要设备与参数: 混合搅拌器(N= 15 kW)1 台。

2．4．3 接触氧化池和MBR 池

主要作用: 高效降解COD，N，P 等污染物，降低出水悬浮物。

水力停留时间(HRT) : 接触氧化池HRT=12．2 h; MBR 池HRT= 3．0 h。

主要设备与参数: 回流泵(Q= 7 m3/h，H=10 m，N= 0．75 kW) 2 台; 污泥泵(Q= 7 m3/h，H=10 m，N= 0．75 kW) 2 台; 帘式中空纤维膜反应装置1 套(不锈钢支架1 套，膜组件材质为PVDF，公称膜孔径0．05 μm，设计通量10 ～ 20 L/m2·h)。

2．4．4 设备间

主要作用: 安装鼓风机、产水泵、反冲洗泵、化学除磷及反冲洗装置等设备。

主要设备与参数: 罗茨鼓风机(Q=1．66 m3/min，N=2．2 kW) 3 台; 产水泵(采用浮球液位计控制其启闭) 2 台; 反冲洗泵1 台; 化学除磷及反冲洗装置各1套。

2．4．5 人工湿地

主要作用: 采用复合垂直流人工湿地技术［5］，深度去除COD，N，P 等污染物，进一步降低出水悬浮物。

水力停留时间(HRT) : 24．0 h。

填料与植物: 填料选择不同粒径的碎石和陶粒，有效厚度为80 cm; 植物选择美人蕉、梭鱼草、鸢尾、菖蒲和再力花5 种植物，种植间距为25 cm×25 cm。

2．5 土建工程

本系统前处理土建工程大多属于特种结构，对裂缝宽度、抗渗性等控制严格，采用C25 的防水混凝土，抗渗标号S6，外表面并作防腐处理; 人工湿地底部采用钢筋混凝土和复合土工膜双重防渗。

2．6 电气控制

外部输配电电缆、控制电缆采用地下电缆沟敷设方式; 采用PLC 系统进行自动化控制，主要控制调节池的提升泵、搅拌器和浮球液位计，缺氧池的搅拌器，MBR 池的回流泵、浮球液位计和污泥泵，设备间内的鼓风机、产水泵和反冲洗泵等设备。

3 处理效果及效益分析

3．1 处理效果

系统处理后经当地环境检测部门检测的水质指标见表3，处理效果如下:

(1) 由表3 可见，该处理系统出水满足设计要求，水质达到《中华人民共和国地表水环境质量标准》(GB 3838-2002) V 类水质标准;

(2) 本系统前处理部分采用地埋式设计，同时对湿地植物搭配方面进行景观优化，提高了系统的整体景观效果，实现了与周围景观相协调;

(3) 本系统采用MBR 技术，省去了二沉池与消毒池，有效保留活性污泥生物体，降低了剩余污泥量，减少了污泥处理成本;

(4) 本系统在接触氧化池与MBR池之间增设溢流堰，更好地截留接触氧化池活性污泥，降低MBR 池内的膜污染，延长膜组件的使用寿命;

(5) 污水经MBR 池处理后进入湿地，降低了湿地污染负荷，减少了湿地堵塞，利于湿地的长期运行; 湿地系统对污水中的氮磷做进一步深度处理，保证了系统出水水质。

3．2 经济效益

3．2．1 年工程建设成本M1

本工程建设总承包价约为142 万元，该工程整体使用寿命为50 a，则工程建设投资成本为2．84万元/a。

3．2．2 年运行费用M2

运行费用主要包括电费、药品费和湿地费用等。化学除磷药品浓度为10% 的聚合硫酸铁溶液，投加量约为50 mL/t，由于聚合硫酸铁具有一定腐蚀性，同时处于生态考虑，药品主要在系统调试时投加，随着系统中活性污泥不断繁殖、湿地植物和微生物生态系统成熟，投加量逐渐减少，当系统调试完成进入良性循环后，即停止投加，将其作为水质改善的应急措施，因此这部分药品费用可忽略不计。

湿地费用基本上可归纳为人工费，材料消耗和植物种苗补充费，检修、事故处理和不可预见费［5］，材料消耗和植物种苗补充费，根据实际工程推算，这部分费用可按每年0．03 ～ 0．04元/m2 进行估算，检修、事故处理和不可预见费可按每年0．01 ～ 0．02元/m2 进行估算，即12 ～18元/ a，因此，此费用也可忽略不计。

本系统用电功率以4 kW 计，每天运行24 h，本地工业用电0．7元/(kW·h)，则污水处理电费运行费用约为0．67元/m3 (4×24×0．7÷100)。

本系统年运行费用M2= 100×0．67×365=2．45万元/a (不包括人工费)。100 为每天设计处理的水量(m3)。

3．2．3 年节约自来水水费M3

当地水价按3．5元/m3 计，排污费1．5元/m3 :

M3= 100×(3．5 + 1．5)×365= 18．25万元/a。

3．2．4 年收益M4

M4= M3-M2-M1= 18．25-2．45-2．84=12．96万元/a。

通过对本系统建设成本与年收益分析，大约11 a可收回建设成本投资，与常规污水处理项目相比，投资回收期相对偏长，可进一步优化设计，降低投资成本。

3．3 环境效益

(1) 本污水处理系统可有效地降低污水排放量，缓解高尔夫球场用水紧张，大大节约了清洁水的使用和消耗量;

(2) 本污水处理系统能有效防止周边水生态系统的污染，改善周边生态环境，在处理回用生活污水的同时创造出一座生态湿地公园;

(3) 本污水系统湿地部分将有力地提升区域生态承载力，为哺乳动物、昆虫和植物提供良好的栖息和生长环境，促进生物多样性; 同时具有涵养水源、地下水压咸、增加空气湿度的作用。