（环境工程专业论文）mbr系统处理医院污水的运行监测及出水臭氧消毒研究.pdf

摘要 采用膜生物反应器( m b r ) 工艺处理医院污水，处理效率高、出水水质及 后续消毒效果好，可替代传统污水处理工艺。本文对m b r 系统处理医院污水的 相关水质指标进行了监测，并对m b r 出水进行了臭氧消毒研究。 m b r 系统氨氮的进水浓度在1 6 1 9 0 0m g l 之间，平均去除率高达9 7 9 ； 进水c o d 在7 0 2 1 9 7m g l 之间，出水c o d 稳定在2 6 8m g l 以下，平均去除 率为8 5 1 。m b r 系统进水中菌落总数、总大肠菌群和粪大肠菌群的平均浓度 分别为4 0 0 1 0 5c f u m l 、5 4 0 1 0 7 m p n 1 0 0 m l 和1 7 0 1 0 7 m p n 1 0 0 m l ，经 c 1 0 2 消毒后，菌落总数平均浓度为1 2 9c f u m l ，相应的对数去除率为4 6 ，总 大肠菌群平均浓度为2 1 8m p n 1 0 0 m l ，粪大肠菌群基本未检出：正常运行期间， m b r 系统平均出水浊度为0 6 3n t u 。该工艺可实现对医院污水的有效处理，所 监测水质指标均能达到医疗机构水污染物排放标准( g b1 8 4 6 6 2 0 0 5 ) 的要求。 运行费用估算表明，系统处理费用约为1 3 1 元m 3 。 为降低氯化消毒副产物的产生量，本论文研究了臭氧对m b r 出水的消毒效 果，建立了液相臭氧浓度的分析监测方法，结果表明，液相臭氧浓度随着通入反 应器的气相臭氧浓度的增加而增大。臭氧投加结束后，液相臭氧浓度衰减速率逐 渐趋缓。 在m b r 出水臭氧消毒试验中，当气相臭氧浓度的投量为8 4 8m g l ，持续 1 5m i n ，随后密闭静置2 5m i n 时，菌落总数由1 0 2 x1 0 4c f u m l 减少为6 2 5 c f u m l ，总大肠菌群由不少于2 4 0 1 0 4m p n 1 0 0 m l 至未检出，粪大肠菌群未 检出。菌落总数的对数去除率与累计液相臭氧浓度的关系式符合c h i c k w a t s o n 消毒模型，可较好反映臭氧的消毒效果。 关键词：医院污水；m b r 工艺；1 z 耿土例丁日”, 怀- - ；二氧化氯；臭氧消毒 a b s t r a c t m e m b r a n eb i o r e a c t o r ( m b r ) h a sah i g he f f i c i e n c y , i t se f f l u e n ta n ds u b s e q u e n t d i s i n f e c t i o ne f f e c ta r eg o o d a n di tc a nr e p l a c et r a d i t i o n a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n t p r o c e s s e s t h es u b j e c to ft h i sp a p e rw a s t om o n i t o rt h ee f f l u e n tq u a l i t yr e l a t e dt ot h e h o s p i t a lw a s t e w a t e rt r e a t e db ym b r ，a n ds t u d yo z o n ed i s i n f e c t i o nf o rm b r e f f l u e n t t h ea m m o n i an i t r o g e nc o n c e n t r a t i o n so ft h em b ri n f l u e n tw e r eb e t w e e n l6 1 9 0 0 m g l a n d t h ea v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c yw a s9 7 9 t h ec o d c o n c e n t r a t i o n so ft h ei n f l u e n tw e r eb e t w e e n7 0 2 - 19 7 m g l ，a n dt h ee f f l u e n t c o n c e n t r a t i o n sw e r eb e l o w2 6 8m g ls t e a d i l y ，w i t ha v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c