中水处理工艺应用比较

李向军

2005年10月27日建设部 “绿色建筑技术导则”第5.3.3条:采用雨水、污水分流系统，有利于污水处理回收再利用；在水资源短缺地区，通过技术经济比较，合理采用中水回用系统；在《建筑中水设计规范》中列出了10种污水处理工艺，可分为四种类型：以物理化学处理方法为主的物化工艺；以生物化学处理为主的生化处理方法；生化处理和物化处理相结合的处理工艺以及土地处理。

一、处理法概述

常见生化法有接触氧化法、陶粒生物滤池法、膜生物反应器法 （MBR）等。接触氧化法、生物陶粒滤池法耐冲击负荷、降解难降解物质如发泡剂等能力差，且占地大，管理复杂。后续处理操作复杂，运行成本高，不易进行程控化管理 （PLC），杀菌全靠消毒工序完成，当投药不均匀或是投药系统出现故障时不符合要求的水将进入使用系统，待发现更改时，用户已经受到长时间不合格水的侵害。膜生物反应器技术是二十世纪末发展起来的高新技术。它是将污水中的生化处理与物化处理结合在一起的崭新处理工艺，生化有效降解有机物，孔隙率≤0.08μm级膜将净水与杂质彻底分离，出水中SS值趋于零。绝大部分的细菌、微生物、热源、病毒随同它的载体一道被截留在污水中，后续消毒手段可做为杀菌的双重保险，避免了传统工艺可能会出现的水质不合格的问题，出水水质完全得到保证。它的前处理与后处理极其简单，所以占地小，可程控化管理，每年仅需清洗2～3次。MBR反应器污泥浓度（MLSS）可达到3000～20000mg/l以上，所以有机物在MBR池内被自身分解氧化，基本不产生剩余污泥，极少需要排泥，不产生二次污染，仅需利用简单的PLC技术对水位进行自动控制、膜污染报警及开启相应反洗设施即可程控化管理。MBR是较为理想的水处理工艺。

二、工程实例

本工程位于北京市朝阳区望京，地下三层，地上三十四层。其中首层二层为商业，三层至三十四层为公寓。该楼为一类建筑，建筑高度99.70米，总建筑面积8.5万平米。排水系统污废分流，收集废水经中水处理站处理后回用各户冲厕使用。中水处理站位于地下二层，需要考虑楼板荷载。中水处理工艺经综合比较后，设计采用膜生物反应器法。

1.方案一：采用传统的接触氧化法：（工艺流程和平面布置见图1示）

设计处理水量Q=660m3/d=30m3/h

（1）曝气调节池

T=6hr V有效=180m3h有效=2.7m L×B×H=11×6×3.0m

钢结构 厚6mm 总荷载W=186t

（2）接触氧化池

T=4hr V有效=120m3h有效=2.7m L×B×H=7.5×6×3.0m

钢结构 厚6mm 总荷载W=128.4t

（3）斜板沉淀池

T=1.2hr L×B×H=5.0×6×3.0m

钢结构 厚6mm 总荷载W=94.52t

（4） 中间水池

T=0.6hr V有效=18m3h有效=2.7m L×B×H=1.2×6×3.0m

钢结构 厚6mm 总荷载W=21.81t

（5） 砂滤罐

直径1400mm 高1.8m 2个

玻璃钢 总荷载W=4.2t(运行时设备含水后的重量)

（6）中水储存池

T=4hr V有效=120m3h有效=2.7m L×B×H=7.5×6×3.0m钢结构 厚6mm 总荷载W=127.4t

（7） 设备选型

图1 接触氧化法工艺和平面布置图

序号 设备名称 型号 功率 数量 备注1 一级提升泵（潜污泵）WQ40-7-1.5型 1.5kw 2台 一用一备2 溢流提升泵（潜污泵）WQ30-18-4型 4.0kw 2台 一用一备3 鼓风机SSR125型Q=10.17m3/min H=39.2kpa 11kw 2台 一用一备4 污泥泵 WQ15-20-2.2型 2.2kw 2台 一用一备5 二级提升泵（立式泵）50LW40-15-4型 4.0kw 2台 一用一备6 反冲洗泵（立式泵）80LW50-20-5.5型 5.5kw 1台 一用

