抽屉式膜技术在农村生活污水处理中的应用.pdf

抽屉式膜技术在农村生活污水处理中的应用 陈伟陈静 上海环境保护有限公司， 上海 200233 摘要 分析了农村污水的特点及处理要求， 总结了几类典型农村生活污水处理工艺及农村污水处理设施现状， 重点介 绍了抽屉式膜技术在农村生活污水处理中的应用研究。抽屉式膜技术主体工艺为 MBＲ， 系统选用新型抽屉式膜箱组 件， 采用一体化净化槽形式， 设备可模块化组合拼装， 处理站实现无人值守， 监控采用集中远程系统。经工程示范实例 证明， 系统出水水质可达 GB 189182002 城镇污水处理厂污染物排放标准 一级 A 标准， 工程投资、 运行费用与常规 MBＲ 技术相比， 具有明显优势。 关键词 抽屉式膜技术; 农村生活污水; 污水处理 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201408004 APPLICATION ＲESEAＲCH OF DＲAWEＲ- TYPE MEMBＲANE TECHNOLOGY IN ＲUＲAL DOMESTIC SEWAGE TＲEATMENT Chen WeiChen Jing Shanghai Environmental Protection Co． ，Ltd，Shanghai 200233，China AbstractIt was analyzed the characteristics and treating requirements of rural sewage，summarized some typical processes and present situation of rural sewage treatment facilities，and specifically focused on the application research of drawer- type membrane technology in rural domestic sewage treatment． Its main technology is MBＲ process， and new membrane tank assembly was selected for the system，the integrated purification tank and long- distance surveillance system were used． The demonstration engineering examples showed that the effluent quality of the system could meet first- order class A standard in GB 189182002． The project investment and operation cost has obvious advantages as compared with conventional MBＲ technology． Keywordsdrawer- type membrane technology;rural domestic sewage;sewage treatment 收稿日期 2013 －12 －19 0引言 农村水污染治理及水环境综合整治是社会主义 新农村建设的重要内容， 是改善和提高当前农村人居 环境工作中最重要的任务之一［1 ］。农村污水不同于 城市和中小城镇污水， 有其独特的特点和相应处理要 求如表 1 所示。农村生活污水处理方式不能照搬或 套用城镇污水处理模式， 须结合农村实情和生活污水 特点科学决策［2 ］。研究探讨合理的处理技术， 并将 技术进行示范推广， 对推动农村水体质量的改善和生 态治理技术水平的提升具有重要意义。 1几类典型农村生活污水处理技术 目前， 针对农村生活污水分散式处理， 国内外主 要采用3 类技术和工艺 1 借鉴城市污水处理厂二级 表 1农村生活污水的特点与要求 Table 1Characteristics and requirements of rural domestic sewage 特点要求 污染源分布广、 分散宜采用分散式就近收集处理模式 水质水量变化大， 排放无规律工艺需具备抗冲击负荷能力 污水收集处理率低管网需要与处理系统同步建设 生态环境质量较好出水要考虑较高的排放标准 技术经济相对落后技术经济实用， 操作简单 生化处理的成功经验， 将一些传统的城市污水处理厂 二级生化处理工艺小型化， 应用于村镇分散式污水处 理， 如 SBＲ、 氧化沟、 A/O、 A/A/O、 MBＲ 等 ［3 ］， 仅从技 术角度来讲， 这些工艺都比较成熟， 可以满足污水处 理的要求。但同时工艺都比较复杂， 投资较高、 系统 维护管理较难。2 相对简单的生态化污水处理技 51 水污染防治 Water Pollution Control 术， 包括人工湿地、 氧化塘和土地处理系统等［4 ］， 这 类技术工艺简单、 投资小、 能耗低， 缺点是处理效率较 低， 占地面积大， 处理效果不稳定。