地埋式一體化MBR 膜污水處理裝置在黃委節(jié)水機(jī)關(guān)建設(shè)中的應(yīng)用*

賈 倩 ，朱夢(mèng)潔 ，胡亞偉 ，王軍濤 ，宋常吉 ，靳曉輝

（1.黃河水利委員會(huì)黃河水利科學(xué)研究院，河南 鄭州 450003；2.河南黃河河務(wù)局，河南 鄭州 450003）

1 黃委機(jī)關(guān)用水量現(xiàn)狀

統(tǒng)計(jì)分析2016 年至2018 年黃委機(jī)關(guān)用水總量分別為：39576m3、36555m3、45482m3，三年年均用水量約為40537m3，按鄭州市現(xiàn)行水價(jià)5.95 元/m3計(jì)，年均水費(fèi)24萬(wàn)元左右。用水范圍主要包括：辦公區(qū)域洗漱沖廁用水、綠化用水、食堂用水、純凈水等（具體用水量詳見(jiàn)表1）。據(jù)統(tǒng)計(jì)，黃委機(jī)關(guān)大樓辦公人數(shù)共計(jì)1682 人（包括在編人員、借調(diào)人員、保安、保潔人員和來(lái)訪人員），人均用水量為66.0L/日·人。

在其用水量對(duì)比分析中可知，黃委機(jī)關(guān)辦公用水和綠化用水占年均用水總量比例較大，分別占比33.0%和32.8%，其次是食堂用水，其占比23.8%，純凈水和空調(diào)補(bǔ)水占年均用水總量比例較小，分別為7.2%和3.2%。

目前黃委機(jī)關(guān)人均用水量為66.0L/日·人，人均用水量未達(dá)到節(jié)水技術(shù)指標(biāo)54.0L/日·人的要求，且無(wú)雨水、灰水、尾水、冷凝水積蓄回用設(shè)施，應(yīng)通過(guò)建設(shè)非常規(guī)水源利用設(shè)施通過(guò)實(shí)施節(jié)水改造和制度建設(shè)，達(dá)到水利行業(yè)節(jié)水機(jī)關(guān)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)揮示范標(biāo)桿作用（見(jiàn)圖1）。

表1 2016 年－2018 年度平均用水量初步測(cè)算表 單位：m3

圖1 2016 年－2018 年度各用水量占比圖

2 地埋式一體化MBR 膜污水處理裝置建設(shè)方案及運(yùn)行原理

2.1 建設(shè)方案

地埋式一體化MBR 膜污水處理裝置具有經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便、全自動(dòng)控制、運(yùn)行安全可靠、處理效率高、占地面積小、管理方便等一系列優(yōu)勢(shì)[1-2]，可以有效地緩解管網(wǎng)建設(shè)壓力，適合節(jié)水機(jī)關(guān)建設(shè)分散式污水處理的要求，MBR 工藝技術(shù)成熟，發(fā)展穩(wěn)定，無(wú)論在工程投資還是運(yùn)行成本上均存在較大優(yōu)勢(shì)[3-4]。

黃委機(jī)關(guān)大樓非常規(guī)水利用主要包括防汛大樓屋面雨水、純凈水尾水、中央空調(diào)冷凝水、灰水的收集，利用雨落管（雨水井）、污水管道、廢棄暖氣管道、新建收集管道、調(diào)蓄井（沉淀井）等，最后匯水至院內(nèi)廢棄地防空洞調(diào)蓄，經(jīng)過(guò)濾、沉淀等水質(zhì)凈化處理后，主要用于黃委大院內(nèi)草木植物的自動(dòng)化灌溉，實(shí)現(xiàn)黃委機(jī)關(guān)大院雨污分流。

本工程處理的污水性質(zhì)為綜合性污水，主要收集黃委防汛大樓內(nèi)洗漱廢水、保潔廢水等灰水。根據(jù)2016-2018 年項(xiàng)目區(qū)域人均用水量、節(jié)水改造后的預(yù)估節(jié)水率、防汛大樓內(nèi)辦公人員數(shù)量（956 人），乘以適當(dāng)?shù)谋壤禂?shù)（根據(jù)參考資料，洗漱用水量：沖廁用水量為1：4）和回收系數(shù)（按0.8 系數(shù)計(jì)算），計(jì)算可知，防汛大樓可收集灰水量為880m3/a。收集后的灰水接入本樓層冷凝管道。

