地埋式一體化MBR 膜污水處理裝置在黃委節(jié)水機關建設中的應用*

賈 倩 ，朱夢潔 ，胡亞偉 ，王軍濤 ，宋常吉 ，靳曉輝

（1.黃河水利委員會黃河水利科學研究院，河南 鄭州 450003；2.河南黃河河務局，河南 鄭州 450003）

1 黃委機關用水量現(xiàn)狀

統(tǒng)計分析2016 年至2018 年黃委機關用水總量分別為：39576m3、36555m3、45482m3，三年年均用水量約為40537m3，按鄭州市現(xiàn)行水價5.95 元/m3計，年均水費24萬元左右。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（具體用水量詳見表1）。據(jù)統(tǒng)計，黃委機關大樓辦公人數(shù)共計1682 人（包括在編人員、借調人員、保安、保潔人員和來訪人員），人均用水量為66.0L/日·人。

在其用水量對比分析中可知，黃委機關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%，純凈水和空調補水占年均用水總量比例較小，分別為7.2%和3.2%。

目前黃委機關人均用水量為66.0L/日·人，人均用水量未達到節(jié)水技術指標54.0L/日·人的要求，且無雨水、灰水、尾水、冷凝水積蓄回用設施，應通過建設非常規(guī)水源利用設施通過實施節(jié)水改造和制度建設，達到水利行業(yè)節(jié)水機關建設標準，發(fā)揮示范標桿作用（見圖1）。

表1 2016 年－2018 年度平均用水量初步測算表 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方案及運行原理

2.1 建設方案

地埋式一體化MBR 膜污水處理裝置具有經(jīng)濟簡便、全自動控制、運行安全可靠、處理效率高、占地面積小、管理方便等一系列優(yōu)勢[1-2]，可以有效地緩解管網(wǎng)建設壓力，適合節(jié)水機關建設分散式污水處理的要求，MBR 工藝技術成熟，發(fā)展穩(wěn)定，無論在工程投資還是運行成本上均存在較大優(yōu)勢[3-4]。

黃委機關大樓非常規(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、調蓄井（沉淀井）等，最后匯水至院內廢棄地防空洞調蓄，經(jīng)過濾、沉淀等水質凈化處理后，主要用于黃委大院內草木植物的自動化灌溉，實現(xiàn)黃委機關大院雨污分流。

本工程處理的污水性質為綜合性污水，主要收集黃委防汛大樓內洗漱廢水、保潔廢水等灰水。根據(jù)2016-2018 年項目區(qū)域人均用水量、節(jié)水改造后的預估節(jié)水率、防汛大樓內辦公人員數(shù)量（956 人），乘以適當?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)計算），計算可知，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，通過本項目實施，預計收集回用非常規(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）。本次水質處理按照15m3/天設計。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：201620163936.0）。

處理后的廢水達到該廢水處理后執(zhí)行國家環(huán)境保護總局發(fā)布的污水處理后達到GB18918-2002 一級A 排放標準，用于澆花澆樹噴灑路面等等。

表2 一體化MBR 膜污水處理裝置進出水水質標準

2.2 處理工藝及運行原理

黃委大樓灰水和空調冷凝水通過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行過濾，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)過自流進入調節(jié)池，進行水量和水質的均勻分配；調節(jié)池中的水由泵送入一體化設備生化系統(tǒng)的厭氧池，此單元污水停留3h 左右，通過兼氧性微生物的酸化水解和硝化反應將污水中的難溶解有機物轉化為可溶解性有機物，將大分子物質分解為小分子物質，同時利用部分有機物合成維持厭氧菌生長繁殖所需的營養(yǎng)物質。厭氧后污水自流進入接觸好氧池停留6h 左右，進行好氧生物反應徹底分解去除大部分有機物，降解污水中的氨氮，同時降低污水中的COD 值；附著在填料上的微生物利用有機物分解產(chǎn)生的無機碳源或空氣中的二氧化碳作為營養(yǎng)源，將污水中的氨氮轉化為NO2-N、NO3-N，好氧池后端的MBR 系統(tǒng)由浮球開關控制此系統(tǒng)的啟閉，水經(jīng)該系統(tǒng)由自吸泵抽出，進入消毒池進行消毒處理，使水得到深度凈化，以達到要求的水質標準。

