组合工艺处理医院生活污水的对比研究

曹井国，王晶，宁立群，刘肖，李萌，杨宗政，于俊利

（1.天津科技大学化工与材料学院，天津300457；2.北京市自来水集团有限责任公司技术研究院，北京100012；3.北京市供水水质工程技术研究中心，北京100012；4.天津科技大学海洋与环境学院，天津300457；5.天津中天海盛环保科技有限公司，天津300384）

组合工艺处理医院生活污水的对比研究

曹井国1，王晶2，3，宁立群4，刘肖4，李萌4，杨宗政1，于俊利5

（1.天津科技大学化工与材料学院，天津300457；2.北京市自来水集团有限责任公司技术研究院，北京100012；3.北京市供水水质工程技术研究中心，北京100012；4.天津科技大学海洋与环境学院，天津300457；5.天津中天海盛环保科技有限公司，天津300384）

分别采用接触氧化组合工艺和MBR组合工艺处理医院生活污水，对处理效果及运行费用进行了对比。结果表明：接触氧化组合工艺处理效果受填料比影响较大，当填料比为20%时，对COD、氨氮、浊度的去除率最高分别为88%、88%、96%；处理同样医院废水的情况下，MBR组合工艺对COD、氨氮、浊度的去除率最高分别为75%、79%、98%，由于截留能力的差异，MBR出水中的微生物含量显著低于接触氧化出水，在满足排放标准情况下，MBR组合工艺的消毒剂用量相对较低；经济分析表明，同等规模的组合工艺，两者的总投资相差不大，MBR组合工艺的运行费用略高。

接触氧化；膜生物反应器；组合工艺；医院废水

从本质上讲，医院废水水质与生活污水水质类似，但为了防止医院污水中的病原微生物进入环境，《医疗机构水污染物排放标准》（GB 18466—2005）对废水的消毒进行了严格的规定。然而，消毒剂使用后，也会带来产生消毒副产物的潜在危害〔1〕，因此，研究人员对医院污水消毒过程以及污水处理过程伴生的气体及污泥也进行了一系列的研究〔2-3〕。

目前，接触氧化工艺和MBR工艺逐渐成为医院污水处理的主流工艺〔4〕。接触氧化工艺具有节能、生物量高、抗冲击负荷能力强等优点，而MBR工艺与接触氧化工艺相比，能耗略高，但产水水质好〔5〕，并且可减少消毒剂的用量〔6〕。

针对某医院污水，分别采用接触氧化组合工艺和MBR组合工艺进行处理，对两种工艺的处理效果及经济性进行了分析，以期为同类废水处理项目提供参考和借鉴。

1　材料与方法

1.1废水来源及水质

原水取自天津港口医院集水井综合废水，水质如表1所示。

表1　原水水质

1.2污泥来源

活性污泥取自泰达污水处理厂曝气池，投加量约为3 000 mg/L。

1.3实验装置

接触氧化组合工艺流程如图1所示。

图1　接触氧化组合工艺实验装置示意

接触氧化组合工艺实验装置由调节池、水解酸化池、两级接触氧化池、沉淀池及消毒池组成，调节池尺寸360 mm×145 mm×480 mm；水解酸化池尺寸350 mm×145 mm×480 mm；每个接触氧化池尺寸480 mm×150 mm×480 mm，底部设曝气；沉淀池为竖流式，尺寸150 mm×150 mm×480 mm，设气提装置，将一部分污泥回流至水解酸化池；消毒池尺寸150 mm×150 mm×480 mm，有效水深均为380 mm。通过蠕动泵将污水从医院集水井泵入调节池，经处理和消毒后溢流排出。进水流量约为6 L/h，好氧区水力停留时间约为9 h，气水比为15∶1，总水力停留时间约为18 h，连续运行40 d。

后来的日子里，紫云心里很不踏实，肚子闹腾得厉害，整日往池子里吐苦水，莫非有了孩子？这事还不能让丈夫知道。

MBR组合工艺流程如图2所示。

MBR组合工艺实验装置由调节池、沉淀池、MBR反应池和消毒池组成，调节池尺寸360 mm× 145 mm×480 mm；沉淀池尺寸350 mm×145 mm× 480 mm，MBR反应池尺寸480 mm×150 mm×480 mm；消毒池尺寸150 mm×150 mm×480 mm，有效水深为380 mm，调节池和MBR池中安装曝气管，气水比分别为10∶1和20∶1，膜组件为微滤膜，膜面积为0.5 m2，过滤孔径为0.22 μm。原水通过蠕动泵从集水井送入调节池，进水流量约为6 L/h，膜出水泵采用间歇运行模式，运行8 min、停止运行2 min，产水经消毒后溢流排出，好氧区水力停留时间约为8 h，总水力停留时间约为12 h，连续运行72 d。

