厌氧_膜生物反应器_反渗透处理粪便污水

第２４卷第６期市政技术Ｖｏｌ．２４Ｎｏ．６２００６年１１月ＭｕｎｉｃｉｐａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮｏｖｅｍｂｅｒ，２００６
文章编号：１００９－７７６７（２００６）０６－０４１３－０３
厌氧－膜生物反应器－反渗透处理粪便污水
熊向阳１，２蔡辉２
（１．武汉理工大学资源与环境学院，湖北武汉４３００７０；２．中国・城市建设研究院环境卫生工程设计研究所，北京１０００２９）
摘要：结合工程设计实例，介绍了城市粪便处理厂粪便污水的产生和ＵＡＳＢＦ－反硝化＋ＭＢＲ－反渗透工艺流程、处理系统的组成、构筑物及其设计参数和工程运行调试等。

实际的运行结果表明，出水水质优于国家有关标准。

关键词：粪便污水；ＵＡＳＢＦ；反硝化＋ＭＢＲ；工程运行
中图分类号：Ｘ７０３．１文献标识码：Ｂ
ＦｅｃｅｓＳｅｗａｇｅＴｒｅａｔｍｅｎｔｗｉｔｈＡｎａｅｒｏｂｅ／Ｍｅｍｂｒａｎｏｕｓ
ＢｉｏｌｏｇｉｃａｌＲｅａｃｔｏｒ／Ａｎｔｉ－ｓｅｅｐａｇｅ
ＸＩＯＮＧＸｉａｎｇ－ｙａｎｇ，ＣＡＩＨｕｉ
目前，国内建设的城市粪便无害化处理厂一般采用物理方法进行粪便的预处理，即采用专用的机械设备并结合絮凝工艺将粪便中的渣、水进行分离［１］。

其中：分离出的渣一部分进入填埋场，一部分通过堆肥工艺后作园艺及农用的有机肥料；分离出的粪便污水一般作为营养水直接进入城市污水处理厂，经处理后达标排放。

下面以河南北部某市新建日处理量为２００ｔ的城市粪便无害化处理厂为例做如下介绍。

１水质、水量及排放标准
该厂位于所在城市的西南面，占地１０４ｍ２。

粪便处理采用专用的设备进行两次固液分离（一次分离的粪渣用于填埋，二次经过絮凝脱水后的粪渣用于好氧堆肥），产生的粪便污水为２００ｔ／ｄ，其水质有以下特点：（１）有机物浓度较高（ＢＯＤ５达到３０００ｍｇ／Ｌ以上，ＣＯＤ达到６０００ｍｇ／Ｌ以上）；
（２）氨氮及总磷的含量较高（氨氮的浓度在３００ｍｇ／Ｌ左右，总磷的浓度在１２０ｍｇ／Ｌ左右）；（３）颜色较深且臭味很大（ＳＳ达到８００ｍｇ／Ｌ以上）。

由于该粪便无害化处理厂远离城市污水处理厂，所以产生的粪便污水要单独进行处理。

处理水既要达到《综合水质排放标准》（ＧＢ８９７８－１９９６）中一级Ｂ的要求，同时回用水还要达到《生活杂用水水质标准》（ＣＪ２５．１－８９）。

综合２个标准，分离出的粪便污水处理后直接排放到附近的洪河时，其水质指标及回用水水质指标分别见表１、表２。

２工艺流程（见图１）
３主要处理构筑物
（１）调节池
调节池为钢混结构，平面面积为１５０ｍ２（Ｌ×Ｂ＝１５ｍ×１０ｍ），池深４．５ｍ，设计的水力停留时间为３ｄ，池内设置有３台潜水搅拌器，通过机械搅拌使粪便污
水的混合液水质更加均匀。

