集裝箱式污水回用設(shè)備處理高速公路生活污水的試驗(yàn)研究

肖志偉，陳秀波

（交通運(yùn)輸部環(huán)境保護(hù)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(gè)時(shí)期：一個(gè)是高速公路建設(shè)期；另一個(gè)是高速公路建成運(yùn)營(yíng)期。前者主要是施工人員產(chǎn)生的生活污水，后者來(lái)源于公路運(yùn)營(yíng)后駕乘人員使用的附屬設(shè)施產(chǎn)生的生活污水。

高速公路建設(shè)期較長(zhǎng)，一般為2～5 年，在重要節(jié)點(diǎn)工程，如大橋大隧工程，施工人員可以達(dá)到100 人以上，每日產(chǎn)生的生活污水量可以達(dá)到10t，而目前，這部分生活污水一般采用化糞池等進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，不能保證污水排放達(dá)標(biāo)。高速公路建成后，隨著交通量的增加，服務(wù)區(qū)、停車區(qū)等附屬設(shè)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(shè)備是按照遠(yuǎn)期污水量進(jìn)行設(shè)計(jì)的，在運(yùn)行初期，由于設(shè)備處理能力偏大，而污水量產(chǎn)生較小，導(dǎo)致設(shè)備不能連續(xù)運(yùn)行，污水得不到有效處理，同時(shí)，也造成了投資和能源的浪費(fèi)。當(dāng)污水處理采用生化法時(shí)，需要配備專業(yè)技術(shù)人員對(duì)污水處理設(shè)備進(jìn)行日常維護(hù)、管理，并要有專門(mén)的化驗(yàn)儀器或者試驗(yàn)室，但是目前大多數(shù)高速公路運(yùn)行管理單位尚不具備這些條件[1]。

本試驗(yàn)采用的集裝箱式污水回用設(shè)備屬于移動(dòng)式污水處理設(shè)備，可應(yīng)用于高速公路建設(shè)期與運(yùn)營(yíng)期全過(guò)程，并對(duì)多個(gè)分散污水源進(jìn)行處理，有利于提高設(shè)備利用效率，節(jié)約污水處理設(shè)備投資，通過(guò)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(shè)備

1.1 工藝流程

針對(duì)高速公路水質(zhì)水量的特點(diǎn)[2-3]，采用生物膜反應(yīng)器-連續(xù)超濾膜過(guò)濾工藝，其工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 工藝流程圖

為避免設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的生物膜反應(yīng)器故障或運(yùn)行不穩(wěn)定對(duì)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(shè)備結(jié)構(gòu)

移動(dòng)污水回用設(shè)備采用20ft標(biāo)準(zhǔn)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(jī)電設(shè)備均安裝在集裝箱內(nèi)。

初沉池、生物膜反應(yīng)器和沉淀池采用一體化制造，考慮到設(shè)備的可移動(dòng)性，每個(gè)池子底部設(shè)置有排泥管，每個(gè)反應(yīng)池距底部1/3處設(shè)置有排空管。運(yùn)輸?shù)跹b前，停止曝氣，靜置沉淀后，可將反應(yīng)池內(nèi)上清液排空，而保留懸浮污泥，減輕設(shè)備質(zhì)量以方便運(yùn)輸。反應(yīng)池內(nèi)安裝有組合填料。進(jìn)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(jiàn)圖2。

圖2 生化結(jié)構(gòu)工藝圖

連續(xù)膜過(guò)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(yùn)行穩(wěn)定、對(duì)原水水質(zhì)波動(dòng)能力強(qiáng)、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)勢(shì)，在再生水回用領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。連續(xù)超濾過(guò)濾工藝主要由進(jìn)水系統(tǒng)（中間水箱、循環(huán)泵）、膜前處理設(shè)備（保安過(guò)濾器）、主機(jī)系統(tǒng)（超濾膜、機(jī)架）、反洗系統(tǒng)（反洗水箱、反洗泵、反洗加藥泵）、化學(xué)清洗系統(tǒng)（清洗箱、化學(xué)清洗泵或化學(xué)循環(huán)泵）和供氣系統(tǒng)（空壓機(jī)、儲(chǔ)氣罐）組成。

