魏志勇

(甘肅省城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究院有限公司 蘭州 730030)

中水回用技術是指將城市居民生活廢水、污水集中處理后,滿足一定安全標準,再回用到小區(qū)綠化澆灌、道路清洗等,以此實現節(jié)約用水的目標。中水作為城市水源之一,具有水量大、可就地采取的特點。站在現實角度來看,做好中水回用,有利于解決城市廢水處理難題,緩解城市的用水荒,是推動城市可持續(xù)發(fā)展的重要對策。

1 建筑小區(qū)污水來源

隨著社會經濟的不斷發(fā)展,建筑小區(qū)的服務功能越來越豐富,比如住宅、娛樂設施等,但也正因此,導致小區(qū)污水來源更加復雜,污水性質更加惡劣。例如:沐浴廢水,有機物濃度較低,皂液含量偏高;廚房廢水,油脂懸浮物濃度較高;便溺水,細菌濃度較高。此類污水外觀較為渾濁,水中含有一定浮油,容易發(fā)生惡化,若處理不夠及時,會進一步產生變黑、散發(fā)惡臭等問題。

2 中水回用技術探究

通常來說,中水會根據實際用途的差異性分為以下幾種處理方式:一是將其處理至飲用水標準,從而直接應用到日常生活,實現水資源的回收再利用,適用于水資源極度缺乏的地區(qū),但投資相對較高,且工藝流程較為復雜;二是將其處理至非飲用水標準,用于不與人體直接接觸的用水,例如便器沖洗、綠化澆灑、消防等。在實際應用過程中需要切實滿足水質安全要求,比如:符合衛(wèi)生標準,要求大腸菌群數、懸浮物、磷化物等指標合格;滿足人們感觀要求,避免產生臭味、濁度超標;符合設備構造要求,防止水質引發(fā)設備腐蝕、結垢等。

2.1 物理法

物理法可以理解為借助機械設備將廢水內的懸浮物雜質去除,比如:膜濾法,通常適用于水質變化較大的情況,需要在外力作用下,使被分離的溶液以一定速度沿濾膜表面流動,使溶液中溶劑、無機離子經過濾膜進入低壓側,之后作為濾液排出。

2.2 物理化學法

物理化學法是指將物理法與化學法有機結合,借助化學反應,實現污染物質的轉化、分離與回收,常用于工業(yè)廢水的處理。比如混凝、催化氧化、電解等。其中混凝法是指在現有混凝劑結構加入新的基團,或將聚合物與化合物結合,形成能夠與污染物高效結合的復合混凝劑,進而去除水中溶解性有機物。吸附法則是采用活性炭等吸附劑,實現污染物的清除,其優(yōu)勢在于出水水質良好、吸附速度快,但也存在預處理復雜、材料投資大的不足之處。至于催化氧化法則適用于有機量較高的污水,相較于其他化學法,具有氧化徹底、操作便捷的優(yōu)勢,但也存在催化劑價格偏高的問題。

2.3 生物法

生物法是指借助微生物的新陳代謝實現污水內膠體狀有機污染的處理,主要分為:①好氧生物處理法,是指利用好氧微生物在氧氣環(huán)境下,能夠進行生物代謝實現有機物降解的處理方法;②厭氧生物處理法,是指利用兼性厭氧菌將污水大分子有機物降解為低分子化合物,再轉化為二氧化碳的污水處理方法。若依照微生物在水中的狀態(tài),還可將生物法細分為:①活性污泥法,是以活性污泥為主體的廢水生物處理方法,可以將廢水與活性污泥混合攪拌并曝氣,使有機污染物得到分解,使生物固體被分離出來,再根據實際需要將部分回流至曝氣池。②生物膜法,是污水土壤自凈過程的一種強化處理,比如高負荷生物濾池、生物轉盤等。③自然處理法,比如土地處理等。

3 膜-生物接觸氧化法的應用原理

膜-生物接觸氧化法是指從生物膜法衍生出的一種廢水生物處理法,同樣是利用生物膜上的微生物作用,使污水得到凈化。該方法主要采用與曝氣池一致的曝氣方法,用于提供微生物所需氧量,從而起到攪拌與混合的作用。同時在曝氣池內加入填料,以供微生物附著生長,可以理解為一種介于活性污泥法與生物濾池之間的生物處理法,并兼具兩者的優(yōu)點。具體的工藝流程為污水→調節(jié)池→膜生物反應器→消毒→清水池→回用。

