中水回用技术在建筑项目中运用研究*

2023-07-27 01:17魏志勇
陶瓷 2023年7期
关键词:中水悬浮物活性污泥

魏志勇

(甘肃省城乡规划设计研究院有限公司 兰州 730030)

中水回用技术是指将城市居民生活废水、污水集中处理后,满足一定安全标准,再回用到小区绿化浇灌、道路清洗等,以此实现节约用水的目标。中水作为城市水源之一,具有水量大、可就地采取的特点。站在现实角度来看,做好中水回用,有利于解决城市废水处理难题,缓解城市的用水荒,是推动城市可持续发展的重要对策。

1 建筑小区污水来源

随着社会经济的不断发展,建筑小区的服务功能越来越丰富,比如住宅、娱乐设施等,但也正因此,导致小区污水来源更加复杂,污水性质更加恶劣。例如:沐浴废水,有机物浓度较低,皂液含量偏高;厨房废水,油脂悬浮物浓度较高;便溺水,细菌浓度较高。此类污水外观较为浑浊,水中含有一定浮油,容易发生恶化,若处理不够及时,会进一步产生变黑、散发恶臭等问题。

2 中水回用技术探究

通常来说,中水会根据实际用途的差异性分为以下几种处理方式:一是将其处理至饮用水标准,从而直接应用到日常生活,实现水资源的回收再利用,适用于水资源极度缺乏的地区,但投资相对较高,且工艺流程较为复杂;二是将其处理至非饮用水标准,用于不与人体直接接触的用水,例如便器冲洗、绿化浇洒、消防等。在实际应用过程中需要切实满足水质安全要求,比如:符合卫生标准,要求大肠菌群数、悬浮物、磷化物等指标合格;满足人们感观要求,避免产生臭味、浊度超标;符合设备构造要求,防止水质引发设备腐蚀、结垢等。

2.1 物理法

物理法可以理解为借助机械设备将废水内的悬浮物杂质去除,比如:膜滤法,通常适用于水质变化较大的情况,需要在外力作用下,使被分离的溶液以一定速度沿滤膜表面流动,使溶液中溶剂、无机离子经过滤膜进入低压侧,之后作为滤液排出。

2.2 物理化学法

物理化学法是指将物理法与化学法有机结合,借助化学反应,实现污染物质的转化、分离与回收,常用于工业废水的处理。比如混凝、催化氧化、电解等。其中混凝法是指在现有混凝剂结构加入新的基团,或将聚合物与化合物结合,形成能够与污染物高效结合的复合混凝剂,进而去除水中溶解性有机物。吸附法则是采用活性炭等吸附剂,实现污染物的清除,其优势在于出水水质良好、吸附速度快,但也存在预处理复杂、材料投资大的不足之处。至于催化氧化法则适用于有机量较高的污水,相较于其他化学法,具有氧化彻底、操作便捷的优势,但也存在催化剂价格偏高的问题。

2.3 生物法

生物法是指借助微生物的新陈代谢实现污水内胶体状有机污染的处理,主要分为:①好氧生物处理法,是指利用好氧微生物在氧气环境下,能够进行生物代谢实现有机物降解的处理方法;②厌氧生物处理法,是指利用兼性厌氧菌将污水大分子有机物降解为低分子化合物,再转化为二氧化碳的污水处理方法。若依照微生物在水中的状态,还可将生物法细分为:①活性污泥法,是以活性污泥为主体的废水生物处理方法,可以将废水与活性污泥混合搅拌并曝气,使有机污染物得到分解,使生物固体被分离出来,再根据实际需要将部分回流至曝气池。②生物膜法,是污水土壤自净过程的一种强化处理,比如高负荷生物滤池、生物转盘等。③自然处理法,比如土地处理等。

3 膜-生物接触氧化法的应用原理

膜-生物接触氧化法是指从生物膜法衍生出的一种废水生物处理法,同样是利用生物膜上的微生物作用,使污水得到净化。该方法主要采用与曝气池一致的曝气方法,用于提供微生物所需氧量,从而起到搅拌与混合的作用。同时在曝气池内加入填料,以供微生物附着生长,可以理解为一种介于活性污泥法与生物滤池之间的生物处理法,并兼具两者的优点。具体的工艺流程为污水→调节池→膜生物反应器→消毒→清水池→回用。