收稿日期：２００６－０７－０６
作者简介：熊向阳（１９７３－），男，湖北宜昌人，工程师，硕士，主要研究方向为水污染控制工程。

项目
ＢＯＤ５／
（ｍｇ／Ｌ）
ＣＯＤ／
（ｍｇ／Ｌ）
ＮＨ３—Ｎ／
（ｍｇ／Ｌ）
ＳＳ／
（ｍｇ／Ｌ）
总Ｐ／
（ｍｇ／Ｌ）
粪大肠杆
菌／（个／Ｌ）指标≤２０≤６０≤１５≤２０≤１≤１０００
表１排放水质标准
项目
ＢＯＤ５／
（ｍｇ／Ｌ）
ＣＯＤ／
（ｍｇ／Ｌ）
浊度
ＳＳ／
（ｍｇ／Ｌ）
色度
粪大肠杆
菌／（个／Ｌ）指标≤１０≤２０≤１０≤１０≤３０≤３
表２回用水水质标准
市政技术第２４卷
（２）上流式厌氧污泥床过滤反应器（ＵＡＳＢＦ）
该构筑物上部为悬浮污泥床，下部为厌氧填料床。

它同时具有厌氧污泥床和厌氧过滤床的优点。

其主要功能不仅能有效去除粪便污水中的有机污染物，而且还可以通过水解酸化作用，将难生物降解的有机物转化为易生物降解的有机物，为后续处理提供了有利的条件。

ＵＡＳＢＦ装置污泥截留能力及抗冲击负荷能力强，污泥质量浓度高。

该处理单元为２座装置并联布置，每座的面积为４５ｍ２（Ｌ×Ｂ＝９ｍ×５ｍ），池深３．５ｍ，有效池容为１３５ｍ３，水力停留时间１６．２ｈ，运行温度≥２０℃，设计的ＣＯＤ容积负荷为７．５９ｋｇ／（ｍ３・ｄ）。

２座池体中间设有管廊，管廊内设有布水管、排泥管、取样管等。

该处理单元的布水系统采用一管多孔式布水方式，每座池底部设置１２根布水支管，每２根支管连接成回路，每４根布水支管共用１个电磁流量计。

通过调节支管上的闸阀，可确保布水的均匀性，而且通过闸阀之间的切换，还可以实现布水器的反冲洗，同时也可实现排泥。

三相分离器上盖板的四周设有水封，以防止臭气的逸出，液面上产生的臭气可通过专用的管道输送至除臭装置上，然后排放。

厌氧填料区放置复合纤维填料。

（３）反硝化池
反硝化池为２个池子并联布置，每个池子的面积为９ｍ２（Ｌ×Ｂ＝９ｍ×１ｍ），池深３．５ｍ，有效池容为２７ｍ３，水力停留时间３．２４ｈ。

反硝化池的主要作用是池内的反硝化菌以原废水中的有机底物为碳源，以ＭＢＲ反应器内的一部分回流液中的硝酸盐为电子受体，进行呼吸和生命活动，将硝态的氮还原成气态的氮。

通过回流泵，使污水在反应池中充分混合，这样可以有效地除磷脱氮。

同时这种环境条件的不断变化也可以有效地抑制丝状菌的生长。

（４）ＭＢＲ膜生物反应器
膜生物反应池设计为２格，单格的面积为３６ｍ２（Ｌ×Ｂ＝９ｍ×４ｍ），池深３．５ｍ。

单池的有效池容１０８ｍ３，水力停留时间１３ｈ。

每组ＭＢＲ池设计４套平板型膜组件，总面积为１４０ｍ２；配套水下式鼓风机１台，风量Ｑｋ＝７．５Ｎｍ３／ｍｉｎ，风压Ｈ＝４０ｋＰａ，功率Ｎ＝７．５ｋＷ；回流泵１台，Ｑ＝８～１６ｍ３／ｈ，Ｈ＝３～５ｍ，Ｎ＝０．７５ｋＷ。

每套膜组件包括收集过滤水管及提升曝气的散气管。

平板膜过水平均孔径仅为０．０８μｍ。

过滤出水经收集过滤管汇流后排入中间水池，池内活性污泥被阻挡在膜表面，鼓风机提供的空气在膜元件底部不断进行曝气；在为ＭＢＲ池提供充氧量的同时，清除膜表面沉积的活性污泥。