綜上，通過(guò)本項(xiàng)目實(shí)施，預(yù)計(jì)收集回用非常規(guī)水量約3890.90m3/a（包括雨水 1250.90m3/a，尾水 1460m3/a、冷凝水300m3/a、灰水880m3/a）。本次水質(zhì)處理按照15m3/天設(shè)計(jì)。根據(jù)水中污染物的成分，擬采用AA/O+MBR 膜+消毒處理的主體工藝。整體設(shè)備采用黃科院引黃灌溉中心的專利產(chǎn)品：埋式一體化污水處理裝置（專利產(chǎn)品，專利號(hào)：201620163936.0）。

處理后的廢水達(dá)到該廢水處理后執(zhí)行國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局發(fā)布的污水處理后達(dá)到GB18918-2002 一級(jí)A 排放標(biāo)準(zhǔn)，用于澆花澆樹(shù)噴灑路面等等。

表2 一體化MBR 膜污水處理裝置進(jìn)出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

2.2 處理工藝及運(yùn)行原理

黃委大樓灰水和空調(diào)冷凝水通過(guò)收集管道排放至黃委大院東南角的污水收集池，首先在污水收集池進(jìn)行過(guò)濾，沉淀和攔截，去除體積較大的懸浮物、漂浮物等；然后污水經(jīng)過(guò)自流進(jìn)入調(diào)節(jié)池，進(jìn)行水量和水質(zhì)的均勻分配；調(diào)節(jié)池中的水由泵送入一體化設(shè)備生化系統(tǒng)的厭氧池，此單元污水停留3h 左右，通過(guò)兼氧性微生物的酸化水解和硝化反應(yīng)將污水中的難溶解有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可溶解性有機(jī)物，將大分子物質(zhì)分解為小分子物質(zhì)，同時(shí)利用部分有機(jī)物合成維持厭氧菌生長(zhǎng)繁殖所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。厭氧后污水自流進(jìn)入接觸好氧池停留6h 左右，進(jìn)行好氧生物反應(yīng)徹底分解去除大部分有機(jī)物，降解污水中的氨氮，同時(shí)降低污水中的COD 值；附著在填料上的微生物利用有機(jī)物分解產(chǎn)生的無(wú)機(jī)碳源或空氣中的二氧化碳作為營(yíng)養(yǎng)源，將污水中的氨氮轉(zhuǎn)化為NO2-N、NO3-N，好氧池后端的MBR 系統(tǒng)由浮球開(kāi)關(guān)控制此系統(tǒng)的啟閉，水經(jīng)該系統(tǒng)由自吸泵抽出，進(jìn)入消毒池進(jìn)行消毒處理，使水得到深度凈化，以達(dá)到要求的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

MBR 膜工藝說(shuō)明：

需處理水由泵定量進(jìn)入設(shè)備主體當(dāng)中，進(jìn)水時(shí)進(jìn)行適當(dāng)緩沖。當(dāng)水位達(dá)到一定程度時(shí)，自吸泵啟動(dòng)。MBR膜由高性能沉浸式PVDF 材質(zhì)膜元件，由于PVDF 材質(zhì)膜0.3 微米的孔徑能夠阻止好氧細(xì)菌通過(guò)，所以可將曝氣池中的好氧菌全部隔離滯留在曝氣池中，從而實(shí)現(xiàn)了污泥與污水的分離，各種懸浮顆粒、細(xì)菌、藻類、COD 及有機(jī)物均得到有效的去除，自吸泵啟動(dòng)的同時(shí)，風(fēng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)。風(fēng)機(jī)進(jìn)入膜絲底部的生氣管，當(dāng)空氣向上排出時(shí)，吹動(dòng)膜絲搖擺，膜絲之間互相摩擦，可以將附著在膜絲上的大的懸浮物碰撞掉，防止進(jìn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)之后，堵塞膜絲，起到一個(gè)氣擦洗的作用以保證膜孔暢通。

圖2 處理工藝及原理圖

一體化MBR 膜設(shè)備設(shè)計(jì)處理量16m3/天，設(shè)備規(guī)格大小為3.5m*2m*2.5m。設(shè)備上面留有4 個(gè)檢修口，主要為用于風(fēng)機(jī)水泵等設(shè)備的維護(hù)檢修工作，其中3 個(gè)檢修口為直徑為50cm 的圓形，風(fēng)機(jī)檢修口為邊長(zhǎng)為80cm 的正方形，設(shè)備電控設(shè)備已內(nèi)置于一體化設(shè)備中，不再單獨(dú)留有電控間，設(shè)備安裝間即設(shè)備的基礎(chǔ)土建，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量情況，滿足設(shè)備安裝要求。進(jìn)水口位于設(shè)備高1.85m 的處，進(jìn)水管采用PVC 管，管子直徑為25mm，出水口位于設(shè)備高1.80m 處，出水管采用PVC 管，管子直徑為50mm。