3 厌氧处理技 术 ［5 ］， 与传统好氧生物技术相比， 该技术工艺简单、 能耗低、 产泥量小， 但单独厌氧技术不能满足排水要 求， 必须结合必要的后处理才能达到排放标准。 整体上， 生化处理工艺的出水效果要明显好于生 态处理工艺， 在对环境质量要求较高的地区， 应优先 考虑采用生化工艺处理农村污水。 2农村污水处理设施现状 我国农村生活污水治理工作起步较晚［5 ］， 生活 污水分散处理设施的建设整体上比较落后， 地区之间 差异十分明显 ［6 ］。设施的类型集中于几种基础或初 级设施， 如污水净化沼气池、 三格或多格化粪池、 人工 湿地、 稳定塘、 生物滤池、 无动力埋地式污水处理装 置、 厌氧处理池、 渗水井或生态水沟 渠 ［7 ］。从处理 设施运行情况来看， 大多数工艺受气温影响较大， 出 水无法保证稳定达标。在少数一些用地受限、 冬季气 温较低、 经济条件较好或出水要求较高的镇村， 也有 运用生物接触氧化法 ［8- 9 ］、 MBＲ 等技术的实例， 但由 于运营管理方式相对较复杂， 村镇内又缺乏相关专业 人员， 后期处理效果不理想。 农村污水处理工程应充分考虑技术合理性， 运营 有效性。合理的处理工艺， 是出水稳定达标的前提， 运营有效， 污水处理设施才能有效发挥作用和效益。 3抽屉式膜技术的研发 针对目前农村污水处理现状， 研发一套处理系统 灵活、 出水水质好、 工艺简洁、 能耗低、 二次污染少、 运 营管理有保证的技术是十分必要的。 3. 1处理工艺的确定 污水处理系统要达到较好的出水水质， 好氧生物 处理是首选工艺， 其中以膜生物反应器 MBＲ 工艺 最具潜力［10 ］。一体化 MBＲ 膜生物反应器在日本净 化槽技术中已得到广泛应用， 上海青浦和浦东农村生 活污水处理采用平板膜 － 生物反应器工艺， 取得了不 错效果， 还有一些地区也有应用中空纤维膜生物反应 器处理农村生活污水的实例。因此研究主体工艺采 用 MBＲ 工艺。 3. 2污水处理设备 3. 2. 1设备特点 根据农村生活污水的特点， 采用一体化净化槽形 式， 材质为玻璃钢。设备应用模块进行拼装组合， 包 括化粪池、 一体化提升井、 主体净化槽、 除磷剂加药系 统、 电控设备、 PLC、 在线监控系统等， 另外， 净化槽的 基础也可以模块化预制。模块化设计提高现场施工 效率， 且控制工程质量。针对典型农村污水量特点， 分别开发 5， 10， 25， 50， 75 m3/d 等多种规格的处理设 备， 实现产品系列化。 3. 2. 2MBＲ 膜组件的选择 MBＲ 膜组件的选择是关键因素， 目前国内外采 用的浸没式 MBＲ 膜主要有两种类型 一种为中空纤 维膜; 另外一种为平板膜。传统的 MBＲ 膜结构形式 主要适用于规模较大的城镇污水厂， 对于处理小型、 分散式农村污水， 针对性不强。 针对农村污水处理特点， 经过调研比选， 选取了 韩国 ECONITY 公司研制的一种箱式抽屉膜组件， 该 膜属于中空纤维膜， 但与常规中空纤维膜有所区别。 它的主要特点有 1 膜组件为箱式 抽屉式 ， 单个膜 箱处理生活污水量为 5 m3/d， 可根据水量需求组合 拼装; 2 膜箱单个体积小 长 宽 高 536 mm 320 mm 396 mm 、 重量轻， 干重为7 kg; 3 膜丝采用 独特的聚烯烃材料及最尖端的延伸技术制造， 不易发 生传统中空纤维膜类似的断丝现象; 4 狭缝形气孔 和半永久性亲水化处理大大提高了膜抗污染的能力， 通常清洗周期在半年以上; 5 清洗方便， 每只膜箱可 抽出单独清洗; 6 寿命长， 可达 4 ～ 5 年; 7 投资省， 约为平板膜的 1/2。抽屉式膜在韩国农村生活污水 处理中已广泛应用。其外形见图 1。 图 1抽屉式膜组件 Fig．1Pictures of drawer- type membrane 3. 3运营管理 目前农村污水处理基本采用传统的就地管理模 式， 该方式除由于运行管理人员管理水平、 能力的问 题常常导致污水处理站难以稳定运行外， 人力和维护 设施设备的重复配置也造成运行成本的增加。因此， 该技术根据农村生活污水的特点研发了基于互联网 61 环境工程 Environmental Engineering 在线集中管理系统。 该系统有效提高了运行管理的水平， 节约了运行 成本， 并便于政府部门实施监管。 在线集中管理系统由综合监控中心、 现场 PLC 站、 GPＲS 通讯控制器、 互联网和用户电脑 PAD 共 同组成。污水处理站的所有监控数据由 GPＲS 通讯 控制器通过互联网上传至中控中心。运营管理公司、 政府管理部门、 用户可通过中控中心不同管理级别的 授权， 经 internet 网访问其所监管的污水处理站， 实现 实时监控。污水处理站的故障可通过短信方式实时 报警推送到相关营管理人员和必要的监管人员。在 该系统下， 污水处理站可实现无人值守， 只需管理人 员进行定期巡检和维护。