在應用膜-生物接觸氧化法時,需要與其他生物污水工藝進行適當融合,相較于傳統的污水處理方法來說,不僅具有處理效率高、結構緊湊、能夠實現水力停留時間與污泥齡的徹底分離的優(yōu)勢,還具有抗沖擊負荷能力強、剩余污泥產量少,有助于部分微生物的培養(yǎng),同時系統可以進行自動化控制,設備化水平較高。該工藝能夠有效替代以往采用的活性污泥二沉池,通過將膜分離技術作為固液分離的手段,使微生物完成污染物的降解,并在壓力作用下,將膜過濾出水作為系統出水,而微生物也能在生物反應器當中實現富集。此外,由于膜本身具有一定的截留效果,因此膜-生物接觸氧化法可以在低水力停留時間下完成污水凈化操作,保證去除率在90%以上。

4 工程案例

筆者將以某地方住宅小區(qū)作為研究對象,其建筑面積大約在40 000 m2,綠化占比達到30%,日常情況下,排水、用水、中水間的關系表現為:最大日排水量=0.9×最大日用水量,最大日中水原水量=最大日排水量,單位為m3/d。

至于中水水源則主要表現為生活廢水,比如洗浴、廚房排水等,具體的可收集中水原水量為:廚房,用水量標準30 L/人/d,日給水量22.8 t/d,日排水量27 t/d,日中水原水量27 t/d;洗浴,用水量標40 L/人/d,日給水量30.4 t/d,日排水量36 t/d,日中水原水量36 t/d;廁所,用水量標準40 L/人/d,日給水量30.4 t/d,日排水量27.4 t/d,日中水原水量27.4 t/d。

4.1 建筑規(guī)模

中水回用工藝應用過程中需要涉及以下設備:污水處理設施,要求設施的處理能力依照以下公式進行計算:

其中:Q——設施處理能力,m3/d;

Q1——經過水平平衡后的中水原水量,m3/d;

t——中水設備的每日運行時間,h;

N——設施的耗水系數,通常取10%,若實施處于每天24 h不間斷運行,則N 取值為0.2。

經計算后,設施處理能力趨近于100 t/d;調節(jié)池,一般情況下,調節(jié)池的容積需要結合日處理水量的50%進行計算;中水貯存池,其容積要結合日中水量的35%進行計算[1]。

4.2 進出水水質要求

中水處理系統對進出水水質的要求表現如下:進水,化學耗氧量300 mg/L,生化需氧量200 mg/L,懸浮物濃度250 mg/L;進水,化學耗氧量50 mg/L,生化需氧量10 mg/L,懸浮物濃度10 mg/L,色度30度,濁度5度。

4.3 工藝比選

(1)方案一,傳統活性污泥法,其工藝流程如圖1所示。

圖1 傳統活性污泥法工藝流程

該方法的優(yōu)勢在于處理形式已得到大量實踐應用,因此工藝技術成熟度較高,能夠有效完成脫氮除磷,但也存在工藝路線較長,工藝構筑物占地面積較大的問題,且運行管理相對復雜,基建投資較高。具體投資情況以及運行費用表現為:工程初期需要設置中水回用系統,約65元/m2,共計投資130萬元;運行費用是確定中水價格的重要依據,比如管網折舊費、處理費用、人工費等。其中管網折舊費需依照50年考慮,為0.5元/t,設備折舊費要結合25年考慮,為0.3元/t,處理費則主要包括廠家提供的處理設備電費等,為1元/t。電費要結合市場情況以及工程特點進行綜合統計,為0.2元/t。人工費則為0.4元/t。最終確定總運行費用為2.43元/t[2]。

(2)方案二,生化法,工藝流程如圖2所示。

圖2 生化法工藝流程

該方法的特點在于工藝較為成熟、設備投資較高,由于無需采用污分流,因此可以在一定程度上減少管網投資,且原水的時流量變化較小,但出水水質往往只能達到沖廁與綠化的要求。具體的投資費用以及運行費用為:46元/m2,總投資共計95萬元;采用的管網折舊費按50年計算,為0.2元/t。設備折舊費依照25年計算,為0.3元/t。處理費,包括廠家提供的設備電費以及污泥處理費,為1.0元/t。電費0.2元/t。人工費為0.45元/t,運行費用總和為2.15元/t。

