生活污水深度處理研究及運(yùn)行小結(jié)

馬 麗，者有強(qiáng)

（新特能源股份有限公司，新疆烏魯木齊 830000）

0 引 言

水是工業(yè)生產(chǎn)及社會(huì)生活中不可替代的重要資源，是人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的必要因素。隨著全球人口數(shù)量的激增與工業(yè)化進(jìn)程的加快，地球上的水資源日趨緊缺，但科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及不斷深入探索自然，人們也發(fā)現(xiàn)水是可再生的資源，污水經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理可以重復(fù)利用，從而可實(shí)現(xiàn)水在自然界的不斷循環(huán)。

新特能源股份有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)新特能源）是一家主要從事多晶硅及太陽(yáng)能產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)的企業(yè)，隨著多晶硅產(chǎn)能的不斷釋放，生產(chǎn)用水不足的問(wèn)題直接影響著多晶硅產(chǎn)品的生產(chǎn)，雖然企業(yè)內(nèi)部已進(jìn)行過(guò)多項(xiàng)廢水回收利用技改，但仍然無(wú)法緩解生產(chǎn)用水緊張的問(wèn)題，且隨著新特能源擬建、在建及產(chǎn)業(yè)升級(jí)等一系列項(xiàng)目的先后建成投產(chǎn)，用水量還將大幅增加，生產(chǎn)用水緊張的問(wèn)題必須想辦法解決。為此，結(jié)合生活污水量大、處理工藝較簡(jiǎn)單、可回用價(jià)值高等特點(diǎn)，新特能源建設(shè)了1套生活污水深度處理裝置，經(jīng)處理后的水可以滿(mǎn)足工業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)和城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可作為新特能源工業(yè)循環(huán)水補(bǔ)水和廠區(qū)雜用水的第二水源，不僅可緩解生產(chǎn)用水緊張的難題，而且可減少污水排放，實(shí)現(xiàn)污水的回收利用。以下對(duì)有關(guān)情況作一介紹。

1 生活污水處理裝置的工藝選型

1.1 生活污水水質(zhì)分析

新特能源的生活污水主要為食堂排水、沐浴水、盥洗水和洗衣水等，均為間歇排放，其樣品水質(zhì)檢測(cè)報(bào)告見(jiàn)表1。

表1 生活污水水質(zhì)檢測(cè)報(bào)告

據(jù)生活污水水質(zhì)情況，為達(dá)到回用水水質(zhì)指標(biāo)，可以確定污水處理的目標(biāo)是：①去除水中殘存的懸浮物（包括活性污泥顆粒），脫色、除臭，使污水得到有效澄清；②進(jìn)一步降低水中的BOD5、COD、TOC等，使水質(zhì)進(jìn)一步穩(wěn)定；③脫氮、除磷，消除能夠?qū)е滤w富營(yíng)養(yǎng)化的因素；④消毒殺菌，去除水中的有毒有害物質(zhì)。

1.2 處理后的水質(zhì)要求

新特能源的生活污水據(jù)冬季、夏季回用目的的不同——夏季處理后的污水用于綠化、冬季處理后的污水用于循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水，對(duì)生活污水處理裝置出水的水質(zhì)要求就不同，相應(yīng)地采用的處理工藝也就不同。冬季循環(huán)水補(bǔ)水和夏季綠化回用水的水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2冬季循環(huán)水補(bǔ)水和夏季綠化回用水水質(zhì)指標(biāo)

1.3 工藝選型合理性分析

目前，針對(duì)生活污水的處理，以微生物將水中的污染物作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行代謝，從而降解水中的污染物，達(dá)到凈化污水的目的，是最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的污水處理工藝。而污水的可生化性可通過(guò)對(duì)其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)情況分析進(jìn)行評(píng)判：BOD5／COD直接反映污水的可生化降解性；BOD5／TN反映來(lái)水的碳源情況，比值越大，表明碳源越充足，應(yīng)盡量考慮反硝化脫氮；BOD5／TP是衡量生物除磷效果的重要指標(biāo)，比值越大，生物除磷效果越明顯。為評(píng)判新特能源的生活污水能否滿(mǎn)足微生物生長(zhǎng)的需要，對(duì)其生活污水進(jìn)行可生化性分析，其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)情況見(jiàn)表3。

