北京市城镇污水资源化利用技术探讨

'北京市城镇污水资源化利用技术探讨口文剑平刘振国刘大根摘要北京市水资源严重短缺。实现城镇污水由“处理达标排放”到“污水资源化利用”战略转变是解决水资源短缺的必然选择。国内外主要污水再生技术除传统技术外，还有膜处理技术，其中“一体式膜生物反应器”将生物处理技术与膜分离技术高效结合，可以实现城市污水大规模资源化，是污水资源化工程建设的最佳选择。关键词污水资源化一体式膜生物反应器技术分析　　北京是水资源严重短缺的大都市，寻求新水源，改善水环境，解决北京极度紧缺的水资源现状已迫在眉睫。把污水变成新的水源是解决北京水资源问题根本性和战略性的措施，要实现这个目标，就必须实现由传统污水处理厂向现代污水资源化工厂的战略转变。这意味着，把新建污水处理工程改变为新建污水资源化工程，把以达到排放标准为目标改变为以再生利用水质标准为目标，以利用和消耗天然水体的环境容量(实际已丧失环境容量)稀释净化受纳的排放污水功能改变为提供生态用水为目标，提供优质再生水补给地表水体和地下水体，恢复地表水和地下水的生态功能。这一战略转变是解决北京市水资源贫乏和逐步偿还超采赤字的根本途径。实现上述转变，要以获得技术过关、经济可行的方法为前提。　　一、目前国内外主要的污水再生技术　　1.传统再生水处理技术　　(1)化学沉淀→过滤→消毒工艺　　该工艺采用化学和机械过滤结合起来的方法，是中小型中水厂采用的后处理工艺，该法利用混凝沉淀原理，可去除部分有机物、重金属和磷，但不能去除氨氮，同时有机物去除率也较低。由于采用了化学药剂，过滤工艺需要反冲洗，所以水的回收利用率较低，污泥量大、成本高、水质差。一般出水可满足冲厕水要求。氨氮为15～20mg/L，不能满足景观用水的要求。 　　(2)化学沉淀→过滤→活性炭→消毒工艺　　该工艺是在前一种工艺的基础上，为了提高水质，加强对有机物、微污染物、色度、嗅味的去除采取了强化处理措施，活性炭具有巨大的表面和微孔，可吸附微量有机物，除味、脱色，改善水质，是一种成熟的中水深度处理方法。但是活性炭需要再生，投资大，成本高，操作复杂，对氨氮去除效果差，出水氨氮15～20mg/L，仍然难以满足景观用水的要求。　　(3)曝气生物滤池→过滤→消毒工艺　　曝气生物滤池是利用好氧生物膜技术净化污水的工艺。该工艺已广泛用于污水深度处理和微污染水源水处理。好氧和兼氧菌的作用，使该工艺具有脱氮除磷和降解有机物的作用。但其出水的SS含量较高，需进一步过滤处理。曝气生物滤池是一种经济可行的中水处理工艺，但存在占地面积大，需要的反冲洗水量大，自动控制和管理较为复杂等缺点，因此其大规模应用受到一定的限制。　　此外，还有一些适合小型中水处理的工艺，如生物接触氧化法，气浮一过滤处理等，这些工艺一般应用于建筑小区中水处理与回用或小规模污水场的深度处理。　　2.膜处理技术　　膜处理技术是利用膜的高效分离性能，去除水体中的颗粒物、大分子有机物、细菌乃至小分子和盐类等污染物，从而达到净化水质效果的新型处理技术。　　(1)微滤/超滤+消毒工艺　　该工艺主要采用微滤或超滤膜分离技术，膜孔径为0.1～0.5μm，二级出水通过膜分离，可以去除全部SS，但因膜分离主要起到了固液分离的作用，因此对小分子有机物、氨氮等无效。同时该工艺投资运行费用较高，膜冲洗频繁、出水水质较传统工艺并无实质性提高，还难以达到中水标准，不宜规模化采用。　　(2)连续微滤OMF+RO　　该工艺采用了连续微滤CMF+RO的双膜系统，连续微滤(CMF)解决了微滤膜组件的清洗和连续运行操作问题，但不能实质性提高水质，其污染物的去除依靠RO系统。在此工艺中CMF除作为一个单独的操作工艺过程以外，主要作为BO的预处理工艺。该工艺可以去除大部分有机和无机污染物，对总氮和磷也有较好的去除效果，能够达到很高的水质要求。但该工艺投资和运行费用过高，不适用于大规模采用。　　(3)一体式膜生物反应器(SMBR)+消毒工艺　　一体式膜生物反应器(SMBR)，也称作浸没式膜生物反应器。一体式膜生物反应器(SMBR)是一种生物处理技术和膜分离技术结合起来的高效污水处理系统。