该系统组成见图 2。 图 2在线集中管理系统 Fig．2Diagram of on- line centralized management system 4工程的实际应用 4. 1项目概述 项目位于安徽黄山某古村落， 该村集水景园林、 徽派建筑、 田园风光于一体， 生态环境较好。村内污 水主要以生活污水为主， 处理水量约为 50 m3/d， 出 水水质要求达 GB 189182002城镇污水处理厂污 染物排放标准 一级 A 标准。进出水主要控制指标 如表 2 所示。 表 2污水站进出水水质 Table 2Water quality of inlet and outlet of sewage treatment stationmg/L 项目ρ CODρ BOD5ρ SSρ TNρ TP 进水300180180405 出水501010150. 5 4. 2工艺及流程 主体工艺采用 AO MBＲ 工艺， 工艺流程如图 3 所示。设计特点为 1 巧妙设置预处理设施 在进水 前端设置沉渣池， 沉渣池上层去除浮渣浮油， 下层沉 淀泥沙， 工艺上可取代粗格栅， 同时兼做污泥池， 一池 多用; 在后续进水细格网框内设置液位计， 进水拥堵 时液位计触点报警， 有效保证系统安全。2 系统硝 化液内回流和剩余污泥排放均采用气提方式， 节约设 备、 节省能耗; 3 出水经自吸泵外排， 可有效防止河 水倒灌。 图 3工艺流程 Fig．3Flow chart of wastewater treatment 4. 3主要工艺参数 一体化 MBＲ 净化槽直径2. 5 m， 有效水深 2. 2 m。 根据处理水量， 选择 MBＲ 膜箱 10 个， 曝气池内污泥 浓度为6 g/L， 好氧池污泥负荷 BOD5 为 0.1 kg/ kg d ， 好氧池停留时间为7. 4 h， 缺氧池停留时间为4 h。 调节池提升泵、 鼓风机、 自吸泵等主要设备均配置 2 台， 1 用 1 备。设备选型充分考虑农村污水的特点， 选择小型化、 高效率的设备， 避免能源浪费。根据膜 组件的运行要求， 风机分高、 低负荷两种运行模式。 系统连续进水时， 风机常开， 高负荷运行; 系统停水 时， 风机开 10 min， 停 50 min， 低负荷运行。 4. 4工程运行情况 该工程已于 2013 年 7 月投入运行， 投运后水量 逐步上升， 目前已基本达到设计值。3 个月内实测出 水水质均值 ρ COD23 mg/L， ρ SS2. 3 mg/L， ρ TN 1 mg/L， ρ TP 0. 14 mg/L， 均满足设计 要求。 站内的设备、 仪表经联动试车后， 所有信号数据 成功上传至中控中心， 数据显示完整、 准确。相关人 员可通过互联网在各种应用终端查看运行情况。 4. 5效益分析 抽屉式膜技术除在上述工程应用外， 目前在上海 青浦、 金山等区域也有数个试范项目正在实施。处理 水量小于 10 m3/d 的， 处理设施设 1 套一体化 MBＲ 净化槽; 处理水量大于 10 m3/d 的， 除净化槽外， 另配 备设备房及相应预处理土建设施。 下转第 28 页 71 水污染防治 Water Pollution Control 由表 1 可知 TiO2/AC 复合催化剂对采油废水中 的大多数有机物有不同程度的光催化降解， 其中采油 废水中烃类得到很大程度的降解， 酯类、 酮类和胺类 有较低程度的降解， 含量较低的酮类完全降解， 但酸 类物质的含量明显增加。 3结论 1采用溶胶 － 凝胶法制备活性炭负载型的 TiO2 复合光催化剂， 利用 SEM、 XＲD 对其进行表征， 结果表 明， 所制备的 TiO2/AC 复合催化剂中， TiO2基本覆盖 在活性炭表面， 晶型为锐钛矿型， 晶粒尺寸为24. 0 nm。 2以 TiO2/AC 复合催化剂处理华北油田采油废 水， 光照 80 min 后， COD 去除率可达 65. 3， 采油废 水中大多数有机物得到不同程度的降解， 光催化性能 良好。 3研究表明， TiO2/AC 复合催化剂对采油废水 COD 降解具有一定的应用价值。 参考文献 ［1］张逢玉， 姜安玺， 吕阳． 油田采出水处理技术与发展趋势研究 ［J］． 环境科学与管理， 2007， 32 10 65- 67， 80. ［2］刘建兴， 袁国清． 油田采出水处理技术现状及发展趋势［J］． 工业用水与废水， 2007， 38 5 20- 23. ［3］Fujishima A，Honda K． Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode［J］． Nature， 1972， 238 53 37- 38. ［4］Carey J H，Lawrence J，Tosine H M． Photodechlorination of PCBs in the presence of titanium dioxide in aqueous suspension ［J］． Bull Environ Contam Toxicol， 1976， 16 6 697- 701. ［5］曲艳东， 李晓杰， 刘元． 