yo f 8 5 1 t h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o n so ft h et o t a lb a c t e r i a c o l i f o r ma n df e c a lc o l i f o r m i nm b ri n f l u e n tw e r e4 0 0 1 0 5c f u m l 5 4 0 1 0 7 m p n 1 0 0 m la n d1 7 0 1 0 7 m p n 10 0 m l ，r e s p e c t i v e l y t h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o n so ft h et o t a lb a c t e r i aa n d c o l i f o r mi nm b re f f l u e n ta f t e rd i s i n f e c t i o nb yc h l o r i n ed i o x i d ew e r e1 2 9c f u m l a n d218m p n i o o m l ，r e s p e c t i v e l y , a n d f e c a lc o l i f o r mw a sn o td e c t e t e d t h e c o r r e s p o n d i n ga v e r a g el o g a r i t h m i cr e m o v a le f f i c i e n c yo ft o t a lb a c t e r i aw a s4 6 d u r i n gn o r m a lo p e r a t i o n ，t h ea v e r a g ee f f l u e n tt u r b i d i t yw a s0 6 3n t u ，t h e r e f o r e m b r p r o c e s sc o u l db eu s e df o rh o s p i t a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n te f f e c t i v e l y t h em a i n i n d e x e so ft h ee f f l u e n tc o u l dm e e tt h er e q u i r e m e n t so fd i s c h a r g es t a n d a r do fw a t e r p o l l u t a n t sf o rm e d i c a lo r g a n i z a t i o nf g b18 4 6 6 - 2 0 0 5 ) e s t i m a t eo fo p e r a t i o nc o s t s h o w e dt h a tt h eo p e r a t i o nc o s to fm b r p r o c e s sw a s a b o u t1 31 y u a n m 3 t or e d u c et h ep r o d u c t i o no fc h l o r i n a t e dd i s i n f e c t i o nb yp r o d u c t s ，t h ed i s i n f e c t i o n e f f e c t so fo z o n eo nm b re f f l u e n tw e r es t u d i e da n dam e t h o dt om o n i t o ra n da n a l y s e t h el i q u i do z o n ec o n c e n t r a t i o nw a se s t a b l i s h e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h el i q u i d o z o n ec o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e dw i t ht h e i n c r e a s i n gg a sp h a s eo z o n ec o n c e n t r a t i o n a c c e s s i n gt ot h er e a c t o r w h e no z o n ed o s i n ge n d e d ，t h ed e c r