醫(yī)院生活污水回用處理工藝的參數(shù)確定及工程應(yīng)用效果

水處理網(wǎng)訊:摘要：為使醫(yī)院生活污水處理后滿足出水回用的要求,針對醫(yī)院生活污水特點,提出預(yù)處理+接觸氧化+高效沉淀+過濾消毒工藝,通過小試試驗確定其最佳工藝參數(shù),并在天津市某?？漆t(yī)院生活污水升級改造工程中應(yīng)用。小試試驗的最佳工藝條件:容積負(fù)荷為0.50 kg∕(m³·d),pH控制在7.5~8.0,氣水比為15∶1,聯(lián)合投加PAC+PAM(PAC、PAM投加量分別為15.0、1.0 mg∕L),ClO2投加量為12 mg∕L。工程應(yīng)用結(jié)果表明,工藝運(yùn)行狀況良好,處理后出水水質(zhì)達(dá)到GB∕T 18920—2002《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》回用水沖廁水質(zhì)要求。

關(guān)鍵詞：醫(yī)院污水;生物接觸氧化;沉淀;消毒;回用

醫(yī)院生活污水排放量大,若將生活污水處理后再生利用,既可減少對周圍水體的污染,又可為醫(yī)院節(jié)省自來水的使用量[1,2],具有很大的經(jīng)濟(jì)價值。醫(yī)院生活污水中主要污染物為化學(xué)需氧量(COD)、五日生化需氧量(BOD5)、懸浮顆粒物(SS)、氨氮、病原微生物等[3,4,5],常采用以沉淀+生化法+消毒為主的三級處理工藝[6,7,8,9]。生化法常用的處理工藝有活性污泥法、生物膜法、生物接觸氧化法等[10],其中活性污泥法容易發(fā)生污泥膨脹和污泥流失,泥齡難于控制,且受水溫等條件限制,分離效果不十分理想;生物膜法有對場地要求嚴(yán)格,負(fù)荷率低,容易產(chǎn)生濾池蠅等缺點;生物接觸氧化法是介于活性污泥法與生物膜法之間的生物處理技術(shù),在污水處理中穩(wěn)定性相對較好[11,12,13,14]。消毒工藝段通常采用液氯(Cl2)、次氯酸鈉、二氧化氯(ClO2)、紫外線等作為消毒劑,研究表明[15,16],0.50 mg∕L的Cl2、次氯酸鈉作用5 min后殺菌率最高可達(dá)75%;0.5 mg∕L的ClO2作用5 min后即可殺滅99%以上的異養(yǎng)菌,且ClO2不與水體中的有機(jī)物作用生成三鹵甲烷等致癌物質(zhì),無致癌、致畸、致突變作用;相對于氯消毒,紫外線對孢子、孢囊和病毒等耐受性高的病原微生物處理效果不好,不易做到在整個處理空間內(nèi)輻射均勻,存在有照射陰影區(qū)、設(shè)備造價高和壽命短等缺點。

天津市某?？漆t(yī)院生活污水處理設(shè)施原采用活性污泥法+次氯酸鈉消毒工藝,出水不能達(dá)到GB∕T 18920—2002《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》[17]回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。為提高出水水質(zhì)使其達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn),針對該醫(yī)院水質(zhì)特征,提出采用預(yù)處理+接觸氧化+高效沉淀+過濾消毒工藝對污水進(jìn)行處理。筆者在小試試驗確定該工藝最佳參數(shù)的基礎(chǔ)上,按此工藝對該醫(yī)院污水處理設(shè)施進(jìn)行升級改造,使污水處理后出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到GB∕T 18920—2002回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),以期為同類污水處理設(shè)施的工藝升級改造提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 醫(yī)院生活污水

以天津市某專科醫(yī)院門診、宿舍等生活污水為研究對象,由于該生活污水排入專門的化糞池,因此取化糞池污水用于試驗,其水質(zhì)指標(biāo)見表1。由表1可知,該醫(yī)院生活污水BOD5∕COD為0.44,大于0.30,污水可生化性較好;水質(zhì)指標(biāo)總大腸菌群數(shù)較高,需進(jìn)行消毒處理。