在应用膜-生物接触氧化法时,需要与其他生物污水工艺进行适当融合,相较于传统的污水处理方法来说,不仅具有处理效率高、结构紧凑、能够实现水力停留时间与污泥龄的彻底分离的优势,还具有抗冲击负荷能力强、剩余污泥产量少,有助于部分微生物的培养,同时系统可以进行自动化控制,设备化水平较高。该工艺能够有效替代以往采用的活性污泥二沉池,通过将膜分离技术作为固液分离的手段,使微生物完成污染物的降解,并在压力作用下,将膜过滤出水作为系统出水,而微生物也能在生物反应器当中实现富集。此外,由于膜本身具有一定的截留效果,因此膜-生物接触氧化法可以在低水力停留时间下完成污水净化操作,保证去除率在90%以上。

4 工程案例

笔者将以某地方住宅小区作为研究对象,其建筑面积大约在40 000 m2,绿化占比达到30%,日常情况下,排水、用水、中水间的关系表现为:最大日排水量=0.9×最大日用水量,最大日中水原水量=最大日排水量,单位为m3/d。

至于中水水源则主要表现为生活废水,比如洗浴、厨房排水等,具体的可收集中水原水量为:厨房,用水量标准30 L/人/d,日给水量22.8 t/d,日排水量27 t/d,日中水原水量27 t/d;洗浴,用水量标40 L/人/d,日给水量30.4 t/d,日排水量36 t/d,日中水原水量36 t/d;厕所,用水量标准40 L/人/d,日给水量30.4 t/d,日排水量27.4 t/d,日中水原水量27.4 t/d。

4.1 建筑规模

中水回用工艺应用过程中需要涉及以下设备:污水处理设施,要求设施的处理能力依照以下公式进行计算:

其中:Q——设施处理能力,m3/d;

Q1——经过水平平衡后的中水原水量,m3/d;

t——中水设备的每日运行时间,h;

N——设施的耗水系数,通常取10%,若实施处于每天24 h不间断运行,则N 取值为0.2。

经计算后,设施处理能力趋近于100 t/d;调节池,一般情况下,调节池的容积需要结合日处理水量的50%进行计算;中水贮存池,其容积要结合日中水量的35%进行计算[1]。

4.2 进出水水质要求

中水处理系统对进出水水质的要求表现如下:进水,化学耗氧量300 mg/L,生化需氧量200 mg/L,悬浮物浓度250 mg/L;进水,化学耗氧量50 mg/L,生化需氧量10 mg/L,悬浮物浓度10 mg/L,色度30度,浊度5度。

4.3 工艺比选

(1)方案一,传统活性污泥法,其工艺流程如图1所示。

图1 传统活性污泥法工艺流程

该方法的优势在于处理形式已得到大量实践应用,因此工艺技术成熟度较高,能够有效完成脱氮除磷,但也存在工艺路线较长,工艺构筑物占地面积较大的问题,且运行管理相对复杂,基建投资较高。具体投资情况以及运行费用表现为:工程初期需要设置中水回用系统,约65元/m2,共计投资130万元;运行费用是确定中水价格的重要依据,比如管网折旧费、处理费用、人工费等。其中管网折旧费需依照50年考虑,为0.5元/t,设备折旧费要结合25年考虑,为0.3元/t,处理费则主要包括厂家提供的处理设备电费等,为1元/t。电费要结合市场情况以及工程特点进行综合统计,为0.2元/t。人工费则为0.4元/t。最终确定总运行费用为2.43元/t[2]。

