曹井國，王晶，寧立群，劉肖，李萌，楊宗政，于俊利

（1.天津科技大學化工與材料學院，天津300457；2.北京市自來水集團有限責任公司技術研究院，北京100012；3.北京市供水水質(zhì)工程技術研究中心，北京100012；4.天津科技大學海洋與環(huán)境學院，天津300457；5.天津中天海盛環(huán)?？萍加邢薰?，天津300384）

組合工藝處理醫(yī)院生活污水的對比研究

曹井國1，王晶2，3，寧立群4，劉肖4，李萌4，楊宗政1，于俊利5

（1.天津科技大學化工與材料學院，天津300457；2.北京市自來水集團有限責任公司技術研究院，北京100012；3.北京市供水水質(zhì)工程技術研究中心，北京100012；4.天津科技大學海洋與環(huán)境學院，天津300457；5.天津中天海盛環(huán)保科技有限公司，天津300384）

分別采用接觸氧化組合工藝和MBR組合工藝處理醫(yī)院生活污水，對處理效果及運行費用進行了對比。結果表明：接觸氧化組合工藝處理效果受填料比影響較大，當填料比為20%時，對COD、氨氮、濁度的去除率最高分別為88%、88%、96%；處理同樣醫(yī)院廢水的情況下，MBR組合工藝對COD、氨氮、濁度的去除率最高分別為75%、79%、98%，由于截留能力的差異，MBR出水中的微生物含量顯著低于接觸氧化出水，在滿足排放標準情況下，MBR組合工藝的消毒劑用量相對較低；經(jīng)濟分析表明，同等規(guī)模的組合工藝，兩者的總投資相差不大，MBR組合工藝的運行費用略高。

接觸氧化；膜生物反應器；組合工藝；醫(yī)院廢水

從本質(zhì)上講，醫(yī)院廢水水質(zhì)與生活污水水質(zhì)類似，但為了防止醫(yī)院污水中的病原微生物進入環(huán)境，《醫(yī)療機構水污染物排放標準》（GB 18466—2005）對廢水的消毒進行了嚴格的規(guī)定。然而，消毒劑使用后，也會帶來產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物的潛在危害〔1〕，因此，研究人員對醫(yī)院污水消毒過程以及污水處理過程伴生的氣體及污泥也進行了一系列的研究〔2-3〕。

目前，接觸氧化工藝和MBR工藝逐漸成為醫(yī)院污水處理的主流工藝〔4〕。接觸氧化工藝具有節(jié)能、生物量高、抗沖擊負荷能力強等優(yōu)點，而MBR工藝與接觸氧化工藝相比，能耗略高，但產(chǎn)水水質(zhì)好〔5〕，并且可減少消毒劑的用量〔6〕。

針對某醫(yī)院污水，分別采用接觸氧化組合工藝和MBR組合工藝進行處理，對兩種工藝的處理效果及經(jīng)濟性進行了分析，以期為同類廢水處理項目提供參考和借鑒。

1　材料與方法

1.1廢水來源及水質(zhì)

原水取自天津港口醫(yī)院集水井綜合廢水，水質(zhì)如表1所示。

表1　原水水質(zhì)

1.2污泥來源

活性污泥取自泰達污水處理廠曝氣池，投加量約為3 000 mg/L。

1.3實驗裝置

接觸氧化組合工藝流程如圖1所示。

圖1　接觸氧化組合工藝實驗裝置示意

接觸氧化組合工藝實驗裝置由調(diào)節(jié)池、水解酸化池、兩級接觸氧化池、沉淀池及消毒池組成，調(diào)節(jié)池尺寸360 mm×145 mm×480 mm；水解酸化池尺寸350 mm×145 mm×480 mm；每個接觸氧化池尺寸480 mm×150 mm×480 mm，底部設曝氣；沉淀池為豎流式，尺寸150 mm×150 mm×480 mm，設氣提裝置，將一部分污泥回流至水解酸化池；消毒池尺寸150 mm×150 mm×480 mm，有效水深均為380 mm。通過蠕動泵將污水從醫(yī)院集水井泵入調(diào)節(jié)池，經(jīng)處理和消毒后溢流排出。進水流量約為6 L/h，好氧區(qū)水力停留時間約為9 h，氣水比為15∶1，總水力停留時間約為18 h，連續(xù)運行40 d。