e a s eo ft h el i q u i do z o n e c o n c e n t r a t i o ns l o w e du p t h ee x p e r i m e n t sw e r ec a r r i e do u tt os t u d yo nt h eo z o n ed i s i n f e c t i o nf o rm b r e f f l u e n t w h e nd o s a g eo fo z o n ew a s8 4 8m g lw i t hc o n s t a n t l yd o s i n gf o r15m i na n d t h e nc l o s ep l a c e m e n tf o r2 5m i n ，t o t a lb a c t e r i aw a sd e c r e a s e df r o m1 0 2 10 4 c f u m lt o6 2 5c f u m l c o l i f o r mw a sd e c r e a s e df r o mn ol e s st h a n2 4 0 10 4 m p n 10 0 m lt ow h a ti tw a sn o td e t e c t e d a n df e c a lc o l i f o f i nw a sn o td e t e c t e d t h e f o r m u l ao ft h el o g a r i t h m i cr e m o v a le f f i c i e n c yo ft o t a lb a c t e r i av st h ec u m u l a t i v e l i q u i do z o n ec o n c e n t r a t i o na c c o r d e dw i t ht h ec h i c k - w a t s o nd i s i n f e c t i o nm o d e l i t c o u l dr e f l e c tt h eo z o n ed i s i n f e c t i o ne f f e c tw e l l k e y w o r d s ：h o s p i t a lw a t e w a t e r ；m b rp r o c e s s ；m i c r o b i o l o g yi n d e x e s ；c h l o r i n e d i o x i d e ；o z o n ed i s i n f e c t i o n 第一章绪论 第一章绪论 医院污水中含有大量的细菌、病毒等微生物，具有空间污染、急性传播和潜 伏性传染的危险，长期以来，医院污水处理一直是我国水污染防治工作的薄弱环 节，处理水平整体较低。2 0 0 3 年“s a r s ”( s e v e r ea c u t er e s p i r a t o r ys y n d r o m e ) 爆发，据统计，当时全国共被感染5 3 2 7 例，死亡3 4 8 例，死亡率约为6 5 3 ， 这对我国现有公共卫生体系应对突发性公共卫生事件的能力提出挑战，并直接冲 击了现有的公共卫生政策，暴露出公共卫生服务所存在的种种问题及其在公共卫 生建设方面的严重缺陷【1 3 j 。“s a r s ”的发生对医院污水处理提出要求，要严格 控制医院污水造成的疾病再传播， 医院污水如果不妥善处理就排入天然水体或市政管网，将会对人类生存环境 造成严重污染，直接危害人民群众的身体健康【4 6 l 。目前我国的医院污水大多经 一级处理或者简单的生物氧化处理后加氯消毒排放，有的甚至不作任何处理就直 接消毒排放，严重危害了水环境生态系统，对人类健康构成威胁【1 7 1 。随着社会的 发展，医院污水的处理越来越得到政府和公众的重视。 1 1 医院污水的来源及水质特点 医院污水主要来源包括：医院行政管理和医务人员排放的生活污水，包括食 堂、家属住宅等排水；诊疗室、化验室、病房、x 光照像洗印室、动物房、同位 素治疗诊断室、手术室等医疗排水。 我国医院虽然从性质上分为综合医院和传染病医院两类，但传染病的初期诊 断大都是在综合医院进行的，据统计传染病医院收治的病人中7 0 以上是经综合 医院确诊后送来的，所以综合医院污水中的细菌、病毒等也有很大的危害性，并 且我国大多数综合医院设有肠道、肝炎门诊及传染病房，其污水中的致病菌、病 毒的危害性远大于生活污水，且医用废弃物的收集、分类和消毒较难严格执行， 造成病人的血液、病理切块、检验废弃物以及医用化学药剂等混杂进入医院排水 系统。