表3 生活污水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)情況

1.3.1 BOD5的去除

污水中BOD5的去除是利用微生物的吸附作用和代謝作用，以BOD5為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，自身合成新細(xì)胞，從而實(shí)現(xiàn)BOD5的降解、去除。

活性污泥中的微生物在有氧的條件下將污水中的部分有機(jī)物用于合成新的細(xì)胞，其所需能量由微生物將另一部分有機(jī)物分解代謝來(lái)獲得，最終生成CO2和H2O等穩(wěn)定物質(zhì)。在合成代謝與分解代謝過(guò)程中，低分子溶解性有機(jī)物可直接進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部被利用，而非溶解性有機(jī)物則被吸附在微生物表面，被微生物胞外酶水解后進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部被利用；最終生成的代謝產(chǎn)物是無(wú)害的穩(wěn)定物質(zhì)，處理后污水中的殘余物質(zhì)濃度很低。

1.3.2 CODCr的去除

卜登立 男，1975年出生，河北定州人.博士，副教授，中國(guó)電子學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員，主要研究領(lǐng)域?yàn)殡娐吩O(shè)計(jì)與優(yōu)化、可逆邏輯綜合、量子電路綜合、啟發(fā)式優(yōu)化算法.

污水中CODCr的去除原理與BOD5的去除原理基本相同，CODCr的去除率取決于進(jìn)水的可生化性。由表3可以看出，新特能源生活污水的可生化性好，但冬季用于循環(huán)水補(bǔ)水的水質(zhì)要求CODCr≤50mg／L，去除率要求高，為達(dá)到較高的CODCr去除率，可再增加一級(jí)生物處理工序，以保證出水水質(zhì)。

1.3.3 氨氮的去除

由表1可知，新特能源生活污水進(jìn)水氨氮含量較高時(shí)為62.62mg／L，綠化回用水要求出水的氨氮含量≤20mg／L，循環(huán)水補(bǔ)水要求出水的氨氮含量≤5mg／L，要求較高，可采用硝化工藝來(lái)滿(mǎn)足回用水水質(zhì)要求。

1.3.4 色度、濁度及懸浮物的去除

色度的主要影響因素是污水中懸浮固體、膠體或溶解性物質(zhì)的含量。膠體可以通過(guò)混凝沉淀以及生物截留的方式去除，溶解性物質(zhì)形成的色度則可以通過(guò)生物氧化和化學(xué)氧化去除。

濁度的影響因素主要是污水中無(wú)機(jī)顆粒和有機(jī)顆粒的含量。無(wú)機(jī)顆粒和大直徑有機(jī)顆?？孔匀怀恋碜饔镁涂扇コ恍≈睆降挠袡C(jī)顆?？衫梦⑸锏慕到庾饔萌コ?；而小直徑的無(wú)機(jī)顆粒則要靠活性污泥絮體的吸附、網(wǎng)絡(luò)作用，與活性污泥絮體一起沉淀、過(guò)濾去除。

1.3.5 惡臭氣體的去除

生活污水在生化處理及污泥儲(chǔ)存與處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生惡臭氣體，主要成分為硫化氫、氨、甲硫醇等。可對(duì)污水處理裝置各池體加蓋密封后使用引風(fēng)機(jī)抽氣，與污泥脫水機(jī)房排氣合并采用等離子除臭裝置進(jìn)行處理。

1.4 污水處理工藝的確定

通過(guò)對(duì)生活污水水質(zhì)進(jìn)行分析及處理工藝進(jìn)行比選，本著工藝設(shè)計(jì)實(shí)用、易操作的原則，確定污水處理工藝如下：夏季采用“預(yù)處理＋A2O＋MBR膜”處理工藝，其中預(yù)處理采用“細(xì)格柵＋氣浮池＋調(diào)節(jié)池”，可實(shí)現(xiàn)對(duì)生活污水BOD5、CODCr、氨氮、懸浮物、膠體及溶解性物質(zhì)的去除，處理后用于廠區(qū)綠化的出水水質(zhì)可達(dá)到《城市污水再生利用——城市雜用水水質(zhì)》（GB／T18920—2002）的相關(guān)要求（注：對(duì)應(yīng)新國(guó)標(biāo)為GB／T18920—2020）；冬季用作循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)水，經(jīng)“預(yù)處理＋A2O＋MBR膜”工藝處理后，再經(jīng)“反滲透＋消毒”工藝處理，使出水水質(zhì)達(dá)到《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB／T50050—2017）的相關(guān)要求。

