組合工藝處理醫(yī)院生活污水的對(duì)比研究

曹井國(guó)，王晶，寧立群，劉肖，李萌，楊宗政，于俊利

（1.天津科技大學(xué)化工與材料學(xué)院，天津300457；2.北京市自來(lái)水集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)研究院，北京100012；3.北京市供水水質(zhì)工程技術(shù)研究中心，北京100012；4.天津科技大學(xué)海洋與環(huán)境學(xué)院，天津300457；5.天津中天海盛環(huán)?？萍加邢薰?，天津300384）

組合工藝處理醫(yī)院生活污水的對(duì)比研究

曹井國(guó)1，王晶2，3，寧立群4，劉肖4，李萌4，楊宗政1，于俊利5

（1.天津科技大學(xué)化工與材料學(xué)院，天津300457；2.北京市自來(lái)水集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)研究院，北京100012；3.北京市供水水質(zhì)工程技術(shù)研究中心，北京100012；4.天津科技大學(xué)海洋與環(huán)境學(xué)院，天津300457；5.天津中天海盛環(huán)?？萍加邢薰荆旖?00384）

分別采用接觸氧化組合工藝和MBR組合工藝處理醫(yī)院生活污水，對(duì)處理效果及運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明：接觸氧化組合工藝處理效果受填料比影響較大，當(dāng)填料比為20%時(shí)，對(duì)COD、氨氮、濁度的去除率最高分別為88%、88%、96%；處理同樣醫(yī)院廢水的情況下，MBR組合工藝對(duì)COD、氨氮、濁度的去除率最高分別為75%、79%、98%，由于截留能力的差異，MBR出水中的微生物含量顯著低于接觸氧化出水，在滿足排放標(biāo)準(zhǔn)情況下，MBR組合工藝的消毒劑用量相對(duì)較低；經(jīng)濟(jì)分析表明，同等規(guī)模的組合工藝，兩者的總投資相差不大，MBR組合工藝的運(yùn)行費(fèi)用略高。

接觸氧化；膜生物反應(yīng)器；組合工藝；醫(yī)院廢水

從本質(zhì)上講，醫(yī)院廢水水質(zhì)與生活污水水質(zhì)類似，但為了防止醫(yī)院污水中的病原微生物進(jìn)入環(huán)境，《醫(yī)療機(jī)構(gòu)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18466—2005）對(duì)廢水的消毒進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定。然而，消毒劑使用后，也會(huì)帶來(lái)產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物的潛在危害〔1〕，因此，研究人員對(duì)醫(yī)院污水消毒過(guò)程以及污水處理過(guò)程伴生的氣體及污泥也進(jìn)行了一系列的研究〔2-3〕。

目前，接觸氧化工藝和MBR工藝逐漸成為醫(yī)院污水處理的主流工藝〔4〕。接觸氧化工藝具有節(jié)能、生物量高、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而MBR工藝與接觸氧化工藝相比，能耗略高，但產(chǎn)水水質(zhì)好〔5〕，并且可減少消毒劑的用量〔6〕。

針對(duì)某醫(yī)院污水，分別采用接觸氧化組合工藝和MBR組合工藝進(jìn)行處理，對(duì)兩種工藝的處理效果及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析，以期為同類廢水處理項(xiàng)目提供參考和借鑒。

1　材料與方法

1.1廢水來(lái)源及水質(zhì)

原水取自天津港口醫(yī)院集水井綜合廢水，水質(zhì)如表1所示。

表1　原水水質(zhì)

