復合填料曝氣生物濾池在中水回用中的應用及效益分析

章 君， 黃 磊

(1.浙江省工業環保設計研究院有限公司， 杭州 310005;2.上海百利加防腐工程有限公司， 上海 200025)

水是地球上一切生命賴以生存、不可缺少的重要物質，又是不可替代的重要自然資源。由于世界人口增長和社會經濟的發展，人類的用水量劇增，原有的清潔水資源受到人類活動的污染，使地球上水資源利用日趨緊缺。供水不足給城市工業造成巨大的危機，同時給城市居民生活造成許多困難和不便，因此必須加快措施研發水資源可持續利用技術，合理配置污水資源化，以緩解城市水資源緊缺狀況。近年來，中水回用作為保護水資源和使水資源增值的一種重要途徑，可有效緩解水資源的緊缺問題[1－2]，在國內外越來越多地被廣泛應用。

浙江長興某污水處理廠為了貫徹國家規劃“十二五”的節能減排政策，提高水的重復利用率和污水資源化水平，擬采用復合填料曝氣生物濾池工藝對污水處理廠出水進行深度處理后作為中水回用。處理后的出水用于廠區道路清洗、綠化以及景觀用水等，其出水水質達到GB/T 18920—2002《城市污水再生利用－城市雜用水水質》與GB/T 18921—2002《城市污水再生利用－景觀環境用水》水質標準。

1 設備與方法

1.1 處理工藝流程

浙江長興某污水處理廠主要處理所轄園區的工業廢水，包括印染、醫藥、紡織、制革等廢水。采取SBR+混凝沉淀處理后排入周邊地表水河道，設計處理水量為5 000 m3/d。該中水回用項目擬采用活性碳+椰殼復合填料曝氣生物濾池對廠區出水進行深度處理后回用，設計進水流量為1 000 m3/d，其工藝流程圖1所示。

圖1 污水處理工藝流程

本項目主體設施為圖1中中水回用部分(虛線框圖所示)，其中水回用裝置為鋼結構組合裝置，由中間水池、曝氣生物濾池、紫外消毒裝置、貯水罐及水泵、氣泵等組成。廠區混凝沉淀部分出水(其他由超越管排出)經重力自流至中間水池，通過提升泵將待處理水泵入復合填料曝氣生物濾池中。利用活性炭疏松多孔結構、椰殼的強去油能力組成復合填料，在填料上接種馴化掛膜，利用微生物的作用機制進一步去除污水中的COD、氨氮及總磷等污染物。處理后的出水經過紫外消毒后進入貯水罐作為中水待用。

1.2 工藝設備參數

(1)中間水池(1個);

中間水池為鋼制圓柱形池子(含液位計1臺)，水池有效容積為20m3，尺寸為Φ2 800 mm×H 3 800 mm。

(2)中水提升泵(2臺，一用一備);

中水提升泵為臥式單級離心泵(含電磁流量計1臺);型號:L－50－260;額定電壓:380 V;流量:50 m3/h;揚程:26 m;額定功率:6.8 kW。

(3)曝氣生物濾池(1套);

曝氣生物濾池為鋼制圓柱形池子(含氣泵11臺)，有效容積為165 m3，尺寸為Φ4 000 mm×H 14 000 mm。

(4)紫外線消毒裝置(1套);

型號:美國安力斯UV－254 nm低壓汞燈及其配套部件，155 W紫外線殺菌燈18支;處理水量85 m3/h;額定電壓380 V;額定功率2.79 KW。

(5)貯水罐(1個);

貯水罐為鋼制圓柱形池子，水池有效容積為20 m3，尺寸為 Φ2 800 mm ×H 3 800 mm。

1.3 試驗用水

試驗用水為污水處理站混凝沉淀出水，其2008－08～2012－01月的出水部分指標見表1。

表1 試驗用水水質

1.4 試驗方法

采取直接接種掛膜培養馴化，在掛膜階段檢驗進出水COD及色度的變化，以進出水COD及色度的去除率變化不大時，確定掛膜馴化成功。掛膜馴化結束后裝置投入試運行，其水溫控制在18～25℃[3－4]，通過改變水力停留時間(HRT)和氣水體積比，同時檢測進出水的COD、NH3－N及色度，確定最佳的運行工況。