设备运行功率容量 22.7kw

设备总功率容量 50.9kw

2.方案二：采用膜生物反应器法：（工艺流程和平面布置见图2示）

设计处理水量Q=660m3/d=30m3/h

（1）曝气调节池

T=6hr V有效=180m3h有效=2.7m L×B×H=11×6×3.0m

钢结构 厚6mm 总荷载W=186t

（2） MBR反应池

T=3hr V有效=90m3h有效=2.7m L×B×H=5.5×6×3.0m

钢结构 厚6mm 总荷载W=94.68t

（3）中水储存池

T=4hr V有效=120m3h有效=2.7m L×B×H=7.5×6×3.0m

钢结构 厚6mm 总荷载W=127.4t

图2 膜生物反应器法工艺和平面布置图

（4） MBR设备选型

序号 设备名称 型号 功率 数量 备注1 一级提升泵（潜污泵）WQ40-7-1.5型 1.5kw 2台 一用一备2 溢流提升泵（潜污泵）WQ30-18-4型 4.0kw 2台 一用一备3 鼓风机SSR125型Q=10.17m3/min H=39.2kpa 11kw 2台 一用一备4 污泥泵 WQ15-20-2.2型 2.2kw 2台 两用5 自吸泵Y20220型Q=21m3/h H=10m吸程8m 1.1kw 3台 两用一备

设备运行功率容量 23.1kw

设备总功率容量 40.7kw

三、MBR工艺与传统中水处理工艺的比较（下页）

四、引申：MBR膜组件的选型

1.确定基本膜型

国内外众多领域内的实践表明，选择化学稳定性高、耐污堵性好的膜元件是MBR工艺得以长期稳定运行的关键。目前常用的MBR膜元件主要有两类，分别为中空纤维式及平板式，下表总结了此两类膜元件各自的优缺点。

中空纤维膜元件与平板膜元件综合对比

2.确定膜型材质

平板膜中有代表性的是日本久保田及东丽两家公司的产品，分别采用聚乙烯 （PE）及聚偏氟乙烯 （PVDF）材质。相比较而言，聚偏氟乙烯 （PVDF）材质膜组件，通量大、抗污染能力强，使用寿命长。对比实验表明：PVDF膜元件的孔径更小、分布更均匀，因而可以在同等的膜面积下获得更高的膜通量。出于对系统长期稳定运行的考虑，我们在本项目的MBR膜组件选型上使用PVDF材质的产品。

项目名称 生物接触氧化法工艺 MBR膜生物反应器工艺由传统生化处理与混凝、沉淀、过滤多步单元操作组成： 将膜分离与传统生化处理有机结合，通过一步单元操作实现水质的净化：工艺组成建设要求 不易实现模块化设计，最好按最大设计能力一次性建成 易实现模块化设计，适于分期建设，设备材料分期分批入场，节约投资处理工艺的复杂性 较复杂，本处理工艺后需加沉淀、过滤、吸附及消毒设备的处理才能够达到中水回用水水质的要求简单，MBR设备出水加消毒即可达到中水回用水水质的要求场地要求 不受设置场所限制 不受设置场所限制，可做成地面式、半地下式和地埋式出水出质情况 仅能达到中水回用水水质的要求，如长时间不使用再次使用启动期较长 (需重新做生物膜培养工作)。占地面积稳定且优于中水回用水水质要求。即使长时间不使用再次使用仍可随时启动。工艺流程采用水箱安装一般1m2/(m3.d-1)工艺流程采用钢板水池拼接1/2m2/(m3.d-1) [660T占地310m2]建设投资（仅供参考）2000～3500元/(m3.d-1)（水箱式价格略高）运行费用（仅供参考）较高 ， 一般1.5～2.2元/m3约为1/3m2/(m3.d-1) [660T占地220m2]2500～5000元/(m3.d-1)（水箱式价格略高，膜的价格差异）低 ， 一般1～1.5元/m3（耗电量低、加氯量小、无人值守）初期投资 低 较高操作维护 较复杂 （反冲洗由人工控制）。 可完全实现自动化控制、无人值守。设备每年只需清洗2-3次。产水率 沙滤罐或活性炭滤罐需要频繁的反冲洗，工艺自身耗水较多，产水率低无需反冲洗，产水率高剩余活性污泥 剩余污泥产量大，污泥处理费用高 理论上可以实现零污泥排放运行管理 设备较多，管线复杂，发生故障的可能性较大，一般需专业人员维护 （3班倒/天，需4人）设备较少，流程简单，易于实现全自动控制，运行稳定可靠，操作人员仅需经过简单培训，无需专业人员看管出水用途 一般仅限于冲厕、道路清扫和城市绿化。 出水水质优良，可广泛回用于冲厕、道路清扫、城市绿化、车辆冲洗、建筑工地和景观环境用水等。综合比较 综合性价比较低 综合性价比高

五、结语

我国在2000年也已将膜产业列为国家重点支持的22项化工产业之一。对膜生物反应器处理污水技术还设立了国家高技术研究发展计划 （863计划）课题进行研究。目前在世界范围内，实际运行的MBR系统已超过几千套，同时许多工程正在计划或者建设中。对于所有的MBR工艺而言，获得非常高质量的出水水质是很平常的。不管处理的污水类型如何，也不管采用何种商业化的MBR工艺，固体物质的完全去除、优良的消毒特性、高速度和高效率的有机物与营养物质的去除以及占地面积小是所有MBR的共同特点，关键问题是膜组件的使用寿命。