1.2污泥來(lái)源

活性污泥取自泰達(dá)污水處理廠曝氣池，投加量約為3 000 mg/L。

1.3實(shí)驗(yàn)裝置

接觸氧化組合工藝流程如圖1所示。

圖1　接觸氧化組合工藝實(shí)驗(yàn)裝置示意

接觸氧化組合工藝實(shí)驗(yàn)裝置由調(diào)節(jié)池、水解酸化池、兩級(jí)接觸氧化池、沉淀池及消毒池組成，調(diào)節(jié)池尺寸360 mm×145 mm×480 mm；水解酸化池尺寸350 mm×145 mm×480 mm；每個(gè)接觸氧化池尺寸480 mm×150 mm×480 mm，底部設(shè)曝氣；沉淀池為豎流式，尺寸150 mm×150 mm×480 mm，設(shè)氣提裝置，將一部分污泥回流至水解酸化池；消毒池尺寸150 mm×150 mm×480 mm，有效水深均為380 mm。通過(guò)蠕動(dòng)泵將污水從醫(yī)院集水井泵入調(diào)節(jié)池，經(jīng)處理和消毒后溢流排出。進(jìn)水流量約為6 L/h，好氧區(qū)水力停留時(shí)間約為9 h，氣水比為15∶1，總水力停留時(shí)間約為18 h，連續(xù)運(yùn)行40 d。

后來(lái)的日子里，紫云心里很不踏實(shí)，肚子鬧騰得厲害，整日往池子里吐苦水，莫非有了孩子？這事還不能讓丈夫知道。

MBR組合工藝流程如圖2所示。

MBR組合工藝實(shí)驗(yàn)裝置由調(diào)節(jié)池、沉淀池、MBR反應(yīng)池和消毒池組成，調(diào)節(jié)池尺寸360 mm× 145 mm×480 mm；沉淀池尺寸350 mm×145 mm× 480 mm，MBR反應(yīng)池尺寸480 mm×150 mm×480 mm；消毒池尺寸150 mm×150 mm×480 mm，有效水深為380 mm，調(diào)節(jié)池和MBR池中安裝曝氣管，氣水比分別為10∶1和20∶1，膜組件為微濾膜，膜面積為0.5 m2，過(guò)濾孔徑為0.22 μm。原水通過(guò)蠕動(dòng)泵從集水井送入調(diào)節(jié)池，進(jìn)水流量約為6 L/h，膜出水泵采用間歇運(yùn)行模式，運(yùn)行8 min、停止運(yùn)行2 min，產(chǎn)水經(jīng)消毒后溢流排出，好氧區(qū)水力停留時(shí)間約為8 h，總水力停留時(shí)間約為12 h，連續(xù)運(yùn)行72 d。

圖2　MBR組合工藝實(shí)驗(yàn)裝置

2　結(jié)果與討論

2.1COD的去除效果

接觸氧化組合工藝與MBR組合工藝對(duì)COD的去除效果如圖3所示。

圖3　接觸氧化組合工藝對(duì)COD的去除效果

由圖3可見(jiàn)，進(jìn)水COD為176～260 mg/L，隨著填料比的增加，去除效果提高。填料比例為10%時(shí)，系統(tǒng)出水COD為36～60 mg/L，COD去除率為76%～79%；填料比例為15%時(shí)，系統(tǒng)出水COD為35～43 mg/L，COD去除率為80%～83%；填料比例為20%時(shí)，系統(tǒng)出水COD為28～40 mg/L，COD去除率為83%～88%。較高的填料比能夠?yàn)槲⑸锾峁┹^多的載體和傳質(zhì)面積，對(duì)有機(jī)物的降解有利。

MBR組合工藝對(duì)COD的去除效果如圖4所示。

圖4　MBR組合工藝對(duì)COD的去除效果

由圖4可見(jiàn)，進(jìn)水COD為172～200 mg/L，出水COD為45～60 mg/L，COD去除率為69%～75%，當(dāng)運(yùn)行天數(shù)為21 d時(shí)，COD去除率趨于穩(wěn)定，滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。接觸氧化池內(nèi)填料除提供微生物停留場(chǎng)所外，還能增加氧氣擴(kuò)散的距離，進(jìn)而提高氧氣在水中的停留時(shí)間，從而增加了微生物與氧氣的接觸時(shí)間，進(jìn)而提高了氧氣的利用率。MBR反應(yīng)器中，為了減緩膜污染程度，曝氣量通常較大。另一方面，不設(shè)置填料也使氧氣的利用率相對(duì)較低，因此，在筆者研究中，MBR組合工藝對(duì)有機(jī)物的去除率較接觸氧化組合工藝低，與填料比為10%的接觸氧化效果接近。