ＭＢＲ在高质量浓度的活性污泥条件下，仍可以进行生物反应［２］。

在ＭＢＲ中，含有更多有机组分的污水在短时间内或在更小的空间内被分解，生物反应速度较快。

它不仅可以降解ＢＯＤ等有机物，还具有硝化除氮的功能。

而且在ＭＢＲ中，不需要二沉池。

采用浸没式平板型膜组件生物反应器，反应器内每１只膜元件由平板膜、隔网、支撑板和框架组成，同中空纤维膜比较，平板膜具有不易污堵、抗污染能力强、透过膜的压力低等特点［３］。

（５）精密过滤器
经膜生物反应器处理后的污水中还会含有少量的残余微小悬浮物，为确保反渗透膜处理系统不发生污泥堵塞，必须设置精密过滤工艺设施，作为膜处理系统的保安预处理。

精密过滤器设计包括２组保安过滤器，Ｑ＝４～８ｍ３／ｈ；过滤泵２台，Ｑ＝４～８ｍ３／ｈ，Ｈ＝２０ｍ，Ｎ＝０．７５ｋＷ。

（６）反渗透装置
由于粪便污水中污染物成份比较复杂，在采用高强度的厌氧及好氧生化处理后，污水中仍含有少量残余的溶解性污染物，所以必须设置膜处理工艺，使其达到设计的排放标准和处理水回用要求。

对于经高强度好氧生化处理后的粪便污水，可以选用反渗透膜或纳滤膜进行深度处理。

该工程选用低压抗污染型反渗透膜处理系统。

反渗透膜处理原理为：利用半透膜的选择透过性，在反压差作用下，将污水中的水同污染物分离，在膜的一侧产生清水，而另一侧则产生浓缩污水。

反渗透系统包括反渗透装置、膜清洗装置、回用水装置等。

安装的主要设备有：低压反渗透膜２组，Ｑ＝４～８ｍ３／ｈ；ＲＯ加压泵２台，Ｑ＝４～８ｍ３／ｈ，Ｈ＝１００～１８０ｍ，Ｎ＝７．５ｋＷ；化学清洗装置１套；中间回用水泵２台，Ｑ＝１～３ｍ３／ｈ，Ｈ＝１０～２０ｍ，Ｎ＝０．７５ｋＷ；清水回用水泵２台，Ｑ＝１～３ｍ３／ｈ，Ｈ＝１０～２０ｍ，Ｎ＝０．７５ｋＷ；外排水泵２台，Ｑ＝１～３ｍ３／ｈ，Ｈ＝１０～２０ｍ，Ｎ＝０．７５ｋＷ等。

反渗透的出水，一部分用于厂内各车间的地面和室外道路的冲洗、厂区花草树木的浇灌、厕所的冲洗等，一部分排入附近的洪河。

４调试和运行情况
４．１ＵＡＳＢＦ调试
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２００６年第６期
（上接第３９３页）
３结语
（１）夯管施工前，准确掌握地下障碍物情况是铺管工作能否顺利进行的必要条件；初始夯管时，钢管的稳定是决定铺管垂直与水平精度的关键。

（２）在卵石层中使用夯管技术，具有方便、快捷、可靠的特点，对地表干扰小；运用顶管技术及导向钻铺管技术在卵石层中进行管线铺设难度较大，而夯管锤铺设管道技术在砂卵石中的运用，对非开挖技术的积极推广将起到积极作用。

（３）目前非开挖铺设方式中夯管锤夯管设备主要有风动夯管锤和液压夯管锤，该工程采用的是风动夯管锤。

液压夯管锤有输出功率大、能量利用率高、使用寿命长、危害小、工作性能可调范围大等优点，其发展势头强劲，具有非常广阔的应用前景。

参考文献：
［１］颜纯文，等．非开挖铺设地下管线工程技术［Ｍ］．上海：上海科学技术出版社，２００５．
［２］北京市市政工程局．市政施工技术手册（第二卷）［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，１９９５．
ＵＡＳＢＦ反应器接种的污泥取自啤酒厂厌氧反应器中的絮状污泥。