纳米氧化钛团聚结构的研究［J］． 高压 物理学报， 2010， 24 6 438- 442. ［6］Liu Y Z，Yang S G，Hong J，et al． Low- temperature preparation and microwave photocatalytic activity studyofTiO2- mounted activated carbon［J］． Journal of Hazardous Materials， 2007， 142 208- 215. ［7］柳欢欢． 活性炭负载 TiO2光催化剂的制备及其对腐殖酸的降 解性能［D］． 上海东华大学， 2007. ［8］Birks L S，Friedman H． Particle size determination from X- ray line broadening［J］． Journal of Applied Physics， 1946， 17 687- 692. ［9］孙也， 刘宏菊． TiO2- 沸石光催化剂的制备及其在采油废水处 理中的应用［J］． 石化技术与应用， 2009， 27 1 1- 5. ［ 10］Arancibia- Bulnes C A，Cuevas S A． Modeling of the radiation field in a parabolic trough solar photocatalytic reactor ［J］．Solar Energy， 2004， 76 5 615- 622. ［ 11］牛新书，许亚杰． 二氧化钛纳米材料的合成及其在环保领域 的应用研究进展［J］． 化工环保， 2002， 22 4 205- 207． 第一作者 刘宏菊 1967 － ， 女， 硕士研究生， 副教授， 主要从事水与废 水处理领域的研究。 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 liuhj buaa． edu． cn 上接第 17 页 经综合比较分析， 当处理水量小于 10 m3/d 时， 系统造价控制在 1. 2 万元/m3以内， 运行费用控制在 1. 0 元/m3以下; 当处理水量在 10 ～ 100 m3/d 时， 系 统造价控制在 0. 8 万元/m3以内， 运行费用控制在 0.45 元/m3左右。系统占地面积一般小于1.0 m2/m3。 5小结 抽屉式膜技术与其他农村污水处理技术相比， 在 出水水质稳定达标、 处理过程可控、 监管实时有效等 方面， 具有明显优势， 与常规 MBＲ 技术相比， 节省投 资、 管理简便。在环境敏感区或对环境质量要求较高 的地区， 极具推广价值， 同时， 也适用于农家乐、 度假 村等分散式生活污水的处理。 参考文献 ［1］王守中， 张统． 我国农村的水污染特征及防治对策［J］． 中国给 水排水， 2008， 24 18 1- 4. ［2］谭学军， 张惠锋， 张辰． 农村生活污水收集与处理技术现状及进 展［J］． 净水技术， 2011， 30 2 5- 9， 13. ［3］吴迪， 左剑恶． 复合生物陶粒工艺在农村污水处理工程中的应 用［J］． 水处理技术， 2010， 36 10 128- 131， 135. ［4］高廷耀， 顾国维， 周琪． 污染控制工程 下册 ［M］． 北京 高等 教育出版社， 2007. ［5］张辰， 谭学军．上海市农村生活污水处理技术指南 介绍［J］． 中国给水排水， 2009， 25 24 1- 4， 10. ［6］王金霞， 张丽娟． 农村生活污水分散处理设施的现状及影响因 素研究［J］． 农业环境与发展， 2011 6 65- 70. ［7］孙兴旺， 马友华， 王桂苓， 等． 中国重点流域农村生活污水处理 现状及其技术研究［J］． 中国农学通报， 2010， 26 18 384- 388. ［8］刘婧， 黎忠， 张太平， 等． 生物接触氧化/人工湿地组合工艺处理 农村生活污水［J］． 安徽农业科学， 2010， 38 17 9163- 9164. ［9］陈和平， 张慎， 朱建林， 等． 厌氧接触氧化池/垂直流人工湿地处理 农村生活污水 ［ J］ ．宁波大学学报．理工版， 2008， 21 4 568- 570. ［ 10］Visvanathan C， AimＲB， Parame- shwaranK．Membrane separation bioreactors for wastewater treatment［J］． Environmental Science and Technology， 2000， 30 1 1- 48． 第一作者 陈伟 1979 － ， 女， 工程师， 主要研究方向为废水处理技术。 c- s- s163． com 82 环境工程 Environmental Engineering