目前我国城市排水系统普及率和城市污水集中处理率低，因此有必要对两 类医院污水进行处理哗j 。 医院污水主要污染物包括病原微生物( 总大肠菌群、炭疽芽胞菌、霍乱弧菌、 呼吸道合胞病毒等) 、有毒有害的物理化学污染物( 医院使用的药物、投加的消 第一章绪论 毒剂所产生的一些产物以及生活污水中所含有的大量有机物、无机物等) 以及放 射性污染物质。医院污水中含有酸、碱、悬浮固体、b o d 、c o d 和动植物油等 物质，牙科治疗、洗印和化验等过程产生的污水含有重金属、消毒剂、有机溶剂 等，并且由于受到粪便、传染性细菌和病毒等病原微生物的污染，导致医院污水 具有传染性和致癌、致畸或致突变性，可以诱发疾病或造成伤害，并对环境有长 远影响，不经有效处理会严重污染环境并造成疫病传播。 我国医院污水成分复杂，不同部门科室产生的污水成分和水量各不相同，如 含油废水、洗印废水、放射性废水等，较一般生活污水排放情况复杂，而且与一 般的生活污水在性质上也不相同，医院污水与生活污水在大肠菌群、c o d 值等 指标的比较如表1 1 所示【9 o 表1 1 医院污水和生活污水水质指标比较 1 2 医院污水处理现状及存在的问题 1 2 1 我国医院污水处理现状 据2 0 0 1 年卫生部统计年报数据显示【4 j ，全国共有县级及以上医院1 5 4 5 1 家， 床位数为2 1 7 6 1 5 4 ，其中1 5 0 床以下医院占医院总数的6 8 ，8 0 0 床以上仅占1 。 按医院污水排放量系数计算，其污水排放总量约为1 6 1 0 6m 3 d ，占我国2 0 0 2 年污水排放总量的1 7 3 。国家环保总局2 0 0 3 年调查数据显示，全国5 0 床以上 的医院共计8 5l5 家，在这些医院中，医院污水处理设施拥有率为5 8 ；医院污 水排放总量为8 2 3 4 1 0 5m 3 d ，处理率为8 2 ，按现行排放标准医院污水排放总 量达标率为7 0 6 ；污水处理设施根据地区不同存在较大拥有率差异，北京、江 苏等地设施拥有率在9 0 以上，而内蒙、陕西和西藏等地设施的拥有率在 1 0 , - 一3 0 之间。医院污水排放总量较高，为环境污染的一个重要方面【1 0 】。 第一章绪论 1 2 2 我国医院污水处理存在的问题 ( 1 ) 随着社会的不断发展，人们对环境要求越来越高，医疗设施及政策法 规在不断完善，医院污水处理的不断改进与加强，目前我国已建设有相当数量的 医院污水处理设施，对医院污水的污染控制也起到了积极的作用，但实际上，我 国医院污水处理基本沿用两种方式，在有城市下水道的区域范围内，通过二氧化 氯、次氯酸钠、臭氧等进行消毒后直接排入市政排水管网，而对不在城市管网系 统内的医院，其污水经过适当的生化处理和消毒后排入环境水体【引。由于现有的 医院污水处理大多采用一级处理和简单消毒，所采用的工艺大多比较落后，处理 级别低，且部分处理设施陈旧、老化，这就使得处理出水水质不达标，消毒效果 差，残存细菌、病毒和芽孢等致病微生物随出水进人受纳水体，造成对水体环境、 土壤环境和附近农作物的污染，对周围人群也形成直接或间接的危害，造成生态 环境污染和卫生安全隐患；采用二级生化处理的医院很少，消毒效果差，大多数 处理效果达不到现行污水综合排放标准( g b8 9 7 8 1 9 9 6 ) 对医院污水的排放 要求，更难以符合“非典”之后编制的医疗机构水污染物排放标准( g b 1 8 4 6 6 2 0 0 5 ) 的要求。 ( 2 ) 对于医院污水处理过程中产生的栅渣、污泥、臭气处理不够重视。栅 渣、污泥中含有大量病原微生物，如未经有效处理，易成为新的污染源，而处理 设施产生的臭气及相关有毒有害气体易扩散形成大量的气溶胶分子，这些气溶胶 大分子表面附着了一些病原微生物，如果向空气中扩散传播，将会造成环境污染 和疾病的感染与传播 。 ( 3 ) 维护管理是确保各工艺环节正常运行的重要因素。拥有污水处理设施 的医院，其管理水平也参差不齐，导致医院污水处理上还存在一些问题，运行管 理不到位，出水水质及消毒效果得不到保证，所以为了保证医院污水处理设施正 常运行，保证医院污水处理效果，医院运行管理者技术水平有待提高与强化。 1 3 医院污水处理技术 为贯彻中华人民共和国环境保护法，加强对医疗机构污水、废气、污泥 排放的控制和管理，预防和控制传染病的发生和传播，加强环境管理，保障人体 健康，国家环境保护总局于2 0 0 5 年7 月2 7 目发布了医疗机构水污染排放标准 ( g b1 8 4 6 6 2 0 0 5 ) ，以代替污水综合排放标准( g b8 9 7 8 1 9 9 6 ) 中有关医疗 机构污染物排放要求部分和医疗机构污水排放要求( g b1 8 4 6 6 2 0 0 1 ) ，并强 制医疗机构实施，客观上促进了医院污水处理技术的发展。 