集裝箱式污水回用設備處理高速公路生活污水的試驗研究

肖志偉，陳秀波

（交通運輸部環(huán)境保護中心，北京100013）

0 引言

高速公路分散式生活污水產(chǎn)生于兩個時期：一個是高速公路建設期；另一個是高速公路建成運營期。前者主要是施工人員產(chǎn)生的生活污水，后者來源于公路運營后駕乘人員使用的附屬設施產(chǎn)生的生活污水。

高速公路建設期較長，一般為2～5 年，在重要節(jié)點工程，如大橋大隧工程，施工人員可以達到100 人以上，每日產(chǎn)生的生活污水量可以達到10t，而目前，這部分生活污水一般采用化糞池等進行簡單處理，不能保證污水排放達標。高速公路建成后，隨著交通量的增加，服務區(qū)、停車區(qū)等附屬設施產(chǎn)生的生活污水量也逐漸增加。而目前采用的一體化污水處理設備是按照遠期污水量進行設計的，在運行初期，由于設備處理能力偏大，而污水量產(chǎn)生較小，導致設備不能連續(xù)運行，污水得不到有效處理，同時，也造成了投資和能源的浪費。當污水處理采用生化法時，需要配備專業(yè)技術(shù)人員對污水處理設備進行日常維護、管理，并要有專門的化驗儀器或者試驗室，但是目前大多數(shù)高速公路運行管理單位尚不具備這些條件[1]。

本試驗采用的集裝箱式污水回用設備屬于移動式污水處理設備，可應用于高速公路建設期與運營期全過程，并對多個分散污水源進行處理，有利于提高設備利用效率，節(jié)約污水處理設備投資，通過專業(yè)化管理，有利于提高污水處理的水平。

1 工藝流程及設備

1.1 工藝流程

針對高速公路水質(zhì)水量的特點[2-3]，采用生物膜反應器-連續(xù)超濾膜過濾工藝，其工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

為避免設備運行過程中可能出現(xiàn)的生物膜反應器故障或運行不穩(wěn)定對后續(xù)超濾膜產(chǎn)生影響，沉淀池出水可直接外排。

1.2 主要設備結(jié)構(gòu)

移動污水回用設備采用20ft標準集裝箱作為載體，除化糞池和調(diào)節(jié)池外，其余構(gòu)筑物及機電設備均安裝在集裝箱內(nèi)。

初沉池、生物膜反應器和沉淀池采用一體化制造，考慮到設備的可移動性，每個池子底部設置有排泥管，每個反應池距底部1/3處設置有排空管。運輸?shù)跹b前，停止曝氣，靜置沉淀后，可將反應池內(nèi)上清液排空，而保留懸浮污泥，減輕設備質(zhì)量以方便運輸。反應池內(nèi)安裝有組合填料。進水管、出水管和排泥（空）管均采用快速接口，以方便管道連接。其結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

圖2 生化結(jié)構(gòu)工藝圖

連續(xù)膜過濾技術(shù)（CMF）是新型污水處理的典型工藝之一[4]，具有占地面積小、處理效果好、運行穩(wěn)定、對原水水質(zhì)波動能力強、運行費用低等優(yōu)勢，在再生水回用領(lǐng)域應用廣泛。連續(xù)超濾過濾工藝主要由進水系統(tǒng)（中間水箱、循環(huán)泵）、膜前處理設備（保安過濾器）、主機系統(tǒng)（超濾膜、機架）、反洗系統(tǒng)（反洗水箱、反洗泵、反洗加藥泵）、化學清洗系統(tǒng)（清洗箱、化學清洗泵或化學循環(huán)泵）和供氣系統(tǒng)（空壓機、儲氣罐）組成。

1.3 主要設備及運行控制

機電設備由PLC控制，通過調(diào)整泵與風機的不同運行狀態(tài)，可以實現(xiàn)不同的處理功能。

1.3.1 預處理

受現(xiàn)場條件限制，調(diào)節(jié)池是一個截面為1m×1m、有效水深為2m的池子，初沉池與生化模塊合建。為防止頭發(fā)等細小輕微的物體進入后續(xù)膜處理模塊，在泵前設置了雙層格柵井，外層格柵孔徑為5mm，內(nèi)層格柵孔徑為0.5mm。

1.3.2 生物膜反應器

生物膜反應器外部尺寸為4.4m×1.5m×2.10m，初沉池、三級生物膜反應池和斜板沉淀池容積比為1∶0.8∶0.8∶0.8∶1。多級好氧膜生物反應器有利于提高硝化性能[5]，填料層高度為1m。鼓風機采用百事德回轉(zhuǎn)式HC401S 型風機，潛污泵采用百事德50PU2.4型。

