膜生物反应器与人工湿地工艺深度处理生活污水

Posted 2023-01-13 湿地

篇首语：不畏过往，不惧将来。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了膜生物反应器与人工湿地工艺深度处理生活污水相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

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。

3．4 社会效益

(1) 本污水处理系统将为人们展现出一个绿色、自然、和谐的高标准生态治污示范工程，具有显著的示范效应;

(2) 本污水处理系统在培养人们生态、环保、低碳的生活理念方面起着非常直观的教育作用; 同时提高人们节约资源、重复利用资源、尊重自然的生态理念。

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4 结语

(1) 本污水处理系统在降低污水中CODcr的同时，实现了深度脱氮除磷，出水用于补给河湖，实现生态补水。

(2) 采用接触氧化生物膜技术，利于微生物附着生长，对水质、水量变化适应性强; 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，有利于MBR 技术的推广应用。

(3) MBR 池出水进入人工湿地进行深度处理，一方面降低了进入湿地的污染负荷，减少了湿地堵塞，利于湿地的长期运行; 另一方面对湿地进行景观设计，使得该污水处理系统与周围环境相互协调，便于其在小区内的推广应用。

(4) 本污水处理系统前处理好氧部分设计占地面积偏大，增加了工程投资和日常曝气量，造成本工程造价及运行费用偏高;

目前，MBR 和人工湿地技术在国内外的应用越来越受到关注，如何将这2 种技术进行高效整合，在保证出水水质的同时，更好地降低工程和运行成本，优化景观效果，融入周围环境，值得做进一步的深入研究。