图2　MBR组合工艺实验装置

2　结果与讨论

2.1COD的去除效果

接触氧化组合工艺与MBR组合工艺对COD的去除效果如图3所示。

图3　接触氧化组合工艺对COD的去除效果

由图3可见，进水COD为176～260 mg/L，随着填料比的增加，去除效果提高。填料比例为10%时，系统出水COD为36～60 mg/L，COD去除率为76%～79%；填料比例为15%时，系统出水COD为35～43 mg/L，COD去除率为80%～83%；填料比例为20%时，系统出水COD为28～40 mg/L，COD去除率为83%～88%。较高的填料比能够为微生物提供较多的载体和传质面积，对有机物的降解有利。

MBR组合工艺对COD的去除效果如图4所示。

图4　MBR组合工艺对COD的去除效果

由图4可见，进水COD为172～200 mg/L，出水COD为45～60 mg/L，COD去除率为69%～75%，当运行天数为21 d时，COD去除率趋于稳定，满足排放标准。接触氧化池内填料除提供微生物停留场所外，还能增加氧气扩散的距离，进而提高氧气在水中的停留时间，从而增加了微生物与氧气的接触时间，进而提高了氧气的利用率。MBR反应器中，为了减缓膜污染程度，曝气量通常较大。另一方面，不设置填料也使氧气的利用率相对较低，因此，在笔者研究中，MBR组合工艺对有机物的去除率较接触氧化组合工艺低，与填料比为10%的接触氧化效果接近。

2.2NH3-N的去除效果

接触氧化组合工艺对NH3-N的去除效果如图5所示。

图5　接触氧化组合工艺对NH3-N的去除效果

组合MBR对NH3-N的去除效果如图6所示。

图6　MBR组合工艺对NH3-N的去除效果

由图6可见，在运行周期内，进水NH3-N为65～81 mg/L，出水NH3-N为14～20 mg/L，NH3-N去除率为76%～78%，在运行天数为15 d时，NH3-N去除率达到最高，为79%，之后趋于稳定，最终出水NH3-N为15 mg/L。

在有氧的情况下，硝化细菌将NH3-N硝化成硝酸盐，在接触氧化池的填料上，容易富集世代周期长的硝化细菌，而MBR反应器由于膜截留作用，也为硝化细菌的富集提供了有利条件，研究中MBR组合工艺对NH3-N的去除率低于接触氧化工艺，也同样是由于氧利用率的原因导致，但同比有机物的去除，MBR组合工艺对NH3-N的去除效果与填料比为20%的接触氧化效果接近。

2.3浊度的去除效果

接触氧化组合工艺对浊度的去除效果如图7所示。

图7　接触氧化组合工艺对浊度的去除效果

由图7可见，进水浊度为120～180 NTU，填料比例为10%时，系统出水波动相对较大，为15～27 NTU，浊度去除率为84%～87%；填料比例为15%时，系统出水浊度为12～19 NTU，浊度去除率为85%～93%；填料比例为20%时，系统出水浊度波动比较小，为3～16 NTU，浊度去除率为90%～96%。

进水浊度为120～133 NTU，运行时间为69 d，考察组合MBR工艺的浊度去除效果，结果发现，出水浊度稳定在0.04～0.09 NTU之间，浊度去除率为92%～98%。由于采用过滤孔径为0.22 μm的微滤膜作为固液分离单元，MBR组合工艺对活性污泥具有相对较好的截留作用，对浊度的去除效果较接触氧化组合工艺好，然而，膜污染及膜维护一直是限制膜技术应用的最大障碍，膜的使用寿命受膜材料、混合液性质、进水水质和操作条件等制约〔7〕。有研究人员将MBR工艺延长，在前端增加预处理单元，如接触氧化池〔8〕，笔者也在MBR工艺前增加了预氧化单元，目的都是减少MBR内污泥浓度，改善操作条件，从而延长膜组件的使用寿命。

2.4病原微生物的去除效果

经过优化，接触氧化组合工艺与MBR组合工艺的次氯酸钠投加质量浓度分别为30 mg/L和10 mg/L，对微生物的去除效果如表2所示。

表2　粪大肠菌群总数及去除率（平均值）

废水经接触氧化组合工艺处理后，微生物数量有所降低，对粪大肠菌群的平均对数去除率为0.91%，经消毒处理后，大部分微生物得到去除，对粪大肠菌群的平均对数去除率为6.23%。相对应的，废水经过MBR组合工艺后，对粪大肠菌群的平均对数去除率为2.92%，经消毒处理后，大部分微生物得到去除，对粪大肠菌群的平均对数去除率为6.57%，MBR组合工艺对微生物具有较好的去除效果，因此，在相同的消毒效果下，药剂投加量明显减少。