SMBR通过膜组件实现固液分离，提高了生物反应器中活性污泥浓度和处理效率，可以实现较高的回用水质标准。　　3.不同处理工艺处理后出水水质 　　通过各种废水资源化技术的分析表明：“浸没式一体化膜生物反应器(SMBR)”技术将生物处理技术与膜分离技术高效结合，可以为实现城市污水大规模直接资源化提供技术保障。　　二、SMB日技术在资源化领域的应用分析　　1969年，美国的Smith等人首次提出了把活性污泥法和超滤工艺结合处理城市污水的方法，证明膜分离技术与普通活性污泥法结合起来，可以显著提高系统的处理效率。　　1989年，日本政府在一些大公司资助下，进行了为期6年的“90年代水复兴计划”科研项目，研究重点集中在SMBR的处理效果与运行稳定性方面，大大促进了膜生物反应器的开发，使膜生物反应器开始走向实际应用。同年，日本学者Yamamoto等将膜组件直接置人反应器内，通过泵的抽吸，得到过滤液，这样一体式膜生物反应器诞生了。　　我国科技部在“八五”“九五”“十五”连续3个五年计划中将膜生物反应器的研制列入科技攻关计划。在膜的选择、处理效率、抗污染以及反应器的优化设计、降低能耗等方面进行了深入的研究和开发，2000年开始步入规模化推广应用。目前，在北京市的SMBR工程累计达50个，总处理量达1.5万t/d，年节约水资源182.5万t，在解决北京水资源缺乏难题中显现出强大的生命力。　　1.SMBR技术的特点　　(1)出水水质优良　　SMBR膜生物反应器是将生物处理与膜分离技术有机结合，在具有传统膜分离功能(如去除有机大分子、细菌等)的同时，还可通过其独特的生物功能有效去除进水中的BOD和NH4—N等污染物，特别是对NH4-N的去除率可达90%以上，可以实现较高的回用水质标准。　　(2)系统抗冲击力强，运行更稳定　　SMBR膜生物反应器采用外压式中空纤维膜处理组件，是一种耐冲击负荷的处理工艺，进水水质的波动不会影响出水水质。　　(3)控制智能化，管理操作简单　　SMBR膜生物反应器技术省去了繁琐的预处理过程，显著减少了控制环节，使系统控制实现智能化，使运行管理简化。　　(4)节省占地面积　　SMBR膜生物反应器由于水力停留时间减少和紧凑的设备化设计，因此系统占地面积较传统工艺可节省20%～40%。 　　(5)运行成本低　　SMBR膜生物反应器不需要任何前处理，不需要向系统中投加任何化学药剂，不需要传统工艺过程中的多次输送和反冲洗，因此在运行能耗和管理费用上也显著低于传统污水二级处理+深度处理的工艺模式。　　(6)二次污染较少　　SMBR可实现污泥龄与水力停留时间的彻底分离，污泥龄较长，从而显著减少了系统剩余污泥的产量，在减少二次污染的同时，大大降低污泥处置费用。　　(7)模块化设计　　易于实现整体规划、分步投资、逐量运行，使实际工程应用具有更好的灵活性，减少投资浪费。　　2.SMBR技术经济分析　　(1)建设投资　　SMBR工程投资可分为两个层次：较小规模的SMBR工程(<500m3/d)，从设计、土建、设备安装到调试正常运行，通常投资规模约在2000元/m3，其中膜的投资约为1000元/m3，其他辅助设备和土建投资约为1200元/m3。对于有一定规模的污水处理厂，日处理量超过1万m3，其投资将会更省，一般1800元/m3左右。　　(2)运行费用　　运行费用包括能耗、人工、药剂以及维修等费用。SMBR的运行费用约在0.5～0.7元/m3之间，其中电耗约为0.5kWh/m3。　　(3)折旧与日常维护　　SUR聚乙烯中空纤维膜的寿命在5年左右，而PVDF材质的中空纤维膜寿命在8年左右，因此其折旧费用一般也只不过是0.4～0.5元/m3左右，而且随着SMBR的普遍推广，膜的价格在不断下降，近3年来，膜的降价幅度平均约在20%，可以预见，随着SMBR的大量应用，今后膜的价格将会更低。　■参考文献：1中国工程建设标准化协会.一体式膜生物反应器应用技术规程.北京：中国建筑工程出版社,2003 (作者单位：文剑平为北京碧水源科技发展有限公司，刘振国、刘大根为北京市水土保持工作总站)责任编辑侯亚东'