后來的日子里，紫云心里很不踏實，肚子鬧騰得厲害，整日往池子里吐苦水，莫非有了孩子？這事還不能讓丈夫知道。

MBR組合工藝流程如圖2所示。

MBR組合工藝實驗裝置由調(diào)節(jié)池、沉淀池、MBR反應池和消毒池組成，調(diào)節(jié)池尺寸360 mm× 145 mm×480 mm；沉淀池尺寸350 mm×145 mm× 480 mm，MBR反應池尺寸480 mm×150 mm×480 mm；消毒池尺寸150 mm×150 mm×480 mm，有效水深為380 mm，調(diào)節(jié)池和MBR池中安裝曝氣管，氣水比分別為10∶1和20∶1，膜組件為微濾膜，膜面積為0.5 m2，過濾孔徑為0.22 μm。原水通過蠕動泵從集水井送入調(diào)節(jié)池，進水流量約為6 L/h，膜出水泵采用間歇運行模式，運行8 min、停止運行2 min，產(chǎn)水經(jīng)消毒后溢流排出，好氧區(qū)水力停留時間約為8 h，總水力停留時間約為12 h，連續(xù)運行72 d。

圖2　MBR組合工藝實驗裝置

2　結果與討論

2.1COD的去除效果

接觸氧化組合工藝與MBR組合工藝對COD的去除效果如圖3所示。

圖3　接觸氧化組合工藝對COD的去除效果

由圖3可見，進水COD為176～260 mg/L，隨著填料比的增加，去除效果提高。填料比例為10%時，系統(tǒng)出水COD為36～60 mg/L，COD去除率為76%～79%；填料比例為15%時，系統(tǒng)出水COD為35～43 mg/L，COD去除率為80%～83%；填料比例為20%時，系統(tǒng)出水COD為28～40 mg/L，COD去除率為83%～88%。較高的填料比能夠為微生物提供較多的載體和傳質(zhì)面積，對有機物的降解有利。

MBR組合工藝對COD的去除效果如圖4所示。

圖4　MBR組合工藝對COD的去除效果

由圖4可見，進水COD為172～200 mg/L，出水COD為45～60 mg/L，COD去除率為69%～75%，當運行天數(shù)為21 d時，COD去除率趨于穩(wěn)定，滿足排放標準。接觸氧化池內(nèi)填料除提供微生物停留場所外，還能增加氧氣擴散的距離，進而提高氧氣在水中的停留時間，從而增加了微生物與氧氣的接觸時間，進而提高了氧氣的利用率。MBR反應器中，為了減緩膜污染程度，曝氣量通常較大。另一方面，不設置填料也使氧氣的利用率相對較低，因此，在筆者研究中，MBR組合工藝對有機物的去除率較接觸氧化組合工藝低，與填料比為10%的接觸氧化效果接近。

2.2NH3-N的去除效果

接觸氧化組合工藝對NH3-N的去除效果如圖5所示。

圖5　接觸氧化組合工藝對NH3-N的去除效果

組合MBR對NH3-N的去除效果如圖6所示。

圖6　MBR組合工藝對NH3-N的去除效果

由圖6可見，在運行周期內(nèi)，進水NH3-N為65～81 mg/L，出水NH3-N為14～20 mg/L，NH3-N去除率為76%～78%，在運行天數(shù)為15 d時，NH3-N去除率達到最高，為79%，之后趨于穩(wěn)定，最終出水NH3-N為15 mg/L。

在有氧的情況下，硝化細菌將NH3-N硝化成硝酸鹽，在接觸氧化池的填料上，容易富集世代周期長的硝化細菌，而MBR反應器由于膜截留作用，也為硝化細菌的富集提供了有利條件，研究中MBR組合工藝對NH3-N的去除率低于接觸氧化工藝，也同樣是由于氧利用率的原因?qū)е拢扔袡C物的去除，MBR組合工藝對NH3-N的去除效果與填料比為20%的接觸氧化效果接近。

2.3濁度的去除效果

接觸氧化組合工藝對濁度的去除效果如圖7所示。

圖7　接觸氧化組合工藝對濁度的去除效果

由圖7可見，進水濁度為120～180 NTU，填料比例為10%時，系統(tǒng)出水波動相對較大，為15～27 NTU，濁度去除率為84%～87%；填料比例為15%時，系統(tǒng)出水濁度為12～19 NTU，濁度去除率為85%～93%；填料比例為20%時，系統(tǒng)出水濁度波動比較小，為3～16 NTU，濁度去除率為90%～96%。