新特能源新建生活污水深度處理裝置，建設(shè)內(nèi)容包括格柵間、調(diào)節(jié)池、生物處理構(gòu)筑物、MBR膜處理間、反滲透處理間、泵房等，其工藝流程（見(jiàn)圖1）為：廠區(qū)內(nèi)生活污水經(jīng)管道收集后進(jìn)入格柵井，內(nèi)置1臺(tái)機(jī)械格柵，經(jīng)格柵截留的垃圾集中外運(yùn)，由格柵流出的污水經(jīng)提升井內(nèi)潛污泵提升后進(jìn)入氣浮池進(jìn)行隔油處理，氣浮池出水進(jìn)入調(diào)節(jié)池進(jìn)行水質(zhì)水量調(diào)節(jié)，之后依次進(jìn)入?yún)捬醭亍⑷毖醭?、好氧池，?jīng)曝氣生化處理后進(jìn)入MBR膜，進(jìn)一步去除BOD5、COD等；出水儲(chǔ)存在中間水池內(nèi)，夏季主要用于廠區(qū)綠化，冬季將出水再經(jīng)一級(jí)反滲透（RO）和次氯酸鈉消毒殺菌處理后主要用作循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水；反滲透含鹽廢水就近進(jìn)入新特能源一分公司含鹽廢水結(jié)晶系統(tǒng)進(jìn)行處理；污泥排入污泥池，經(jīng)帶式壓濾機(jī)脫水后外運(yùn)。

圖1 生活污水深度處理裝置工藝流程簡(jiǎn)圖

2 生活污水深度處理裝置的運(yùn)行情況

2.1 出水水質(zhì)指標(biāo)

生活污水深度處理裝置建成投運(yùn)后，對(duì)2020年夏季經(jīng)MBR膜處理后的出水水質(zhì)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，結(jié)果（均值）為pH7.38、BOD513.3 mg／L、LSA 0.084mg／L?？梢钥闯?，夏季經(jīng)MBR膜處理后的出水完全可滿(mǎn)足綠化用水水質(zhì)要求。

冬季氣溫較低，幾乎不需要綠化用水，將經(jīng)過(guò)MBR膜處理后的水再次經(jīng)過(guò)RO膜處理，對(duì)RO膜處理后的出水水質(zhì)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，結(jié)果（均值）為pH7.98、CODCr＜4.0mg／L、氯化物含量17.4mg／L、鐵含量5.62×10-3mg／L、總磷0.08mg／L、總硬度0.10mg／L、總堿度0.61 mg／L、濁度2.56NTU。可以看出，冬季MBR膜處理后的水再經(jīng)RO膜處理后，出水完全可滿(mǎn)足循環(huán)水補(bǔ)水水質(zhì)要求。

2.2 處理水量

對(duì)2020年上半年生活污水深度處理裝置冬季（1—4月）、夏季（5—7月）污水處理量及回用量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)表4?？梢钥闯?，生活污水處理裝置日均處理生活污水量為608.8m3，設(shè)計(jì)日處理能力為1000m3，裝置運(yùn)行負(fù)荷約為60%，可實(shí)現(xiàn)新特能源生活污水的穩(wěn)定處理。

表4 生活污水深度處理裝置接收水量及回用水量統(tǒng)計(jì)

3 效益分析

3.1 環(huán)境效益

生活污水深度處理是一項(xiàng)環(huán)保工程，其環(huán)境效益非常顯著，主要體現(xiàn)在：①相較于原生活污水處理后直接排放，經(jīng)深度處理后的污水回用率可達(dá)90%以上，減少了廢水的排放，從而減少了COD、氨氮等重點(diǎn)污染物的排放量；②生活污水深度處理裝置新增的等離子除臭設(shè)施，減少了惡臭污染物（硫化氫、氨、甲硫醇等）對(duì)環(huán)境的影響；③處理后的生活污水（夏季）回用于廠區(qū)綠化，改善了廠區(qū)環(huán)境，并對(duì)整個(gè)工業(yè)園區(qū)生態(tài)環(huán)境的改善也貢獻(xiàn)了一份力量。