1.2 污水處理工藝

根據(jù)該醫(yī)院生活污水可生化性較好、生物脫氮效果好的特點,采用預(yù)處理+生物接觸氧化+高效沉淀+過濾消毒工藝對污水進(jìn)行處理(圖1)。

1.2.1 預(yù)處理

包括格柵、集水池、調(diào)節(jié)池、一沉池。在集水池進(jìn)水口設(shè)置格柵,以去除水中大量的懸浮物和漂浮物,保證后續(xù)污水處理設(shè)備的正常運(yùn)行。由于醫(yī)院生活污水用水量和排入污水中雜質(zhì)的不均勻性,污水流量和濃度在一晝夜內(nèi)有較大變化,為均衡污水水質(zhì)與水量,設(shè)置了調(diào)節(jié)池,該調(diào)節(jié)池分隔為2個部分,分別設(shè)置穿孔管攪拌和曝氣裝置,根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況調(diào)整污泥回流比,以保證系統(tǒng)中有機(jī)物、氨氮等去除效果的穩(wěn)定。

1.2.2 生物接觸氧化

生物接觸氧化法可通過控制活性污泥的污泥負(fù)荷(F∕M),提高有機(jī)物去除率和脫氮率,降低污泥產(chǎn)量。采用兩級生物接觸氧化工藝:一級接觸氧化池內(nèi)F∕M高,微生物增值不受污水中營養(yǎng)物濃度制約,處于對數(shù)增殖期,生物膜增長快,保證有機(jī)物的去除和脫氮效率;二級接觸氧化池內(nèi)F∕M低,微生物增殖處于減速期或內(nèi)源呼吸期,硝化菌占比較高,硝化反應(yīng)可充分進(jìn)行,同時有效降低污泥產(chǎn)量。

1.2.3 高效沉淀池

根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)情況,在高效沉淀池加入混凝劑聚合氯化鋁(PAC)、助凝劑聚丙烯酰胺(PAM),采用多點污泥回流措施,保證氨氮和SS的去除率。高效沉淀池包括混合反應(yīng)區(qū)、絮凝反應(yīng)區(qū)、澄清區(qū),在混合反應(yīng)區(qū)加入PAC,靠攪拌器的提升混合作用完成泥渣、藥劑、原水的快速凝聚反應(yīng);在絮凝反應(yīng)區(qū)加入PAM,進(jìn)行慢速絮凝反應(yīng),以結(jié)成大的絮凝體。

1.2.4 過濾與消毒

過濾系統(tǒng)有效保證BOD5、SS的去除效果,降低消毒劑的用量,保證出水水質(zhì);消毒工藝采用ClO2發(fā)生器,該發(fā)生器采用化學(xué)法生成ClO2,對污水和污泥進(jìn)行消毒,殺菌率超過99%。

1.3 工藝參數(shù)確定

1.3.1 生物接觸氧化工藝參數(shù)

在50 L的塑料桶中掛入1組直徑為125 mm的彈性立體填料,加入城市污水處理廠二沉池污泥20 L進(jìn)行接種掛膜。掛膜成功后,采用預(yù)處理后的污水作為進(jìn)水,水質(zhì)指標(biāo)CODCr為197.1~246.4 mg∕L,BOD5為98.6~123.2 mg∕L,SS濃度為68.8~85.0 mg∕L,氨氮濃度為30.2~41.8 mg∕L,總大腸菌群數(shù)大于18 000個∕L。在控制溫度等其他條件不變時,分別進(jìn)行氣水比、容積負(fù)荷、pH對BOD5和氨氮去除率的影響單因素試驗。

1.3.1.1 氣水比

為有效降解污水中的有機(jī)物,生物接觸氧化池中需提供充足的溶解氧(DO),以保證有機(jī)物的正常氧化,而氣水比直接影響反應(yīng)器中DO濃度。在容積負(fù)荷為0.50 kg∕(m3·d),進(jìn)水流量為6.25 L∕h,溫度為20~26 ℃的條件下,設(shè)置氣水比分別為5:1、10:1、15:1、18:1,研究其對污水中BOD5、氨氮去除的影響。

1.3.1.2 容積負(fù)荷

在污水pH為7.0,氣水比15:1時,設(shè)置容積負(fù)荷分別為0.15、0.30、0.50、0.80和1.00 kg∕(m3·d),即對應(yīng)的進(jìn)水流量分別為1.875、3.750、6.250、10.000和12.500 L∕h,水力停留時間分別為24.0、12.0、7.2、4.5、3.6 h,研究容積負(fù)荷對污水中BOD5、氨氮去除的影響。

1.3.1.3 pH

在容積負(fù)荷為0.50 kg∕(m3·d),氣水比15:1時,設(shè)置pH分別為6.0、6.8、7.0、7.5、8.0、8.5和9.0,研究其對污水中BOD5、氨氮去除的影響。

