基于MBBR工藝的服務區(qū)生態(tài)型模塊化污水處理系統(tǒng)研發(fā)

田冬軍

（山東高速材料技術(shù)開發(fā)集團有限公司，山東 濟南 250001）

0 引言

目前，高速公路生活污水處理設(shè)施沒有統(tǒng)一的設(shè)計規(guī)范，現(xiàn)有處理設(shè)施存在一些比較突出的問題，如大多使用二級生化處理，運行維護費用較高，出水不穩(wěn)定，水質(zhì)不達標，污水處理后大部分沿邊溝排放，沒有做到中水回用等。因此，根據(jù)高速公路服務區(qū)的相關(guān)特點，針對性研發(fā)污水處理系統(tǒng)十分有必要。高速公路服務區(qū)污水主要是生活污水和沖洗廢水，其水質(zhì)水量變化較大，污染物濃度比城市污水低，污水可生化性良好，處理難度小。服務區(qū)污水處理常用的工藝有地埋式一體化污水處理設(shè)備（A/O）、曝氣生物濾池工藝（BAF）、膜生物反應器工藝（MBR）、人工濕地工藝等，但目前這些技術(shù)在服務區(qū)污水處理中大規(guī)模應用受限。

1 MBBR污水處理的工藝原理

MBBR為移動床生物膜工藝突破了傳統(tǒng)固定床生物膜法（MBR）易堵塞和配水不均等問題，解決了生物流化床工藝的局限性，為生物膜法更廣泛地應用于污水處理提供了條件。

MBBR工藝運用了生物膜法的基本原理，充分發(fā)揮了傳統(tǒng)活性污泥法及固定式生物膜法的優(yōu)點，又克服了二者的缺點。其關(guān)鍵技術(shù)在于應用了比重接近于水，輕微攪拌下易于隨水自由運動的生物填料。

該填料具有有效表面積大，適合微生物吸附生長的特點。填料結(jié)構(gòu)以具有受保護的可供微生物生長的內(nèi)表面積為特征。當曝氣充氧時，在好氧條件下，空氣泡的上升浮力推動填料和周圍水體流動起來，當氣流穿過水流和填料的空隙時又被填料阻滯，并被分割成小氣泡。在這一的過程中，填料被充分地攪拌并與水流混合，而空氣流又被充分地分割成細小的氣泡，增加了生物膜與氧氣的接觸面積和傳氧效率。在厭氧條件下，水流和填料在潛水攪拌器的作用下充分流動起來，使生物膜和被處理的污染物充分接觸進而完成生物分解。其原理如圖1所示。

MBBR（移動床生物膜）工藝有以下創(chuàng)新點：采用REME-20新型氧化反應填料。該填料為懸浮型填料，具有較大的表面積，一般可達500m2/m3填料體積，可為微生物生長提供巨大的空間，因此污染物處理效率高；另外，由于填料對氣泡的切割作用，明顯提高了氧的轉(zhuǎn)移利用效率。

在泥水分離區(qū)選用輕濾料。輕濾料采用泡沫濾珠，濾料密度遠小于水，污水在向上流的過濾過程中，濾料受到水浮力作用擠壓密集在濾板下方，形成緊密的濾層。在反洗過程中水流自上往下沖散濾料，同時釋放截留的懸浮物。在排泥過程中，隨著污泥的排放，內(nèi)罐水位下降形成對濾層的反沖洗。

采用沉淀過濾分層設(shè)計。常見一體化污水處理設(shè)備的沉淀過濾通常是由不同的水箱串聯(lián)在一起，運行過程獨立，排泥、反沖需要單獨操作完成。MBBR工藝的過濾分層設(shè)置，能夠使生化處理后的污水自流進入沉淀層，剩余污泥沉淀到泥斗中。沉淀后的水繼續(xù)向上流動，流經(jīng)過濾層。同時，在水的浮力作用下，輕濾料聚集形成緊密濾層，從而有效地過濾去除了大部分懸浮物，進一步凈化水體。

污泥排放時產(chǎn)生對濾層的反沖洗作用。在泥斗內(nèi)剩余污泥排放過程中，中心分離區(qū)內(nèi)罐水位下降，向下的水流經(jīng)過濾層時沖散濾料，隨即將過濾截留的懸浮物釋放出來，產(chǎn)生對濾層的反沖洗作用。

因此，基于MBBR工藝的服務區(qū)生態(tài)型模塊化污水處理系統(tǒng)突破了傳統(tǒng)生物膜法的限制，為高速公路服務區(qū)污水處理的進一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

2 基于MBBR工藝的模塊化污水處理設(shè)備的工藝設(shè)計

2.1 處理后的水質(zhì)標準

污水處理后主要用于服務區(qū)沖廁、道路清掃及綠化用水，排放水質(zhì)須符合《生活雜用水水質(zhì)標準》（GB/T18920-2002）的相關(guān)指標要求。超出用量的處理外排水需滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）相關(guān)控制指標。原水、產(chǎn)水主要控制指標如表1所示。