2 工藝運行

2.1 運行條件探索

在系統調試期間，選擇污水在復合填料曝氣生物濾池中的水力停留時間為2、3、4、5 h等4個水平，氣水體積比為 1∶1、2∶1、3∶1、4∶1 等 4 個水平，進行正交試驗。每組試驗穩定運行7d，考察出水COD、NH3－N及色度的去除率。試驗結果表明HRT為4 h、氣水體積比為3∶1為最佳工況。

2.2 結果分析

在HRT為4 h、氣水體積比為3∶1的最佳工況條件下穩定運行一周，其COD、氨氮及色度的去除率見圖2所示。

圖2 穩定運行去除率

由圖2可知，穩定運行期間COD、氨氮及色度的去除率波動較小，運行較為穩定，其平均去除率分別為46.71%、80.32%、89.29%。

3 效益分析

3.1 環境效益

設備連續穩定運行一周出水的部分指標平均值，見表2。

表2 最佳工況條件下出水監測平均值

由表2可以看出，深度處理出水達到GB/T 18920—2002《城市污水再生利用－城市雜用水水質》與GB/T 18921—2002《城市污水再生利用－景觀環境用水》水質標準。

項目設計水量為1 000 m3/d，故年減排污水36.5萬噸，減排 COD 18.25噸(進水 COD按 50 mg/L計)，減排 NH3－N 2.19噸(進水NH3－N按6.0 mg/L計)，減排TP 0.37噸(進水TP按1.0 mg/L計)，為該地區實現“十二五”規劃減排指標提供了保障。

3.2 經濟效益

根據穩定運行的消耗數據，項目單位水量的電費及人工管理費用共計0.34元/噸，廠區自來水費為2.26元/噸，中水回用裝置流量按1 000 m3/d計，企業每年可節約自來水36.5萬噸，故本項目年收益70.08 萬元。

其相關經濟分析指標詳見表3。

表3 項目經濟評估

由表3可知，本項目年收益70.08萬元，投資償還期為2.13年，內部收益率45.77%，其經濟效益良好。

4 結論

(1)本研究選擇活性碳+椰殼填料曝氣生物濾池對浙江長興某污水處理廠出水進行深度處理，在水力停留時間4 h、氣水體積比3∶1的最佳工況條件下，污水的COD、NH3－N及色度的平均去除率分別為 46.71%、80.32%、89.29%。

(2)深度處理出水達到GB/T 18920—2002《城市污水再生利用 －城市雜用水水質》與 GB/T 18921—2002《城市污水再生利用－景觀環境用水》水質標準。

(3)裝置運行后，年減排污水36.5萬噸，COD 18.25噸(進水 COD 按 50 mg/L 計)，NH3－N 2.19噸(進水 NH3－N 按6.0 mg/L 計)，TP 0.37 噸(進水TP按1.0 mg/L計)。其環境效益良好。

(4)項目年收益70.08萬元，投資償還期為2.13年，內部收益率45.77%，其經濟效益良好。

[1]Uyak V，Toroz I.Disinfection Byproduct Precursors Reduction by various Coagulation Techniques in Istanbul Water Supplied[J].Hazardous Materials，2007，141(1):320 －328.

[2]李俊生，楊波，陳曄，等.生物活性炭濾池深度處理紗線筒子染色廢水研究[J].水處理技術，2011，37(3):108－110.

[3]王小蓉，郝廣平，李文翠.生物活性炭技術在水處理中的研究與應用[J].化工進展，2010，29(5):932 －937.

[4]任芝軍，馬桂林，孫勇，等.高錳酸鹽－生物活性炭工藝抗沖擊負荷研究[J].哈爾濱工業大學學報，2010，42(10):1667－1670 .