接觸氧化和MBR是兩種常用的中水處理工藝,基本上國內(nèi)近年出版的所有專門論述污水回用技術(shù)的專著中都會提到這兩種工藝。在很多實際工程的待選方案也會出現(xiàn)這兩個工藝名稱。《建筑中水設(shè)計規(guī)范》(GB50336-2002)總結(jié)了幾種實踐中應(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,到底誰更適合建筑中水的處理,下面簡單的從三個方面、十個細(xì)節(jié)進(jìn)行比較。為了避免更多不確定性,這里所說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　哪個是新工藝

首先看看兩種工藝在國內(nèi)的發(fā)展歷史。國內(nèi)對生物接觸氧化的研究可以追溯到1975年7月,當(dāng)時的北京市環(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稱呼。1977年12月,生物接觸氧化法的中試研究通過了技術(shù)鑒定。鑒定會的規(guī)格很高,有50個單位的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,僅北京就有多項以生物接觸氧化工藝為主的中水工程實施,大部分都能通過當(dāng)時的驗收,并且運行良好。國內(nèi)從20世紀(jì)90年代初期開始了對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)所等國內(nèi)知名的高校和科研機(jī)構(gòu)都有相關(guān)的試驗研究。2000年前后,國內(nèi)有了MBR應(yīng)用于實際工程的先例,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)。同時對膜工藝的研究也火熱起來,按照清華大學(xué)黃霞教授講的笑話,國內(nèi)隨便兩個污水處理的研究人員碰到一起,都會發(fā)現(xiàn)對方也是研究膜的。看起來,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。

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。一般來說,設(shè)計良好的情況下,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。總的說來,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。很多運行中的MBR的污泥負(fù)荷都低于延時曝氣工藝,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,運行正常的時候,能達(dá)到5~10mg/L。MBR用的膜一般是微濾膜或者超濾膜,孔徑是零點幾個微米,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被攔截下來。大部分的細(xì)菌,例如大腸桿菌等也會留在反應(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的時候,接觸氧化可以實現(xiàn)40%~90%的去除率。工程設(shè)計中,硝化負(fù)荷可采用0.2~0.4kg/(m3•d),硝化效率為75%~85%。實現(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。所以實際應(yīng)用中都采用兩級或者更多級的接觸氧化串聯(lián),前面幾級用來去除BOD,后面的用來硝化,用起來效果還不錯。MBR硝化能力很好,良好設(shè)計的前提下,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,也就是增加一級或多級濾池。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的反硝化一般通過前置預(yù)缺氧池來進(jìn)行,按照計算結(jié)果打回流。基本上就是加一個池子,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)荷計算反硝化能力要高很多。實際用的時候會按照較低的污泥負(fù)荷設(shè)計,以提高保障率和降低出水總氮。

2.5　除磷的能力

微生物的生長過程能夠吸收磷,接觸氧化工藝在試驗中實測的結(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MBR尤其合適,因為膜可以讓所有生成的沉淀留在池子里。MBR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。總的來說,接觸氧化能夠滿足一些對水質(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)要求高的場合。

3　應(yīng)用的方便程度

最后對比一下建造、運行管理、維護(hù)等方面的內(nèi)容,包括流程對比、管理的難易、故障頻率、變負(fù)荷運行等。

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級或多級)-生物接觸氧化(硝化,一級或多級)-沉淀-過濾-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