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接觸氧化和MBR是兩種常用的中水處理工藝,基本上國(guó)內(nèi)近年出版的所有專門論述污水回用技術(shù)的專著中都會(huì)提到這兩種工藝。在很多實(shí)際工程的待選方案也會(huì)出現(xiàn)這兩個(gè)工藝名稱。《建筑中水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50336-2002)總結(jié)了幾種實(shí)踐中應(yīng)用的處理流程,分別提到了這兩種工藝。那二者到底孰優(yōu)孰劣,到底誰(shuí)更適合建筑中水的處理,下面簡(jiǎn)單的從三個(gè)方面、十個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行比較。為了避免更多不確定性,這里所說(shuō)的接觸氧化工藝是指“接觸氧化+沉淀+砂濾”,MBR是指一體式膜生物反應(yīng)器。   1　哪個(gè)是新工藝   首先看看兩種工藝在國(guó)內(nèi)的發(fā)展歷史。國(guó)內(nèi)對(duì)生物接觸氧化的研究可以追溯到1975年7月,當(dāng)時(shí)的北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究所(現(xiàn)名北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院)開展了小試研究,并提出了生物接觸氧化工藝這個(gè)稱呼。1977年12月,生物接觸氧化法的中試研究通過(guò)了技術(shù)鑒定。鑒定會(huì)的規(guī)格很高,有50個(gè)單位的80名代表參加。生物接觸氧化工藝用于中水處理在國(guó)內(nèi)也有約30年的歷史了,20世紀(jì)80年代末期到90年代末期,僅北京就有多項(xiàng)以生物接觸氧化工藝為主的中水工程實(shí)施,大部分都能通過(guò)當(dāng)時(shí)的驗(yàn)收,并且運(yùn)行良好。國(guó)內(nèi)從20世紀(jì)90年代初期開始了對(duì)MBR的研究,清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、天津大學(xué)、中科院生態(tài)所等國(guó)內(nèi)知名的高校和科研機(jī)構(gòu)都有相關(guān)的試驗(yàn)研究。2000年前后,國(guó)內(nèi)有了MBR應(yīng)用于實(shí)際工程的先例,大連和天津分別啟用了MBR的中水處理設(shè)施。2004年以后,MBR在中水中應(yīng)用的案例如同雨后春筍一般迅速出現(xiàn)。同時(shí)對(duì)膜工藝的研究也火熱起來(lái),按照清華大學(xué)黃霞教授講的笑話,國(guó)內(nèi)隨便兩個(gè)污水處理的研究人員碰到一起,都會(huì)發(fā)現(xiàn)對(duì)方也是研究膜的。看起來(lái),接觸氧化是更加成熟的工藝,而MBR則更新。2　處理能力和出水水質(zhì)接下來(lái)比較兩種工藝的處理能力,包括降解有機(jī)物、去除SS、硝化、反硝化、除磷等五點(diǎn)。   2.1　降解有機(jī)物   接觸氧化,顧名思義,能在污水與填料表面的生物膜接觸的時(shí)候氧化污水中的有機(jī)物。它降解BOD的能力很強(qiáng),BOD的去除率能達(dá)到90%以上,去除率跟容積負(fù)荷關(guān)系比較大。負(fù)荷高,去除率低;負(fù)荷低,去除率高。一般來(lái)說(shuō),設(shè)計(jì)良好的情況下,1.0g的容積負(fù)荷能差不多能夠達(dá)到85%以上的BOD去除率。總的說(shuō)來(lái),接觸氧化的出水COD指標(biāo)跟活性污泥法相當(dāng)或略差。用于中水處理的接觸氧化工藝選擇較低的容積負(fù)荷,其出水COD一般在20mg/L左右,BOD5大概是10mg/L。容積負(fù)荷和填料種類關(guān)系很大,國(guó)內(nèi)常用的爐渣填料容積負(fù)荷能達(dá)到2.0~3.5kg,出水BOD515~30mg/L。MBR去除有機(jī)物的能力已經(jīng)得到了廣泛的認(rèn)可。