复合填料曝气生物滤池在中水回用中的应用及效益分析

章 君， 黄 磊

(1.浙江省工业环保设计研究院有限公司， 杭州 310005;2.上海百利加防腐工程有限公司， 上海 200025)

水是地球上一切生命赖以生存、不可缺少的重要物质，又是不可替代的重要自然资源。由于世界人口增长和社会经济的发展，人类的用水量剧增，原有的清洁水资源受到人类活动的污染，使地球上水资源利用日趋紧缺。供水不足给城市工业造成巨大的危机，同时给城市居民生活造成许多困难和不便，因此必须加快措施研发水资源可持续利用技术，合理配置污水资源化，以缓解城市水资源紧缺状况。近年来，中水回用作为保护水资源和使水资源增值的一种重要途径，可有效缓解水资源的紧缺问题[1－2]，在国内外越来越多地被广泛应用。

浙江长兴某污水处理厂为了贯彻国家规划“十二五”的节能减排政策，提高水的重复利用率和污水资源化水平，拟采用复合填料曝气生物滤池工艺对污水处理厂出水进行深度处理后作为中水回用。处理后的出水用于厂区道路清洗、绿化以及景观用水等，其出水水质达到GB/T 18920—2002《城市污水再生利用－城市杂用水水质》与GB/T 18921—2002《城市污水再生利用－景观环境用水》水质标准。

1 设备与方法

1.1 处理工艺流程

浙江长兴某污水处理厂主要处理所辖园区的工业废水，包括印染、医药、纺织、制革等废水。采取SBR+混凝沉淀处理后排入周边地表水河道，设计处理水量为5 000 m3/d。该中水回用项目拟采用活性碳+椰壳复合填料曝气生物滤池对厂区出水进行深度处理后回用，设计进水流量为1 000 m3/d，其工艺流程图1所示。

图1 污水处理工艺流程

本项目主体设施为图1中中水回用部分(虚线框图所示)，其中水回用装置为钢结构组合装置，由中间水池、曝气生物滤池、紫外消毒装置、贮水罐及水泵、气泵等组成。厂区混凝沉淀部分出水(其他由超越管排出)经重力自流至中间水池，通过提升泵将待处理水泵入复合填料曝气生物滤池中。利用活性炭疏松多孔结构、椰壳的强去油能力组成复合填料，在填料上接种驯化挂膜，利用微生物的作用机制进一步去除污水中的COD、氨氮及总磷等污染物。处理后的出水经过紫外消毒后进入贮水罐作为中水待用。

1.2 工艺设备参数

(1)中间水池(1个);

中间水池为钢制圆柱形池子(含液位计1台)，水池有效容积为20m3，尺寸为Φ2 800 mm×H 3 800 mm。

(2)中水提升泵(2台，一用一备);

中水提升泵为卧式单级离心泵(含电磁流量计1台);型号:L－50－260;额定电压:380 V;流量:50 m3/h;扬程:26 m;额定功率:6.8 kW。

(3)曝气生物滤池(1套);

曝气生物滤池为钢制圆柱形池子(含气泵11台)，有效容积为165 m3，尺寸为Φ4 000 mm×H 14 000 mm。

(4)紫外线消毒装置(1套);

型号:美国安力斯UV－254 nm低压汞灯及其配套部件，155 W紫外线杀菌灯18支;处理水量85 m3/h;额定电压380 V;额定功率2.79 KW。

(5)贮水罐(1个);

贮水罐为钢制圆柱形池子，水池有效容积为20 m3，尺寸为 Φ2 800 mm ×H 3 800 mm。

1.3 试验用水

试验用水为污水处理站混凝沉淀出水，其2008－08～2012－01月的出水部分指标见表1。

表1 试验用水水质

1.4 试验方法

采取直接接种挂膜培养驯化，在挂膜阶段检验进出水COD及色度的变化，以进出水COD及色度的去除率变化不大时，确定挂膜驯化成功。挂膜驯化结束后装置投入试运行，其水温控制在18～25℃[3－4]，通过改变水力停留时间(HRT)和气水体积比，同时检测进出水的COD、NH3－N及色度，确定最佳的运行工况。