2.2NH3-N的去除效果

接觸氧化組合工藝對(duì)NH3-N的去除效果如圖5所示。

圖5　接觸氧化組合工藝對(duì)NH3-N的去除效果

組合MBR對(duì)NH3-N的去除效果如圖6所示。

圖6　MBR組合工藝對(duì)NH3-N的去除效果

由圖6可見(jiàn)，在運(yùn)行周期內(nèi)，進(jìn)水NH3-N為65～81 mg/L，出水NH3-N為14～20 mg/L，NH3-N去除率為76%～78%，在運(yùn)行天數(shù)為15 d時(shí)，NH3-N去除率達(dá)到最高，為79%，之后趨于穩(wěn)定，最終出水NH3-N為15 mg/L。

在有氧的情況下，硝化細(xì)菌將NH3-N硝化成硝酸鹽，在接觸氧化池的填料上，容易富集世代周期長(zhǎng)的硝化細(xì)菌，而MBR反應(yīng)器由于膜截留作用，也為硝化細(xì)菌的富集提供了有利條件，研究中MBR組合工藝對(duì)NH3-N的去除率低于接觸氧化工藝，也同樣是由于氧利用率的原因?qū)е?，但同比有機(jī)物的去除，MBR組合工藝對(duì)NH3-N的去除效果與填料比為20%的接觸氧化效果接近。

2.3濁度的去除效果

接觸氧化組合工藝對(duì)濁度的去除效果如圖7所示。

圖7　接觸氧化組合工藝對(duì)濁度的去除效果

由圖7可見(jiàn)，進(jìn)水濁度為120～180 NTU，填料比例為10%時(shí)，系統(tǒng)出水波動(dòng)相對(duì)較大，為15～27 NTU，濁度去除率為84%～87%；填料比例為15%時(shí)，系統(tǒng)出水濁度為12～19 NTU，濁度去除率為85%～93%；填料比例為20%時(shí)，系統(tǒng)出水濁度波動(dòng)比較小，為3～16 NTU，濁度去除率為90%～96%。

進(jìn)水濁度為120～133 NTU，運(yùn)行時(shí)間為69 d，考察組合MBR工藝的濁度去除效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，出水濁度穩(wěn)定在0.04～0.09 NTU之間，濁度去除率為92%～98%。由于采用過(guò)濾孔徑為0.22 μm的微濾膜作為固液分離單元，MBR組合工藝對(duì)活性污泥具有相對(duì)較好的截留作用，對(duì)濁度的去除效果較接觸氧化組合工藝好，然而，膜污染及膜維護(hù)一直是限制膜技術(shù)應(yīng)用的最大障礙，膜的使用壽命受膜材料、混合液性質(zhì)、進(jìn)水水質(zhì)和操作條件等制約〔7〕。有研究人員將MBR工藝延長(zhǎng)，在前端增加預(yù)處理單元，如接觸氧化池〔8〕，筆者也在MBR工藝前增加了預(yù)氧化單元，目的都是減少M(fèi)BR內(nèi)污泥濃度，改善操作條件，從而延長(zhǎng)膜組件的使用壽命。

2.4病原微生物的去除效果

經(jīng)過(guò)優(yōu)化，接觸氧化組合工藝與MBR組合工藝的次氯酸鈉投加質(zhì)量濃度分別為30 mg/L和10 mg/L，對(duì)微生物的去除效果如表2所示。

表2　糞大腸菌群總數(shù)及去除率（平均值）

廢水經(jīng)接觸氧化組合工藝處理后，微生物數(shù)量有所降低，對(duì)糞大腸菌群的平均對(duì)數(shù)去除率為0.91%，經(jīng)消毒處理后，大部分微生物得到去除，對(duì)糞大腸菌群的平均對(duì)數(shù)去除率為6.23%。相對(duì)應(yīng)的，廢水經(jīng)過(guò)MBR組合工藝后，對(duì)糞大腸菌群的平均對(duì)數(shù)去除率為2.92%，經(jīng)消毒處理后，大部分微生物得到去除，對(duì)糞大腸菌群的平均對(duì)數(shù)去除率為6.57%，MBR組合工藝對(duì)微生物具有較好的去除效果，因此，在相同的消毒效果下，藥劑投加量明顯減少。