1.3.2 高效沉淀池工藝參數(shù)

采用六聯(lián)攪拌裝置,在1 000 mL燒杯中進(jìn)行混凝試驗,考察單獨(dú)投加PAC、聯(lián)合投加PAC與PAM情況下,混凝劑投加量對處理效果的影響。

1.3.2.1 PAC

取接觸氧化池出水(SS濃度為87 mg∕L),分別加入10、12、15、18和20 mg∕L的PAC,混合3 min,靜置沉降30 min后,取上清液測定SS濃度。

1.3.2.2 PAC+PAM

取接觸氧化池出水(SS濃度為87 mg∕L),加入15 mg∕L的PAC,快速攪拌3 min,混合均勻,然后加入PAM并慢速攪拌8 min,沉淀30 min,取上清液測定SS濃度。

1.3.3 消毒池工藝參數(shù)

以高效沉淀池的出水為研究對象,在1 000 mL的燒杯中,分別投加5、10、15和20 mg∕L(以有效氯計)的ClO2,接觸時間為1 h,檢測進(jìn)水(高效沉淀池出水)及消毒后出水的總大腸菌群數(shù),分析消毒前后總大腸菌群數(shù)變化。

1.4 指標(biāo)檢測方法

主要水質(zhì)指標(biāo)檢測方法見表2。

2 結(jié)果與討論

2.1 工藝參數(shù)確定

2.1.1 生物接觸氧化工藝參數(shù)

2.1.1.1 氣水比

生物接觸氧化在不同氣水比時BOD5、氨氮的去除率見圖2。由圖2可知,隨著氣水比的增加,BOD5去除率變化幅度不大;而氨氮去除率隨氣水比增加明顯增大。當(dāng)氣水比為5:1、10:1時,由于曝氣量不足,使硝化菌生長繁殖可利用氧量不足,成為硝化反應(yīng)的限制因素,造成氨氮去除率不高;當(dāng)氣水比為15:1、18:1時,由于可利用氧量充足,滿足硝化菌的需要,氨氮去除率明顯提高。從經(jīng)濟(jì)方面考慮,確定最佳氣水比為15:1。

2.1.1.2 容積負(fù)荷

在不同容積負(fù)荷下生物接觸氧化對BOD5、氨氮去除率見圖3。由圖3可知,容積負(fù)荷由0.15 kg∕(m3·d)增至0.8 kg∕(m3·d)時,BOD5去除率保持在94.8%左右;容積負(fù)荷超過0.8 kg∕(m3·d)時,BOD5去除率快速降低。容積負(fù)荷對氨氮的影響與BOD5差異較大,容積負(fù)荷為0.15 kg∕(m3·d)時,氨氮去除率高達(dá)99.9%,但隨著容積負(fù)荷的增加,氨氮去除率快速下降。這是因為容積負(fù)荷增加造成水力停留時間減小,使微生物與污水中污染物接觸時間減少,而硝化細(xì)菌世代更新時間較長,留給硝化細(xì)菌降解氨氮的時間不充足,致使氨氮的去除率降低,當(dāng)容積負(fù)荷過高時,使同步硝化受到抑制。在較低容積負(fù)荷時〔<0.5 kg∕(m3·d)〕,BOD5、氨氮均有較好的處理效果,在工程應(yīng)用中由于容積負(fù)荷為0.50 kg∕(m3·d)較0.30 kg∕(m3·d)節(jié)約了1∕3的池體容積,綜合考慮出水水質(zhì)與工程投資成本,容積負(fù)荷以0.50 kg∕(m3·d)為宜。

2.1.1.3 pH

進(jìn)水pH對氨氮、BOD5去除率的影響見圖4。由圖4可知,進(jìn)水pH變化對BOD5去除率影響較小,但對氨氮去除率影響較大。當(dāng)進(jìn)水pH從6.0增至7.0時,氨氮去除率明顯升高;pH為7.0~8.0時,氨氮去除率趨于穩(wěn)定;pH>8.0時,氨氮去除率略有降低。進(jìn)水pH對氨氮去除率的影響與硝化菌活性相關(guān),pH>8.0或pH<7.0時,硝化菌的生物活性受到抑制并趨于停止;pH>8.0時,NH+4H4+的電離平衡使NH3濃度迅速增加,由于硝化菌對NH3較為敏感,會影響硝化速度;pH<7.0時,真菌開始與細(xì)菌競爭,硝化速度減慢?？梢?pH為7.5~8.0時,氨氮的硝化效果較好。