(3)方案三,膜-生物接觸氧化法,工藝流程如圖3所示。

圖3 膜-生物接觸氧化法工藝流程

該方法的優(yōu)勢在于污泥產量較少,可以實現可編程邏輯程序的自動化控制,且操作較為便捷,出水水質優(yōu)良,不僅能滿足綠化要求,也能用于洗車,但也存在設備投資較多,膜的更新會增加運行費用等不足之處。具體的投資費用與運行費用表現為:56元/m2,總投資共計110萬元;采用的管網折舊費按50年計算,為0.2元/t。設備折舊費依照25年計算,為0.5元/t。處理費,包括廠家提供的設備電費以及膜更新費,為1.0元/t。電費0.2元/t。人工費為0.3元/t,運行費用總和為2.25元/t[3]。

根據對上述3種方法的比對可以發(fā)現,傳統污水處理方法雖然設備費相對較低,但在管網建設上的支出卻相對較高,導致初始投資遠遠超過預期,由此形成的高額成本,也會使該方法較低的處理費用優(yōu)勢蕩然無存,因此不適合運用在建筑項目的中水處理當中。同時生物法雖然相較于膜-生物接觸氧化法的投資與運行成本較低,但優(yōu)勢并不突出。而膜-生物接觸氧化法的出水水質更能滿足用戶的心理預期,同時也能最大程度延長供水裝置、器具的使用壽命,能夠保證優(yōu)質中水經濟效益的最大化。隨著我國生產技術的不斷更新升級,膜組件的價格也會越來越低,因此膜-生物接觸氧化法的投資費用以及運行費用也會隨之減少。由此可見,站在長遠利益角度來看,膜-生物接觸氧化法的應用價值更高。

4.4 實驗研究

為了進一步完成3種方案的比選,筆者將利用3套實驗設備開展針對性的實驗分析。通過對住宅小區(qū)進行3個月的監(jiān)測,探究化學耗氧量、生化需氧量、懸浮物濃度的變化情況。

方案一的進水懸浮物去除率達到93%,出水懸浮物濃度在10 mg/L 左右。出水生化需氧量穩(wěn)定在10 mg/L,去除率達到95%。出水化學耗氧量穩(wěn)定在50 mg/L,去除率達到81%。

方案二的進水懸浮物去除率達到93%,出水懸浮物濃度在10 mg/L 左右。出水生化需氧量穩(wěn)定在10 mg/L,去除率達到95%。出水化學耗氧量穩(wěn)定在50 mg/L,去除率達到83%。

方案三的進水懸浮物去除率達到95%,出水懸浮物濃度在9 mg/L 左右。出水生化需氧量穩(wěn)定在9 mg/L,去除率達到95%。出水化學耗氧量穩(wěn)定在50 mg/L,去除率達到85%。

4.5 方案確定

根據上述分析后,最終確定采用膜-生物接觸氧化法來進行建筑項目的中水回用。

具體應用流程為:

原水→格柵→曝氣調節(jié)池→毛發(fā)聚集器→泵→生物接觸氧化池→豎流式沉淀池→中間水池→快濾池→消毒→超濾膜裝置→清水池→回用。

相較于方案一以及方案二來說,膜-生物接觸氧化法的污水處理時間更多,微生物濃度更高,由于污泥產量較低,因此無須設置污泥回流,且出水水質較為穩(wěn)定,動力消耗更低,能夠實現間接運行,避免污泥膨脹的問題形成[4]。

5 結語

綜上所述,通過對建筑小區(qū)污水來源開展分析討論,闡述常用的中水回用技術以及膜-生物接觸氧化法的應用原理,并以某地方建筑項目作為研究對象,進一步探討收集系統的設計路徑,以及不同工藝方案的對比,最終確定膜-生物接觸氧化法。相較于其他技術來說該方法具有更高的經濟性,且生物活性高、污泥產量低、出水水質好、經濟效果優(yōu)良,能夠確保水環(huán)境的有效保護,解決城市水資源短缺與污染問題,最大程度降低小區(qū)的用水成本。