MBR 膜工藝說明：

需處理水由泵定量進入設備主體當中，進水時進行適當緩沖。當水位達到一定程度時，自吸泵啟動。MBR膜由高性能沉浸式PVDF 材質膜元件，由于PVDF 材質膜0.3 微米的孔徑能夠阻止好氧細菌通過，所以可將曝氣池中的好氧菌全部隔離滯留在曝氣池中，從而實現(xiàn)了污泥與污水的分離，各種懸浮顆粒、細菌、藻類、COD 及有機物均得到有效的去除，自吸泵啟動的同時，風機同時啟動。風機進入膜絲底部的生氣管，當空氣向上排出時，吹動膜絲搖擺，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，防止進行時間過長之后，堵塞膜絲，起到一個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 膜設備設計處理量16m3/天，設備規(guī)格大小為3.5m*2m*2.5m。設備上面留有4 個檢修口，主要為用于風機水泵等設備的維護檢修工作，其中3 個檢修口為直徑為50cm 的圓形，風機檢修口為邊長為80cm 的正方形，設備電控設備已內置于一體化設備中，不再單獨留有電控間，設備安裝間即設備的基礎土建，根據(jù)現(xiàn)場測量情況，滿足設備安裝要求。進水口位于設備高1.85m 的處，進水管采用PVC 管，管子直徑為25mm，出水口位于設備高1.80m 處，出水管采用PVC 管，管子直徑為50mm。

圖3 水質凈化設施工藝流程

3 地埋式一體化MBR 膜污水處理裝置處理效果分析

污水在設備中停留時間不同，其出水效果也不同，不同污水停留時間情況下MBR 膜一體化設備的進出水效果及去除率如表3 所示，設備污水停留時間為6h 時，MBR 膜一體化設備對SS（固體懸浮物）、BOD5（5 日生物需氧量）、COD（化學需氧量）、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%；污水停留時間為8h 時，MBR 膜一體化設備對SS（固體懸浮物）、BOD5（5 日生物需氧量）、COD（化學需氧量）、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%；污水停留時間為10h 時，MBR 膜一體化設備對SS（固體懸浮物）、BOD5（5 日生物需氧量）、COD（化學需氧量）、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%。隨著污水在設備中停留時間的延長，對污染物的去除效果越明顯，水力停留時間為10h 時，對污染物的去除效果最好，各污染物的去除率均最高。

表3 不同停留時間下污染物平均進出水情況和處理效果

設備設置污水停留時間為10h，設備運行后分別于2019 年 10 月、2019 年 12 月和 2020 年 4 月取進水水樣和出水水樣進行監(jiān)測，監(jiān)測指標為SS（固體懸浮物）、BOD（55 日生物需氧量）、COD（化學需氧量）、TN（總氮）、氨氮和總磷。分析結果得知地埋式一體化MBR 膜污水處理裝置對上述六項指標有良好處理效果。2019 年4 月、2019 年12 月和2020 年4 月設備對SS 的去除率分別為90.2%、89.9%和90.8%；對BOD5的去除率分別為89.1%、88.8%和 89.4%；對COD 的去除率分別為77.7%、76.1%和76.1%；對TN 的去除率分別為22.8%、28.2%和37.0%；對氨氮的去除率分別為50.0%、54.2%和50.0%；對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到一級A 標準。

圖4 污水處理效果分析圖

2019 年9 月，黃委節(jié)水機關建設進入試運行階段，當月總用水量為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)水機關建設標準中的人均用水量指標43.2L/人·d（河南省公共管理和社會組織用水定額為60L/人·d，不含食堂用水。按照最嚴格的用水定額調節(jié)系數(shù)（0.8）和驗收標準系數(shù)（0.9）計算人均用水量指標，0.9×0.8×用水定額 60L/人·d=43.2L/人·d）。試運行期節(jié)水效果顯著。

4 結論

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

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