2 工艺运行

2.1 运行条件探索

在系统调试期间，选择污水在复合填料曝气生物滤池中的水力停留时间为2、3、4、5 h等4个水平，气水体积比为 1∶1、2∶1、3∶1、4∶1 等 4 个水平，进行正交试验。每组试验稳定运行7d，考察出水COD、NH3－N及色度的去除率。试验结果表明HRT为4 h、气水体积比为3∶1为最佳工况。

2.2 结果分析

在HRT为4 h、气水体积比为3∶1的最佳工况条件下稳定运行一周，其COD、氨氮及色度的去除率见图2所示。

图2 稳定运行去除率

由图2可知，稳定运行期间COD、氨氮及色度的去除率波动较小，运行较为稳定，其平均去除率分别为46.71%、80.32%、89.29%。

3 效益分析

3.1 环境效益

设备连续稳定运行一周出水的部分指标平均值，见表2。

表2 最佳工况条件下出水监测平均值

由表2可以看出，深度处理出水达到GB/T 18920—2002《城市污水再生利用－城市杂用水水质》与GB/T 18921—2002《城市污水再生利用－景观环境用水》水质标准。

项目设计水量为1 000 m3/d，故年减排污水36.5万吨，减排 COD 18.25吨(进水 COD按 50 mg/L计)，减排 NH3－N 2.19吨(进水NH3－N按6.0 mg/L计)，减排TP 0.37吨(进水TP按1.0 mg/L计)，为该地区实现“十二五”规划减排指标提供了保障。

3.2 经济效益

根据稳定运行的消耗数据，项目单位水量的电费及人工管理费用共计0.34元/吨，厂区自来水费为2.26元/吨，中水回用装置流量按1 000 m3/d计，企业每年可节约自来水36.5万吨，故本项目年收益70.08 万元。

其相关经济分析指标详见表3。

表3 项目经济评估

由表3可知，本项目年收益70.08万元，投资偿还期为2.13年，内部收益率45.77%，其经济效益良好。

4 结论

(1)本研究选择活性碳+椰壳填料曝气生物滤池对浙江长兴某污水处理厂出水进行深度处理，在水力停留时间4 h、气水体积比3∶1的最佳工况条件下，污水的COD、NH3－N及色度的平均去除率分别为 46.71%、80.32%、89.29%。

(2)深度处理出水达到GB/T 18920—2002《城市污水再生利用 －城市杂用水水质》与 GB/T 18921—2002《城市污水再生利用－景观环境用水》水质标准。

(3)装置运行后，年减排污水36.5万吨，COD 18.25吨(进水 COD 按 50 mg/L 计)，NH3－N 2.19吨(进水 NH3－N 按6.0 mg/L 计)，TP 0.37 吨(进水TP按1.0 mg/L计)。其环境效益良好。

(4)项目年收益70.08万元，投资偿还期为2.13年，内部收益率45.77%，其经济效益良好。

[1]Uyak V，Toroz I.Disinfection Byproduct Precursors Reduction by various Coagulation Techniques in Istanbul Water Supplied[J].Hazardous Materials，2007，141(1):320 －328.

[2]李俊生，杨波，陈晔，等.生物活性炭滤池深度处理纱线筒子染色废水研究[J].水处理技术，2011，37(3):108－110.

[3]王小蓉，郝广平，李文翠.生物活性炭技术在水处理中的研究与应用[J].化工进展，2010，29(5):932 －937.

[4]任芝军，马桂林，孙勇，等.高锰酸盐－生物活性炭工艺抗冲击负荷研究[J].哈尔滨工业大学学报，2010，42(10):1667－1670 .