1.3.3 膜處理模塊

由于進水量較小，因而采用單支超濾膜組件，按照單支膜處理能力配置相關(guān)設備，單個模塊處理能力設計為48m3/d。中空纖維超濾膜采用膜天UOF—4b 型中空纖維膜組件，膜進水泵（兼化學清洗泵）采用粵華WB70/055 型，反洗泵采用粵華WB70/055型，空壓機采用佳朋VW—0.11/7型。

2 試驗情況

2.1 試驗用水

試驗用水收集的是天津某高校2 座6 層學生宿舍的生活污水。

2.1.1 原水水質(zhì)

原污水來自宿舍樓的合建化糞池。原污水經(jīng)化糞池調(diào)節(jié)后，由潛污泵提升進入處理系統(tǒng)。經(jīng)過連續(xù)測定，原污水質(zhì)指標見表1。

表1 進水水質(zhì)

2.1.2 處理規(guī)模和處理要求

設計日處理量為48m3，變化系數(shù)為1.1～1.2，最大時處理水量為2.5m3。污水經(jīng)處理后，用于附近園圃綠化，要求滿足《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920—2002）中城市綠化標準。

2.2 工程現(xiàn)場及設備運行情況

預處理完成后，在工程現(xiàn)場進行試驗，受現(xiàn)場條件限制，調(diào)節(jié)池為一個截面積為1m×1m、有效水深為2m的池子，初沉池與生化模塊合建。

2.3 系統(tǒng)運行及處理效果

設備采用連續(xù)進水、連續(xù)曝氣的方式運行，生物膜反應器水力停留時間為4～8h，設備自2012年8月—2014年1月連續(xù)穩(wěn)定運行，期間未出現(xiàn)大的裝置設備故障，整體出水水質(zhì)、水量穩(wěn)定。最終出水滿足生活雜用水水質(zhì)標準，產(chǎn)水水質(zhì)及標準見表2。

表2 出水水質(zhì)

3 效益分析

本項目全部裝置投資總額為21 萬元。運行過程中，每噸水耗電0.6kW·h，按照每千瓦時0.5 元計算，每天需要20 元。每噸水加入0.02 元的藥劑，每天需要1元。設備折舊費主要包括膜折舊和設備折舊兩個部分，膜折舊年限按照5年計算，設備折舊年限按照15年計算。

本系統(tǒng)膜組件的面積為40m2，按照120 元/m2計算，膜組件的投資額為40×120=4800（元），相對于裝置整體，需要3套膜組件，則膜組件的折舊費為：4800÷5÷365×3=7.8（元）。

設備折舊費按照系統(tǒng)投資21 萬（不包括外部管網(wǎng)）計算，則設備折舊費為：210000÷15÷365=38.4（元）。因此，每日中水站總費用為：20+1+7.8+38.4=67.2（元）。該設備平均日產(chǎn)水量按照45t計算，每噸中水成本為1.50 元。產(chǎn)水最終代替自來水用于綠化及洗車，自來水成本為每噸5.0 元，如使用再生水，則每噸可節(jié)約成本3.5元，每年運行時間按照330d 計算，則全年節(jié)約用水成本為：3.5×45×330=5.2×104（元）。

4 結(jié)論

（1）采用移動式生物膜-連續(xù)超濾膜工藝污水回用設備處理生活污水，可以實現(xiàn)生活污水的回用，適用性較強，出水水質(zhì)較好，能夠滿足《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920—2002）綠化用水水質(zhì)標準，并且具有較好的經(jīng)濟價值。

（2）移動式生物膜-連續(xù)超濾膜工藝通過調(diào)節(jié)進水泵和風機的運行狀態(tài)，可以實現(xiàn)接觸氧化或類似SBR[6]的功能，能夠適應不同的水量和水質(zhì)，因此，具有較好的適用性。

（3）該設備在經(jīng)濟上、技術(shù)上均具有一定的可行性，但仍需開展進一步的試驗研究和工程實踐論證。

[1] 趙琴.我國高速公路沿線設施污水處理方法研究[D].西安：長安大學，2003：51-54.

[2] 胡博，何霞，張曉寧，等.高速公路服務區(qū)污水水質(zhì)水量特征調(diào)查[J].凈水技術(shù)，2010，29（5）：46-49.

[3] USEPA. Onsite Wastewater Treatment Systems Manual[R].Washington D.C.：U.S.Environmental Protection Agency,2002.

[4] 陳德強，石鳳林，周古雙，等.連續(xù)膜過濾技術(shù)在市政污水深度處理中的應用[J]. 中國給水排水，2009，25（24）：64-68.

[5] 李先寧，宋海亮，呂錫武，等.反應器分區(qū)提高生物接觸氧化硝化性能的研究[J]. 中國環(huán)境科學，2006，26（1）：62-66.

[6] 竺建榮，沈海銘，汪誠文，等.厭-好氧交替工藝處理遼河油田廢水的試驗[J].環(huán)境科學，1999，20（1）：62-64.