3.2 社會(huì)效益

對(duì)原本外排的廢水進(jìn)行深度處理之后再利用，其社會(huì)效益也非常明顯，主要體現(xiàn)在：①將處理后的污水作為補(bǔ)充水源，對(duì)水資源緊缺的新疆地區(qū)來(lái)說(shuō)，降低了園區(qū)總用水量，緩解了用水壓力；②減少了排至園區(qū)污水處理廠的廢水量，在一定程度上可緩解園區(qū)污水處理廠的處理壓力；③在當(dāng)前大力號(hào)召保護(hù)環(huán)境、建設(shè)衛(wèi)生文明城市的形勢(shì)下，生活污水深度處理項(xiàng)目可作為一項(xiàng)示范工程，在城市生活污水及大型企業(yè)生活污水處理中進(jìn)行推廣。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益

本項(xiàng)目無(wú)顯著的直接經(jīng)濟(jì)效益，但間接經(jīng)濟(jì)效益良好，尤其是減少環(huán)境污染對(duì)社會(huì)造成的經(jīng)濟(jì)損失，主要表現(xiàn)形式有：①可減少企業(yè)分散進(jìn)行污水處理所增加的投資和運(yùn)行費(fèi)用，減輕企業(yè)的負(fù)擔(dān)；②處理后的污水用于廠區(qū)綠化和工業(yè)循環(huán)水補(bǔ)水等，節(jié)約了大量的水資源，按照夏季綠化回用水量約613.2m3／d、冬季循環(huán)水補(bǔ)水回用量約434m3／d計(jì)算，新特能源全年節(jié)水量約190845m3，水價(jià)按3.6元／t計(jì)算，年節(jié)水費(fèi)用約68.70萬(wàn)元。

4 優(yōu)化建議

（1）從目前生活污水的日處理量來(lái)看，本項(xiàng)目污水處理能力仍有余量，可對(duì)新特能源循環(huán)水排污水及生產(chǎn)廢水處理裝置處理后的污水等進(jìn)行綜合分析，選擇合適的水源，利用MBR膜及RO膜的設(shè)計(jì)余量進(jìn)行多源頭污水的深度處理，以進(jìn)一步提高回用水量。

（2）生活污水中含有BOD和氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)成分，這些物質(zhì)經(jīng)生活污水深度處理裝置處理后轉(zhuǎn)移到污泥中，通過(guò)沉降、脫水產(chǎn)生固體廢物——泥餅，目前泥餅的處置方式是與生活垃圾一起外送填埋，鑒于廠區(qū)現(xiàn)有綠化面積較大，可考慮將泥餅用作廠區(qū)綠化用肥料以實(shí)現(xiàn)再利用。

5 結(jié)束語(yǔ)

新特能源生活污水深度處理裝置工藝設(shè)計(jì)時(shí)，在充分調(diào)查生活污水水質(zhì)的情況下，選用了處理效率高、經(jīng)濟(jì)適用性好的“預(yù)處理＋A2O＋MBR膜”處理工藝，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生活污水中BOD5、CODCr、氨氮、懸浮物、膠體及溶解性物質(zhì)的去除，其出水夏季可滿(mǎn)足綠化用水水質(zhì)要求，冬季再通過(guò)增設(shè)的一級(jí)RO膜使出水可滿(mǎn)足循環(huán)水補(bǔ)水水質(zhì)要求。本項(xiàng)目的成功投運(yùn)，在解決生活污水處理問(wèn)題的同時(shí)，通過(guò)回用減少了水資源的消耗，實(shí)現(xiàn)了污染物的減排，改善了生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，提升了園區(qū)的清潔文明程度，產(chǎn)生了良好的環(huán)境效益、社會(huì)效益及一定的經(jīng)濟(jì)效益。