2.5經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

以處理水量500 t/d為例，兩種組合工藝的投資及運(yùn)行費(fèi)用：接觸氧化組合工藝的土建費(fèi)為50～65萬(wàn)元，設(shè)備費(fèi)為70～75萬(wàn)元，綜合投資為120～140萬(wàn)元，工藝運(yùn)行電費(fèi)為0.4～0.5元/d，耗材及維護(hù)費(fèi)用約為0.1元/d，藥劑費(fèi)約為0.15元/d，運(yùn)行費(fèi)用合計(jì)0.65～0.75元/d；MBR組合工藝土建費(fèi)為30～40萬(wàn)元，設(shè)備費(fèi)為100萬(wàn)元，綜合投資為125～140萬(wàn)元，與接觸氧化組合工藝相比，基本持平，電費(fèi)為0.5～0.6元/d，耗材及維護(hù)費(fèi)用約為0.2元/d，藥劑費(fèi)約為0.05元/d，運(yùn)行費(fèi)用合計(jì)0.75～0.85元/d，與接觸氧化組合工藝相比略高。

3　結(jié)論

對(duì)比了接觸氧化組合工藝與MBR組合工藝對(duì)有機(jī)物、NH3-N、濁度、糞大腸桿菌的去除效果，并以500 t/d工程為例進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：在好氧區(qū)水力停留時(shí)間、污泥濃度、進(jìn)水水質(zhì)和水量都相近的情況下，接觸氧化組合工藝在有機(jī)物和NH3-N處理效果上優(yōu)于MBR組合工藝，但在濁度以及糞大腸桿菌的處理能力上，MBR組合工藝優(yōu)于接觸氧化工藝；兩種組合工藝的基建投資相近，MBR組合工藝的運(yùn)行費(fèi)用略高?；卺t(yī)院廢水對(duì)致病微生物的特殊排放要求，MBR組合工藝在該類廢水的處理中將擁有較大的優(yōu)勢(shì)。

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Comparative study on hospital domestic sewage treated by combined process

Cao Jingguo1，Weng Jing2，3，Ning Liqun4，Liu Xiao4，Li Meng4，Yang Zongzheng1，Yu Junli5
（1.School of Chemical Engineering and Material，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300457，China；2.Instunitute of Technology of Beijing Waterworks Group Co.，Ltd.，Beijing，100012，China；3.Beijing Engineering Research Center for Drinking Water Quality，Beijing，100012，China；4.College of Marine and Environmental Sciences，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300457，China；5.Tianjin Zhongtian Haisheng Environmental Protection Science and Technology Co.，Ltd.，Tianjin 300384，China）

Biologicalcontactoxidationhybridprocess（BCOH）andmembranebiologicalreactorhybridprocess（MBRH）have been used for treating hospital sewage，respectively，and the treatment effects and operation costs compared. The results show that the treatment effect of contact oxidation hybrid process is influenced by packing ratio more greatly.When the packing ratio is about 20%，the highest removing rates of COD，NH3-N and turbidity could achieve 88%，88%and 96%，respectively.When the hospital sewage is treated under similar conditions，the highest removing rates of COD，NH3-N and turbidity by MBR hybrid process are 75%，79%，98%，respectively.Because of the difference of interception abilities，the microbial content in MBR effluent is obviously lower than that in contact oxidation effluent.Under the conditions of meeting the discharge standard，the dosage of disinfectant for MBR hybrid process is relatively lower.The economic analysis shows that when the scales of hybrid processes are equal，the difference between the total investments of both of them is not big，and the running costs of MBR hybrid process is slightly higher.

comparative study；contact oxidation；membrane biological reactor；hybrid process；hospital sewage

X703

A

1005-829X（2016）05-0036-04

科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金項(xiàng)目（12C26211200543）

曹井國(guó)（1980—），博士，副教授。E-mail：cjg@tust.edu. cn。通訊聯(lián)系人：楊宗政，博士，教授。E-mail：yzz320@tust. edu.cn。

2016-02-10（修改稿）