很多運(yùn)行中的MBR的污泥負(fù)荷都低于延時(shí)曝氣工藝,達(dá)到0.03kgBOD5/(kgMLVSS•d),因此有機(jī)物的去除效果非常好,BOD去除率達(dá)到95%是很容易做到的。MBR的出水指標(biāo)一般是COD10mg/L,BOD55mg/L。   2.2　去除SS   接觸氧化工藝首先要求進(jìn)水的SS不能太高,否則容易引起濾料堵塞。工藝的出水SS主要靠后沉淀和砂濾控制,運(yùn)行正常的時(shí)候,能達(dá)到5~10mg/L。MBR用的膜一般是微濾膜或者超濾膜,孔徑是零點(diǎn)幾個(gè)微米,再加上膜表面的凝膠層和污泥層,差不多全部的懸浮物都會(huì)被攔截下來(lái)。大部分的細(xì)菌,例如大腸桿菌等也會(huì)留在反應(yīng)器里。分離膜狀態(tài)正常的情況下,SS應(yīng)該是0。   2.3　硝化能力   接觸氧化有較好的硝化能力。當(dāng)進(jìn)水氨氮在20~40mg/L的時(shí)候,接觸氧化可以實(shí)現(xiàn)40%~90%的去除率。工程設(shè)計(jì)中,硝化負(fù)荷可采用0.2~0.4kg/(m3•d),硝化效率為75%~85%。實(shí)現(xiàn)良好硝化有一些外在條件要求,比如溫度要合適,進(jìn)水BOD要足夠低。所以實(shí)際應(yīng)用中都采用兩級(jí)或者更多級(jí)的接觸氧化串聯(lián),前面幾級(jí)用來(lái)去除BOD,后面的用來(lái)硝化,用起來(lái)效果還不錯(cuò)。MBR硝化能力很好,良好設(shè)計(jì)的前提下,進(jìn)水50~80mg/L的氨氮,出水一般只剩下1~5mg/L,硝化效率能達(dá)到95%以上。   2.4　反硝化能力   淹沒(méi)式生物濾池呈缺氧狀態(tài),可以用作反硝化反應(yīng)器。雖然不叫接觸氧化了,但結(jié)構(gòu)上差不多。反硝化的容積負(fù)荷為0.06~0.12kg/(m3•d)。這種濾池需要布設(shè)氣-水反沖洗管,定期清洗,比較麻煩。工程上可以在之前或者之后設(shè)置預(yù)缺氧生物濾池,也就是增加一級(jí)或多級(jí)濾池。前置的缺氧生物濾池需要打回流,后置的需要加入甲醇等易降解有機(jī)物。MBR的反硝化一般通過(guò)前置預(yù)缺氧池來(lái)進(jìn)行,按照計(jì)算結(jié)果打回流。基本上就是加一個(gè)池子,或者做分隔。MBR的污泥濃度比普通活性污泥法高3~10倍,所以按照污泥負(fù)荷計(jì)算反硝化能力要高很多。實(shí)際用的時(shí)候會(huì)按照較低的污泥負(fù)荷設(shè)計(jì),以提高保障率和降低出水總氮。   2.5　除磷的能力   微生物的生長(zhǎng)過(guò)程能夠吸收磷,接觸氧化工藝在試驗(yàn)中實(shí)測(cè)的結(jié)果是大概能減少36%的總磷。想獲得更好的除磷效果,需要采取其它方式。MBR反應(yīng)器中,磷的去除與P/BOD的比值有關(guān),試驗(yàn)表明有相當(dāng)于進(jìn)水BOD濃度2%的磷被生物吸收。當(dāng)進(jìn)水中磷含量偏高的時(shí)候,為保證出水達(dá)標(biāo),可以采取投加化學(xué)藥劑的方式。這對(duì)MBR尤其合適,因?yàn)槟た梢宰屗猩傻某恋砹粼诔刈永铩BR出水的磷可以很好的維持在0.3mg/L以內(nèi)。上面比較了接觸氧化和MBR兩種工藝去除污染物的能力和出水水質(zhì)的大體情況。總的來(lái)說(shuō),接觸氧化能夠滿足一些對(duì)水質(zhì)要求不太高的工程,尤其是不要求總氮、總磷的情況。MBR的出水水質(zhì)得到了幾乎所有人的認(rèn)可,而且正常運(yùn)行期間的可靠性有很好的保障,適用于一些水質(zhì)要求高的場(chǎng)合。   3　應(yīng)用的方便程度   最后對(duì)比一下建造、運(yùn)行管理、維護(hù)等方面的內(nèi)容,包括流程對(duì)比、管理的難易、故障頻率、變負(fù)荷運(yùn)行等。   