進水濁度為120～133 NTU，運行時間為69 d，考察組合MBR工藝的濁度去除效果，結果發(fā)現(xiàn)，出水濁度穩(wěn)定在0.04～0.09 NTU之間，濁度去除率為92%～98%。由于采用過濾孔徑為0.22 μm的微濾膜作為固液分離單元，MBR組合工藝對活性污泥具有相對較好的截留作用，對濁度的去除效果較接觸氧化組合工藝好，然而，膜污染及膜維護一直是限制膜技術應用的最大障礙，膜的使用壽命受膜材料、混合液性質(zhì)、進水水質(zhì)和操作條件等制約〔7〕。有研究人員將MBR工藝延長，在前端增加預處理單元，如接觸氧化池〔8〕，筆者也在MBR工藝前增加了預氧化單元，目的都是減少MBR內(nèi)污泥濃度，改善操作條件，從而延長膜組件的使用壽命。

2.4病原微生物的去除效果

經(jīng)過優(yōu)化，接觸氧化組合工藝與MBR組合工藝的次氯酸鈉投加質(zhì)量濃度分別為30 mg/L和10 mg/L，對微生物的去除效果如表2所示。

表2　糞大腸菌群總數(shù)及去除率（平均值）

廢水經(jīng)接觸氧化組合工藝處理后，微生物數(shù)量有所降低，對糞大腸菌群的平均對數(shù)去除率為0.91%，經(jīng)消毒處理后，大部分微生物得到去除，對糞大腸菌群的平均對數(shù)去除率為6.23%。相對應的，廢水經(jīng)過MBR組合工藝后，對糞大腸菌群的平均對數(shù)去除率為2.92%，經(jīng)消毒處理后，大部分微生物得到去除，對糞大腸菌群的平均對數(shù)去除率為6.57%，MBR組合工藝對微生物具有較好的去除效果，因此，在相同的消毒效果下，藥劑投加量明顯減少。

2.5經(jīng)濟性對比

以處理水量500 t/d為例，兩種組合工藝的投資及運行費用：接觸氧化組合工藝的土建費為50～65萬元，設備費為70～75萬元，綜合投資為120～140萬元，工藝運行電費為0.4～0.5元/d，耗材及維護費用約為0.1元/d，藥劑費約為0.15元/d，運行費用合計0.65～0.75元/d；MBR組合工藝土建費為30～40萬元，設備費為100萬元，綜合投資為125～140萬元，與接觸氧化組合工藝相比，基本持平，電費為0.5～0.6元/d，耗材及維護費用約為0.2元/d，藥劑費約為0.05元/d，運行費用合計0.75～0.85元/d，與接觸氧化組合工藝相比略高。

3　結論

對比了接觸氧化組合工藝與MBR組合工藝對有機物、NH3-N、濁度、糞大腸桿菌的去除效果，并以500 t/d工程為例進行了分析，結果表明：在好氧區(qū)水力停留時間、污泥濃度、進水水質(zhì)和水量都相近的情況下，接觸氧化組合工藝在有機物和NH3-N處理效果上優(yōu)于MBR組合工藝，但在濁度以及糞大腸桿菌的處理能力上，MBR組合工藝優(yōu)于接觸氧化工藝；兩種組合工藝的基建投資相近，MBR組合工藝的運行費用略高。基于醫(yī)院廢水對致病微生物的特殊排放要求，MBR組合工藝在該類廢水的處理中將擁有較大的優(yōu)勢。

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［3］張景麗，顧平，張光輝.NaClO和PAA對醫(yī)院污水MBR污泥消毒的研究［J］.中國給水排水，2014，30（3）：87-91.

［4］王晶，曹井國，張德強，等.醫(yī)院綜合污水處理工程設計與運行［J］.中國給水排水，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.

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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

科技型中小企業(yè)技術創(chuàng)新基金項目（12C26211200543）

曹井國（1980—），博士，副教授。E-mail：cjg@tust.edu. cn。通訊聯(lián)系人：楊宗政，博士，教授。E-mail：yzz320@tust. edu.cn。

2016-02-10（修改稿）