1.3 主要設(shè)備及運(yùn)行控制

機(jī)電設(shè)備由PLC控制，通過(guò)調(diào)整泵與風(fēng)機(jī)的不同運(yùn)行狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)不同的處理功能。

1.3.1 預(yù)處理

受現(xiàn)場(chǎng)條件限制，調(diào)節(jié)池是一個(gè)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(xì)小輕微的物體進(jìn)入后續(xù)膜處理模塊，在泵前設(shè)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(yīng)器

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

1.3.3 膜處理模塊

由于進(jìn)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(shè)備，單個(gè)模塊處理能力設(shè)計(jì)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(jìn)水泵（兼化學(xué)清洗泵）采用粵華WB70/055 型，反洗泵采用粵華WB70/055型，空壓機(jī)采用佳朋VW—0.11/7型。

2 試驗(yàn)情況

2.1 試驗(yàn)用水

試驗(yàn)用水收集的是天津某高校2 座6 層學(xué)生宿舍的生活污水。

2.1.1 原水水質(zhì)

原污水來(lái)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(jìn)入處理系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)連續(xù)測(cè)定，原污水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 進(jìn)水水質(zhì)

2.1.2 處理規(guī)模和處理要求

設(shè)計(jì)日處理量為48m3，變化系數(shù)為1.1～1.2，最大時(shí)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(biāo)準(zhǔn)。

2.2 工程現(xiàn)場(chǎng)及設(shè)備運(yùn)行情況

預(yù)處理完成后，在工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，受現(xiàn)場(chǎng)條件限制，調(diào)節(jié)池為一個(gè)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(yùn)行及處理效果

設(shè)備采用連續(xù)進(jìn)水、連續(xù)曝氣的方式運(yùn)行，生物膜反應(yīng)器水力停留時(shí)間為4～8h，設(shè)備自2012年8月—2014年1月連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，期間未出現(xiàn)大的裝置設(shè)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(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)水水質(zhì)及標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 出水水質(zhì)

3 效益分析

本項(xiàng)目全部裝置投資總額為21 萬(wàn)元。運(yùn)行過(guò)程中，每噸水耗電0.6kW·h，按照每千瓦時(shí)0.5 元計(jì)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(shè)備折舊費(fèi)主要包括膜折舊和設(shè)備折舊兩個(gè)部分，膜折舊年限按照5年計(jì)算，設(shè)備折舊年限按照15年計(jì)算。

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

設(shè)備折舊費(fèi)按照系統(tǒng)投資21 萬(wàn)（不包括外部管網(wǎng)）計(jì)算，則設(shè)備折舊費(fèi)為：210000÷15÷365=38.4（元）。因此，每日中水站總費(fèi)用為：20+1+7.8+38.4=67.2（元）。該設(shè)備平均日產(chǎn)水量按照45t計(jì)算，每噸中水成本為1.50 元。產(chǎn)水最終代替自來(lái)水用于綠化及洗車，自來(lái)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(yùn)行時(shí)間按照330d 計(jì)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(dòng)式生物膜-連續(xù)超濾膜工藝污水回用設(shè)備處理生活污水，可以實(shí)現(xiàn)生活污水的回用，適用性較強(qiáng)，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(biāo)準(zhǔn)，并且具有較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

（2）移動(dòng)式生物膜-連續(xù)超濾膜工藝通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)水泵和風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)接觸氧化或類似SBR[6]的功能，能夠適應(yīng)不同的水量和水質(zhì)，因此，具有較好的適用性。

（3）該設(shè)備在經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上均具有一定的可行性，但仍需開(kāi)展進(jìn)一步的試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐論證。

[1] 趙琴.我國(guó)高速公路沿線設(shè)施污水處理方法研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2003：51-54.

[2] 胡博，何霞，張曉寧，等.高速公路服務(wù)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(qiáng)，石鳳林，周古雙，等.連續(xù)膜過(guò)濾技術(shù)在市政污水深度處理中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)給水排水，2009，25（24）：64-68.

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

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