(2)方案二,生化法,工艺流程如图2所示。

图2 生化法工艺流程

该方法的特点在于工艺较为成熟、设备投资较高,由于无需采用污分流,因此可以在一定程度上减少管网投资,且原水的时流量变化较小,但出水水质往往只能达到冲厕与绿化的要求。具体的投资费用以及运行费用为:46元/m2,总投资共计95万元;采用的管网折旧费按50年计算,为0.2元/t。设备折旧费依照25年计算,为0.3元/t。处理费,包括厂家提供的设备电费以及污泥处理费,为1.0元/t。电费0.2元/t。人工费为0.45元/t,运行费用总和为2.15元/t。

(3)方案三,膜-生物接触氧化法,工艺流程如图3所示。

图3 膜-生物接触氧化法工艺流程

该方法的优势在于污泥产量较少,可以实现可编程逻辑程序的自动化控制,且操作较为便捷,出水水质优良,不仅能满足绿化要求,也能用于洗车,但也存在设备投资较多,膜的更新会增加运行费用等不足之处。具体的投资费用与运行费用表现为:56元/m2,总投资共计110万元;采用的管网折旧费按50年计算,为0.2元/t。设备折旧费依照25年计算,为0.5元/t。处理费,包括厂家提供的设备电费以及膜更新费,为1.0元/t。电费0.2元/t。人工费为0.3元/t,运行费用总和为2.25元/t[3]。

根据对上述3种方法的比对可以发现,传统污水处理方法虽然设备费相对较低,但在管网建设上的支出却相对较高,导致初始投资远远超过预期,由此形成的高额成本,也会使该方法较低的处理费用优势荡然无存,因此不适合运用在建筑项目的中水处理当中。同时生物法虽然相较于膜-生物接触氧化法的投资与运行成本较低,但优势并不突出。而膜-生物接触氧化法的出水水质更能满足用户的心理预期,同时也能最大程度延长供水装置、器具的使用寿命,能够保证优质中水经济效益的最大化。随着我国生产技术的不断更新升级,膜组件的价格也会越来越低,因此膜-生物接触氧化法的投资费用以及运行费用也会随之减少。由此可见,站在长远利益角度来看,膜-生物接触氧化法的应用价值更高。

4.4 实验研究

为了进一步完成3种方案的比选,笔者将利用3套实验设备开展针对性的实验分析。通过对住宅小区进行3个月的监测,探究化学耗氧量、生化需氧量、悬浮物浓度的变化情况。

方案一的进水悬浮物去除率达到93%,出水悬浮物浓度在10 mg/L 左右。出水生化需氧量稳定在10 mg/L,去除率达到95%。出水化学耗氧量稳定在50 mg/L,去除率达到81%。

方案二的进水悬浮物去除率达到93%,出水悬浮物浓度在10 mg/L 左右。出水生化需氧量稳定在10 mg/L,去除率达到95%。出水化学耗氧量稳定在50 mg/L,去除率达到83%。

方案三的进水悬浮物去除率达到95%,出水悬浮物浓度在9 mg/L 左右。出水生化需氧量稳定在9 mg/L,去除率达到95%。出水化学耗氧量稳定在50 mg/L,去除率达到85%。

4.5 方案确定

根据上述分析后,最终确定采用膜-生物接触氧化法来进行建筑项目的中水回用。

具体应用流程为:

原水→格栅→曝气调节池→毛发聚集器→泵→生物接触氧化池→竖流式沉淀池→中间水池→快滤池→消毒→超滤膜装置→清水池→回用。

相较于方案一以及方案二来说,膜-生物接触氧化法的污水处理时间更多,微生物浓度更高,由于污泥产量较低,因此无须设置污泥回流,且出水水质较为稳定,动力消耗更低,能够实现间接运行,避免污泥膨胀的问题形成[4]。

5 结语

综上所述,通过对建筑小区污水来源开展分析讨论,阐述常用的中水回用技术以及膜-生物接触氧化法的应用原理,并以某地方建筑项目作为研究对象,进一步探讨收集系统的设计路径,以及不同工艺方案的对比,最终确定膜-生物接触氧化法。相较于其他技术来说该方法具有更高的经济性,且生物活性高、污泥产量低、出水水质好、经济效果优良,能够确保水环境的有效保护,解决城市水资源短缺与污染问题,最大程度降低小区的用水成本。

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