表1 水質(zhì)標準控制表

2.2 基本構(gòu)造

模塊化設(shè)備采用立式罐組合方式，該方式具有良好的水力條件，并且便于檢修維護，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

服務區(qū)污水經(jīng)管道收集后進入污水預處理池，在污水預處理池進水口位置設(shè)置格柵截留雜物。污水預處理池在調(diào)節(jié)水質(zhì)、水量的同時，可對污水實施初步的生化處理，降低后續(xù)工藝負荷及能耗。預處理池出水經(jīng)污水泵提升進入MBBR模塊化污水處理設(shè)備，該設(shè)備結(jié)合生物移動床工藝、淺層沉淀工藝、輕濾料過濾工藝，集生化、沉淀、過濾于一體，結(jié)構(gòu)緊湊，水力條件良好，運行穩(wěn)定，方便管理。處理后的污水通過連通管道進入中間沉淀層，沉淀處理后的水在持續(xù)水壓的作用下，向上進入過濾層，過濾出水自流進入貯水消毒池，對貯水消毒池內(nèi)的污水消毒處理后，達到水質(zhì)標準，可用于服務區(qū)的綠化、衛(wèi)生間沖洗和洗車用水等。泥斗內(nèi)的剩余污泥定期排放回流到污水預處理池循環(huán)利用，最終結(jié)合中水站構(gòu)筑物清淤時統(tǒng)一處理。服務區(qū)MBBR模塊化污水處理流程，如圖3所示。

圖2 MBBR污水處理設(shè)備構(gòu)造圖

圖3 服務區(qū)MBBR模塊化污水處理流程圖-1-

2.3 主要參數(shù)

考慮到設(shè)備運輸尺寸限制及常規(guī)服務區(qū)的排水量，設(shè)計兩種規(guī)格的設(shè)備，可根據(jù)服務區(qū)不同的污水排放量組合相應數(shù)量的設(shè)備。根據(jù)現(xiàn)場條件及運行要求，設(shè)備可以在地面或地下設(shè)置。設(shè)備的主要參數(shù)如表2所示。

表2 模塊化設(shè)備規(guī)格型號一覽表

3 工程應用實例

本文以G25 長深高速山東濱州服務區(qū)為例，研發(fā)生態(tài)型模塊化污水處理系統(tǒng)。濱州服務區(qū)建筑面積為5600m2，日產(chǎn)生污水量約180t（單側(cè)）。該項目按照單側(cè)服務區(qū)200t/d的處理規(guī)模設(shè)計，模塊化污水處理布局如圖4所示。

圖4 長深高速濱州服務區(qū)MBBR模塊化污水處理布局圖

污水站建設(shè)投資約為60萬元，其中模塊化設(shè)備46萬元，土建構(gòu)筑物14萬元，投資估算如表3所示。

表3 服務區(qū)生態(tài)型模塊化污水處理系統(tǒng)建設(shè)投資估算表

以G25長深高速濱州服務區(qū)為例，該系統(tǒng)自動化程度高，出水水質(zhì)穩(wěn)定，水力條件好，在日常使用過程中無需專人管理，可以節(jié)省人工費約3萬元/人·年。按照服務區(qū)日排水量400t（雙側(cè)）計算，全部處理回用可節(jié)約市政供水接近400t。該處理系統(tǒng)雜用水處理成本約0.5元/t（含人工費、電費和藥劑費等），而市政供水價格按3.0元/t；每天可以節(jié)約用水費用（3.0-0.5）×400=1000元，年節(jié)約水費約36萬元。經(jīng)分析可知該系統(tǒng)具有較好的經(jīng)濟效益、社會效益。

4 結(jié)論

本文以G25長深高速濱州服務區(qū)為例，進行了基于MBBR工藝的生態(tài)型模塊化污水處理系統(tǒng)的研究與開發(fā)。通過研究可知，該系統(tǒng)占地面積小，MBBR模塊化處理設(shè)備采用立式罐體布設(shè)，形式簡單緊湊，占地面積僅為其他工藝流程的1/3。投資費用低，設(shè)備的基礎(chǔ)投資費用低于其他常規(guī)工藝，且部分基礎(chǔ)設(shè)施可充分利用服務區(qū)現(xiàn)有設(shè)施。出水水質(zhì)穩(wěn)定，模塊化設(shè)備集生化處理、沉淀、過濾于一體，水力條件良好，處理效率高。運行管理簡單，設(shè)備采用模塊化設(shè)計，生產(chǎn)標準化程度高，安裝和運行管理簡單方便，且低溫適應性強。后期維護費用低，污水處理成本約0.5元/t，僅為工礦企業(yè)市政供水價格的六分之一。

在今后的應用中，建議在模塊化設(shè)備基礎(chǔ)上增加人工濕地工藝設(shè)計，不僅可降低前級的處理負荷、提高二次處理效果，而且可營造服務區(qū)生態(tài)景觀，實現(xiàn)污水處理、生態(tài)景觀、貯水回用一體化綜合功能。