2.5经济性对比

以处理水量500 t/d为例，两种组合工艺的投资及运行费用：接触氧化组合工艺的土建费为50～65万元，设备费为70～75万元，综合投资为120～140万元，工艺运行电费为0.4～0.5元/d，耗材及维护费用约为0.1元/d，药剂费约为0.15元/d，运行费用合计0.65～0.75元/d；MBR组合工艺土建费为30～40万元，设备费为100万元，综合投资为125～140万元，与接触氧化组合工艺相比，基本持平，电费为0.5～0.6元/d，耗材及维护费用约为0.2元/d，药剂费约为0.05元/d，运行费用合计0.75～0.85元/d，与接触氧化组合工艺相比略高。

3　结论

对比了接触氧化组合工艺与MBR组合工艺对有机物、NH3-N、浊度、粪大肠杆菌的去除效果，并以500 t/d工程为例进行了分析，结果表明：在好氧区水力停留时间、污泥浓度、进水水质和水量都相近的情况下，接触氧化组合工艺在有机物和NH3-N处理效果上优于MBR组合工艺，但在浊度以及粪大肠杆菌的处理能力上，MBR组合工艺优于接触氧化工艺；两种组合工艺的基建投资相近，MBR组合工艺的运行费用略高。基于医院废水对致病微生物的特殊排放要求，MBR组合工艺在该类废水的处理中将拥有较大的优势。

［1］Evens E，Gérard K，Jean-Marie B，et al.Toxicological effects of disinfections using sodium hypochlorite on aquatic organisms and its contribution to AOX formation in hospital wastewater［J］.Environment International，2004，30（7）：891-900.

［2］林集先.医院污水处理站废气消毒工艺的选择［J］.化学工程与装备，2008（10）：141-142.

［3］张景丽，顾平，张光辉.NaClO和PAA对医院污水MBR污泥消毒的研究［J］.中国给水排水，2014，30（3）：87-91.

［4］王晶，曹井国，张德强，等.医院综合污水处理工程设计与运行［J］.中国给水排水，2013，29（24）：74-77.

［5］Liu Qiaoling，Zhou Yufen，Chen Lingyun，et al.Application of MBR for hospital wastewater treatment in China［J］.Desalination，2010，250（2）：605-608.

［6］Lc-Clech P，Chen V，Fane T A G.Fouling in membrane bioreactors used in wastewater treatment［J］.Journal of Membrane Science，2006，284（1/2）：17-53.

［7］Meng Fangang，Chae S R，Drews A，et al.Recent advances in membrane bioreactors（MBRs）：Membrane fouling and membrane material［J］.Water Research，2009，43（6）：1489-1512.

［8］Trapani D D，Bella G D，Mannina G，et al.Comparison between moving bed-membrane bioreactor（MB-MBR）and membrane bioreactor（MBR）systems：Influence of wastewater salinity variation［J］.Bioresource Technology，2014，162（6）：60-69.

Comparative study on hospital domestic sewage treated by combined process

Cao Jingguo1，Weng Jing2，3，Ning Liqun4，Liu Xiao4，Li Meng4，Yang Zongzheng1，Yu Junli5
（1.School of Chemical Engineering and Material，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300457，China；2.Instunitute of Technology of Beijing Waterworks Group Co.，Ltd.，Beijing，100012，China；3.Beijing Engineering Research Center for Drinking Water Quality，Beijing，100012，China；4.College of Marine and Environmental Sciences，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300457，China；5.Tianjin Zhongtian Haisheng Environmental Protection Science and Technology Co.，Ltd.，Tianjin 300384，China）

Biologicalcontactoxidationhybridprocess（BCOH）andmembranebiologicalreactorhybridprocess（MBRH）have been used for treating hospital sewage，respectively，and the treatment effects and operation costs compared. The results show that the treatment effect of contact oxidation hybrid process is influenced by packing ratio more greatly.When the packing ratio is about 20%，the highest removing rates of COD，NH3-N and turbidity could achieve 88%，88%and 96%，respectively.When the hospital sewage is treated under similar conditions，the highest removing rates of COD，NH3-N and turbidity by MBR hybrid process are 75%，79%，98%，respectively.Because of the difference of interception abilities，the microbial content in MBR effluent is obviously lower than that in contact oxidation effluent.Under the conditions of meeting the discharge standard，the dosage of disinfectant for MBR hybrid process is relatively lower.The economic analysis shows that when the scales of hybrid processes are equal，the difference between the total investments of both of them is not big，and the running costs of MBR hybrid process is slightly higher.

comparative study；contact oxidation；membrane biological reactor；hybrid process；hospital sewage

X703

A

1005-829X（2016）05-0036-04

科技型中小企业技术创新基金项目（12C26211200543）

曹井国（1980—），博士，副教授。E-mail：cjg@tust.edu. cn。通讯联系人：杨宗政，博士，教授。E-mail：yzz320@tust. edu.cn。

2016-02-10（修改稿）