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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、十個細節(jié)進行比較。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,當時的北京市環(huán)境保護科學研究所(現(xiàn)名北京市環(huán)境保護科學研究院)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,大部分都能通過當時的驗收,并且運行良好。國內(nèi)從20世紀90年代初期開始了對MBR的研究,清華大學、同濟大學、天津大學、中科院生態(tài)所等國內(nèi)知名的高校和科研機構(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,包括降解有機物、去除SS、硝化、反硝化、除磷等五點。   2.1　降解有機物   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物。它降解BOD的能力很強,BOD的去除率能達到90%以上,去除率跟容積負荷關(guān)系比較大。負荷高,去除率低;負荷低,去除率高。一般來說,設(shè)計良好的情況下,1.0g的容積負荷能差不多能夠達到85%以上的BOD去除率。總的說來,接觸氧化的出水COD指標跟活性污泥法相當或略差。用于中水處理的接觸氧化工藝選擇較低的容積負荷,其出水COD一般在20mg/L左右,BOD5大概是10mg/L。容積負荷和填料種類關(guān)系很大,國內(nèi)常用的爐渣填料容積負荷能達到2.0~3.5kg,出水BOD515~30mg/L。MBR去除有機物的能力已經(jīng)得到了廣泛的認可。很多運行中的MBR的污泥負荷都低于延時曝氣工藝,達到0.03kgBOD5/(kgMLVSS•d),因此有機物的去除效果非常好,BOD去除率達到95%是很容易做到的。MBR的出水指標一般是COD10mg/L,BOD55mg/L。   2.2　去除SS   接觸氧化工藝首先要求進水的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。當進水氨氮在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,進水50~80mg/L的氨氮,出水一般只剩下1~5mg/L,硝化效率能達到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物。MBR的反硝化一般通過前置預缺氧池來進行,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),試驗表明有相當于進水BOD濃度2%的磷被生物吸收。當進水中磷含量偏高的時候,為保證出水達標,可以采取投加化學藥劑的方式。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、維護等方面的內(nèi)容,包括流程對比、管理的難易、故障頻率、變負荷運行等。   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  #p#分頁標題#e# 接觸氧化:原水-格柵-調(diào)節(jié)池-缺氧生物濾池(1級或多級)-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-脫氮池-膜池-消毒-出水   3.1.3要求除磷   MBR:原水-格柵-調(diào)節(jié)池-脫氮池-膜池(加藥)-消毒-出水相對而言,接觸氧化的處理流程較長,最少需要7個環(huán)節(jié),要求脫氮時經(jīng)常達到10個以上的環(huán)節(jié)。MBR一般是4個環(huán)節(jié),要求脫氮除磷的時候是5個環(huán)節(jié)。根據(jù)串連反應(yīng)的特點,環(huán)節(jié)越少,可靠性越高。因此流程長短也就直接決定了管理和維護的工作量。   3.2　管理難易   拋開兩者相同的單元,接觸氧化需要管理的是兩級生物池、沉淀池和砂濾,涉及到的設(shè)備至少包括兩組填料、兩套生物曝氣組件、風機、提升泵、排泥泵、砂濾罐等。MBR需要管理的膜池,涉及到的設(shè)備至少包括膜組件、提升泵或抽吸泵、風機、排泥泵。從管理難度上來說,砂濾罐和膜組件差不多。接觸氧化的兩級生物濾池和沉淀池的管理比MBR的一個活性污泥池難度大很多。從自動控制的角度來講,MBR需要調(diào)節(jié)的參數(shù)比較少,更容易實現(xiàn)自控。   3.3　故障幾率整個系統(tǒng)的正常運行建立在每個環(huán)節(jié)正常運行的基礎(chǔ)上。因為是串聯(lián)形式,所以系統(tǒng)正常運行的幾率為每個環(huán)節(jié)正常運行的幾率的乘積。假設(shè)在操作人員的精心維護下,每個單個環(huán)節(jié)的正常運行率為97%,那么接觸氧化系統(tǒng)總的正常運行概率在80%左右;MBR工藝的總的正常運行概率在90%左右。MBR的故障概率僅為接觸氧化的一半。   3.4　變負荷運行接觸氧化是一種生物膜法,因此有生物膜法的共同特征。由于微生物附著生長在填料表面,無法隨環(huán)境的變化來改變反應(yīng)器內(nèi)的生物量。因此在設(shè)計的時候要考慮備用能力,一旦建成后,幾乎不能調(diào)節(jié)其性能來適應(yīng)進水或出水水質(zhì)的變化。MBR在應(yīng)對變負荷方面有獨特的優(yōu)勢,因為其SRT和HRT是可以獨立調(diào)節(jié)的。因此在面臨短時高負荷沖擊時,可以通過延長水力停留時間的方式保證出水水質(zhì)。比較起來,MBR在建造和運行管理方面會相對容易一些。   4　總結(jié)   接觸氧化工藝具有很多優(yōu)點,在我國的污水再生回用方面得到了廣泛的應(yīng)用,為國內(nèi)水資源保護和節(jié)水做了很大的貢獻。直到現(xiàn)在,接觸氧化工藝依然憑借自身微生物生命力強的特點在很多難降解的工業(yè)廢水處理中大顯身手。MBR工藝依靠著極好的出水水質(zhì)在一些要求較高的水處理領(lǐng)域用的越來越多。總得說來各有優(yōu)點,在水量大且變化系數(shù)小的時候,接觸氧化的成本低一些,而且可以配備專業(yè)的管理人員。在水量小,變化系數(shù)大的時候,MBR的可靠性更高。在水質(zhì)要求高的情況下,MBR也更加合適。