圖3 水質(zhì)凈化設(shè)施工藝流程

3 地埋式一體化MBR 膜污水處理裝置處理效果分析

污水在設(shè)備中停留時(shí)間不同，其出水效果也不同，不同污水停留時(shí)間情況下MBR 膜一體化設(shè)備的進(jìn)出水效果及去除率如表3 所示，設(shè)備污水停留時(shí)間為6h 時(shí)，MBR 膜一體化設(shè)備對(duì)SS（固體懸浮物）、BOD5（5 日生物需氧量）、COD（化學(xué)需氧量）、TN（總氮）、氨氮和總磷的去除率分別為64.17%、61.62%、54.11%、9.68%、20.41%和26.53%；污水停留時(shí)間為8h 時(shí)，MBR 膜一體化設(shè)備對(duì)SS（固體懸浮物）、BOD5（5 日生物需氧量）、COD（化學(xué)需氧量）、TN（總氮）、氨氮和總磷的去除率分別為75.49%、72.23%、67.53%、14.84%、34.69%和 63.27%；污水停留時(shí)間為10h 時(shí)，MBR 膜一體化設(shè)備對(duì)SS（固體懸浮物）、BOD5（5 日生物需氧量）、COD（化學(xué)需氧量）、TN（總氮）、氨氮和總磷的去除率分別為88.24%、81.82%、78.79%、21.94%、54.08%和83.67%。隨著污水在設(shè)備中停留時(shí)間的延長(zhǎng)，對(duì)污染物的去除效果越明顯，水力停留時(shí)間為10h 時(shí)，對(duì)污染物的去除效果最好，各污染物的去除率均最高。

表3 不同停留時(shí)間下污染物平均進(jìn)出水情況和處理效果

設(shè)備設(shè)置污水停留時(shí)間為10h，設(shè)備運(yùn)行后分別于2019 年 10 月、2019 年 12 月和 2020 年 4 月取進(jìn)水水樣和出水水樣進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)指標(biāo)為SS（固體懸浮物）、BOD（55 日生物需氧量）、COD（化學(xué)需氧量）、TN（總氮）、氨氮和總磷。分析結(jié)果得知地埋式一體化MBR 膜污水處理裝置對(duì)上述六項(xiàng)指標(biāo)有良好處理效果。2019 年4 月、2019 年12 月和2020 年4 月設(shè)備對(duì)SS 的去除率分別為90.2%、89.9%和90.8%；對(duì)BOD5的去除率分別為89.1%、88.8%和 89.4%；對(duì)COD 的去除率分別為77.7%、76.1%和76.1%；對(duì)TN 的去除率分別為22.8%、28.2%和37.0%；對(duì)氨氮的去除率分別為50.0%、54.2%和50.0%；對(duì)總磷的去除率分別為86.8%、88.7%和90.4%，經(jīng)裝置處理后出水水樣可達(dá)到一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 污水處理效果分析圖

2019 年9 月，黃委節(jié)水機(jī)關(guān)建設(shè)進(jìn)入試運(yùn)行階段，當(dāng)月總用水量為2488.6 噸，較2018 年同期總用水量（4135噸）降低39.82%；當(dāng)月人均用水量39.94L/人·d（含黃委食堂及河南局食堂用水），低于節(jié)水機(jī)關(guān)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)中的人均用水量指標(biāo)43.2L/人·d（河南省公共管理和社會(huì)組織用水定額為60L/人·d，不含食堂用水。按照最嚴(yán)格的用水定額調(diào)節(jié)系數(shù)（0.8）和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)（0.9）計(jì)算人均用水量指標(biāo)，0.9×0.8×用水定額 60L/人·d=43.2L/人·d）。試運(yùn)行期節(jié)水效果顯著。

4 結(jié)論

本工程實(shí)施后，排入環(huán)境的污染物顯著減少。另外，能有效提高機(jī)關(guān)大院內(nèi)部及周圍的衛(wèi)生水平，不僅保護(hù)員工的身體健康，而且滿足了院內(nèi)灌溉用水的需要。

生活污水治理是實(shí)施節(jié)水機(jī)關(guān)建設(shè)、人居環(huán)境改善的重點(diǎn)任務(wù)，各地應(yīng)因地制宜地選擇合理的治理技術(shù)，地埋式一體化MBR 膜污水處理裝置在黃委節(jié)水機(jī)關(guān)建設(shè)中對(duì)污染物處理效果好，集成化程度較高，全程自動(dòng)化控制，占地面積較小，將會(huì)在后續(xù)節(jié)水機(jī)關(guān)建設(shè)非常規(guī)水收集再利用模塊中起到重要作用。