调试分３个阶段。

第一阶段：污泥驯化。

投泥完毕后即从调节池中抽升粪便污水进行浸泡（污水本身可生化性较好，不需要外加营养）。

此阶段的主要任务是使污泥适应水质。

间歇进水方式，进水ＣＯＤ负荷控制在０．３ｋｇ／（ｍ３・ｄ）。

待出水ＣＯＤ值降至进水ＣＯＤ值的２５％时，稳定３～４ｄ，然后增大进水负荷和频率，直至连续运行。

第二阶段：逐步提高负荷。

提高负荷是运行重要的阶段。

逐步提高粪便污水在总水量中的比例（污水的量分别按总水量的２０％、４０％、６０％、８０％、１００％５个阶段进行），以出水的ＣＯＤ和ｐＨ值为主要监测指标，当出水ＣＯＤ的去除率在７５％以上，ｐＨ＞７．０时，稳定运行３～５ｄ方可进入下一阶段提高负荷。

第三阶段：满负荷运行。

大量沉降性能较差的絮状污泥被越来越大的水力负荷冲出反应器，之后池内形成一层层性能较好的悬浮污泥层，装置内纤维上挂膜情况较好。

出水悬浮物的质量浓度进一步降低，污泥的沉降性和稳定性有明显的改善，产气量有很大的提高，最终反应器的ＣＯＤ负荷稳定在７．６０ｋｇ／（ｍ３・ｄ）左右，ＣＯＤ的去除率达到８０％以上。

４．２ＭＢＲ膜系统的调试
ＭＢＲ的活性污泥培养采用接种驯化法，污泥驯化分为２段，１段是反硝化池，１段是ＭＢＲ池，２段同时驯化。

在２池中投加生物菌种，采用间歇培养，逐步加大进水负荷，培养约３０ｄ。

在启动初期，采用人工换水；待反硝化池内的污泥质量浓度达到２．５ｇ／Ｌ，ＭＢＲ反应池的污泥质量浓度达到３ｇ／Ｌ左右时，投入膜组件，连续进、出水操作，进入正常运行。

４．３系统的运行情况（见表３）
项目ＢＯＤ５／（ｍｇ／Ｌ）ＣＯＤ／（ｍｇ／Ｌ）ＮＨ３－Ｎ／（ｍｇ／Ｌ）ＳＳ／（ｍｇ／Ｌ）总Ｐ／（ｍｇ／Ｌ）浊度色度粪大肠杆菌（个／Ｌ）波动范围１６３３～２８７４５００３～５９１７２０６～２９５４９７～５８３８４～１１９－－２．３８×１０５
原水（平均值）２２５４５４６０２５１５４０１０２－－２．３８×１０５ＵＡＳＢＦ出水４８９．１９８８．２６９６４．８６７．６－－－
反硝化＋ＭＢＲ出水３９．１６５．７９３．２６．１－－－反渗透≤３≤５≤２≤１≤０．５≤５≤８≤２
表３处理系统出水水质
５结论
（１）该工艺处理的粪便污水，出水水质优于《综合水质排放标准》（ＧＢ８９７８－１９９６）中一级Ｂ和《生活杂用水水质标准》
（ＣＪ２５．１－８９）。

（２）ＵＡＳＢＦ装置运行中，充分发挥了悬浮污泥床和填料层的优点，取得了较好的处理效果。

（３）反硝化＋ＭＢＲ工序中，能较好地去除水中的有机污染物，去除率较高。

但在运行中注意膜的清洗，防止膜堵塞。

（４）在反渗透工序中，出水水质能达到很好的效果，回用水水质能达到设计标准。

在运行中，反渗透前端的精密过滤要控制膜通量及流速，同时反渗透的浓缩液要及时回流到整个工艺的处理前端。

参考文献：
［１］王绍康．关于城市生活粪便处理工艺方案的探讨［Ｊ］．城市管理与科技，２００３，５（３）：１２１－１２２．
［２］顾国维，等．膜生物反应器在污水处理中的研究和应用［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００２．
［３］许振良．膜法水处理技术［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００１．
厌氧－膜生物反应器－反渗透处理粪便污水４１５
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