3.1　流程的比較   3.1.1不要求脫氮除磷   接觸氧化:原水-格柵-調(diào)節(jié)池-生物接觸氧化(1級(jí)或多級(jí))-生物接觸氧化(硝化,一級(jí)或多級(jí))-沉淀-過(guò)濾-消毒-出水MBR:原水-格柵-調(diào)節(jié)池-膜池-消毒-出水   3.1.2要求脫氮  #p#分頁(yè)標(biāo)題#e# 接觸氧化:原水-格柵-調(diào)節(jié)池-缺氧生物濾池(1級(jí)或多級(jí))-生物接觸氧化(1級(jí)或多級(jí))-生物接觸氧化(硝化,一級(jí)或多級(jí))-沉淀-過(guò)濾-消毒-出水MBR:原水-格柵-調(diào)節(jié)池-脫氮池-膜池-消毒-出水   3.1.3要求除磷   MBR:原水-格柵-調(diào)節(jié)池-脫氮池-膜池(加藥)-消毒-出水相對(duì)而言,接觸氧化的處理流程較長(zhǎng),最少需要7個(gè)環(huán)節(jié),要求脫氮時(shí)經(jīng)常達(dá)到10個(gè)以上的環(huán)節(jié)。MBR一般是4個(gè)環(huán)節(jié),要求脫氮除磷的時(shí)候是5個(gè)環(huán)節(jié)。根據(jù)串連反應(yīng)的特點(diǎn),環(huán)節(jié)越少,可靠性越高。因此流程長(zhǎng)短也就直接決定了管理和維護(hù)的工作量。   3.2　管理難易   拋開兩者相同的單元,接觸氧化需要管理的是兩級(jí)生物池、沉淀池和砂濾,涉及到的設(shè)備至少包括兩組填料、兩套生物曝氣組件、風(fēng)機(jī)、提升泵、排泥泵、砂濾罐等。MBR需要管理的膜池,涉及到的設(shè)備至少包括膜組件、提升泵或抽吸泵、風(fēng)機(jī)、排泥泵。從管理難度上來(lái)說(shuō),砂濾罐和膜組件差不多。接觸氧化的兩級(jí)生物濾池和沉淀池的管理比MBR的一個(gè)活性污泥池難度大很多。從自動(dòng)控制的角度來(lái)講,MBR需要調(diào)節(jié)的參數(shù)比較少,更容易實(shí)現(xiàn)自控。   3.3　故障幾率整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行建立在每個(gè)環(huán)節(jié)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上。因?yàn)槭谴?lián)形式,所以系統(tǒng)正常運(yùn)行的幾率為每個(gè)環(huán)節(jié)正常運(yùn)行的幾率的乘積。假設(shè)在操作人員的精心維護(hù)下,每個(gè)單個(gè)環(huán)節(jié)的正常運(yùn)行率為97%,那么接觸氧化系統(tǒng)總的正常運(yùn)行概率在80%左右;MBR工藝的總的正常運(yùn)行概率在90%左右。MBR的故障概率僅為接觸氧化的一半。   3.4　變負(fù)荷運(yùn)行接觸氧化是一種生物膜法,因此有生物膜法的共同特征。由于微生物附著生長(zhǎng)在填料表面,無(wú)法隨環(huán)境的變化來(lái)改變反應(yīng)器內(nèi)的生物量。因此在設(shè)計(jì)的時(shí)候要考慮備用能力,一旦建成后,幾乎不能調(diào)節(jié)其性能來(lái)適應(yīng)進(jìn)水或出水水質(zhì)的變化。MBR在應(yīng)對(duì)變負(fù)荷方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),因?yàn)槠銼RT和HRT是可以獨(dú)立調(diào)節(jié)的。因此在面臨短時(shí)高負(fù)荷沖擊時(shí),可以通過(guò)延長(zhǎng)水力停留時(shí)間的方式保證出水水質(zhì)。比較起來(lái),MBR在建造和運(yùn)行管理方面會(huì)相對(duì)容易一些。   4　總結(jié)   接觸氧化工藝具有很多優(yōu)點(diǎn),在我國(guó)的污水再生回用方面得到了廣泛的應(yīng)用,為國(guó)內(nèi)水資源保護(hù)和節(jié)水做了很大的貢獻(xiàn)。直到現(xiàn)在,接觸氧化工藝依然憑借自身微生物生命力強(qiáng)的特點(diǎn)在很多難降解的工業(yè)廢水處理中大顯身手。MBR工藝依靠著極好的出水水質(zhì)在一些要求較高的水處理領(lǐng)域用的越來(lái)越多。總得說(shuō)來(lái)各有優(yōu)點(diǎn),在水量大且變化系數(shù)小的時(shí)候,接觸氧化的成本低一些,而且可以配備專業(yè)的管理人員。在水量小,變化系數(shù)大的時(shí)候,MBR的可靠性更高。在水質(zhì)要求高的情況下,MBR也更加合適。