第一章绪论 医院污水处理技术是指通过水处理技术和设施去除医院污水中的各种污染 物，尤其是对于细菌、病毒等微生物的消毒处理，使水质达到国家或地方排放标 准，保护水体环境和人类健康。 1 3 1 一级处理工艺 常规一级污水处理，主要包括格栅、沉砂池、沉淀池等处理设施，处理对象 是污水中的悬浮物，经过一级处理后的污水，b o d 一般可去除3 0 左右，虽然 达不到排放标准，但可作为是二级处理的预处理【12 1 。 由于医院污水独特的水质特征，其一级处理和氯化消毒的典型工艺流程是： 医院污水经格栅去除大量悬浮物，然后进入调节池调节水质水量，在进入接触池 前加消毒剂，消毒剂通过与水泵联动或与虹吸水混合进入消毒池，此过程需保证 污水与消毒剂接触时间为1 o 1 5h ，以保证消毒效果。对于粪便污水，应先通过 化粪池沉淀消化处理，然后进入医院污水处理站进行统一处理，化粪池或沉淀池 产生的沉淀污泥按规定进行定期消除和消毒处理 1 3 - 1 7 】。典型工艺流程可简单表示 如图1 1 所示【1 8 】。 消毒剂 医院污水一调节池一接触池一排放 1 3 2 二级处理工艺 图1 1 一级处理典型流程 二级处理，主要是去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质( 即b o d 、 c o d ) ，去除率可达9 0 以上，使有机物达到排放标准。三级处理，是指在一级、 二级处理后，进一步处理难降解的有机物、氮和磷等能够导致水体富营养化的可 溶性无机物等。对于二级处理常采用的工艺包括传统活性污泥法、生物接触氧化 法、曝气生物滤池法等。对于医院污水典型工艺二级处理流程如图1 2 所示。 i 消毒剂 医院污水一骼栅一调节池一生化处理一接触池一排放 图1 2 二级处理典型流程 第一章绪论 ( 1 ) 活性污泥法 常规污水二级处理设施一般采用生物氧化法，亦称活性污泥法，它是各种污 水处理最为常用的传统处理方法。活性污泥法利用机械曝气、鼓风曝气等，使污 水中的丝状菌和真菌等微生物繁殖，这些微生物具有吸附、氧化、降解污水中的 有机物和有毒物质的能力，从而降低污水中的b o d 及c o d 。也有些污水处理采 用厌氧和好氧并用的方法，即在厌氧过程中，厌氧微生物繁殖、消化和吸附污水 中的有害物质。此工艺缺点是会产生大量的活性污泥，活性污泥的处理加长了处 理流程，增加了工程费用。传统活性污泥法一般占地较大，曝气过程中对空气产 生二次污染，工程投资比较大，管理专业化程度高，管理及运行费用高 1 9 捌。 ( 2 ) 生物接触氧化法 生物接触氧化池内充填生物填料，填料上布满微生物，浸没在水中，污水以 一定流速流经填料，曝气系统为反应器中内污水供氧。由于此法微生物固定生长 于生物填料上，在反应器中能保持较高的污泥浓度，克服了一般污水处理方法中 悬浮活性污泥易于流失的缺点。生物接触氧化法容积负荷高，抗冲击能力较强， 污泥产量较低，占地面积小，建设费用较低，运行稳定，且管理简单。其缺点是 生物膜的脱落可能造成污泥沉淀性能较差或悬浮固体浓度较高【2 l 】。 ( 3 ) 曝气生物滤池 曝气生物滤池法所采用滤料的是一种新型的粗糙多孔粒状、具有较大比表面 积的滤料，其表面有生物膜附着生长，池底设有专门的曝气系统。污水通过滤料 层时，水体含有的污染物被滤料层截留，并被滤料表面的微生物降解转化， 有去除悬浮物、c o d 、b o d 、硝化脱氮等作用。曝气生物滤池集生物氧化和截 留悬浮固体于一体，节省了后续沉淀池，微生物生长在粗糙多孑l 的滤料表面，不 易流失，对有毒有害物质有一定适应性，具有容积负荷和水力负荷大、水力停留 时间短、所需基建投资少、出水水质好、运行能耗低，运行费用少的特点。该工 艺不足之处是需进行反冲洗，反冲水量大，且运行方式复杂【2 2 】。 ( 4 ) c a s s 法 c a s s 法即周期性循环活性污泥法，采用序批式反应器体系的连续进水、周 期排水、延时曝气的好氧活性污泥工艺，反应器运行方式为：厌氧一缺氧一好氧 一缺氧一厌氧，将均衡、初沉、曝气、二沉、生物脱氮、好氧处理等过程都在 c a s s 反应器中交替进行，因而工艺简单、布局紧凑。c a s s 工艺的生化区设在 c a s s 反应器的前端，污水在生化区内与主反应区回流的活性污泥混合，在厌氧 和好氧的交替环境下，快速吸附有机物，加速对有机物及有害物的氧化分解，同 时为除磷脱氮创造有利条件，并有效改善了污泥的可降解性，防止污泥膨胀，减 少污泥量的产生，为后续处理提供有利条件。c a s s 工艺不同的阶段及运行时问 第一章绪论 可根据所处理的污水水质进行调整，可处理高浓度、高负荷的污水，运行周期循 环往复。c a s s 工艺对病毒、病菌的去除效果好，污泥产率低，易脱水，好处理， 管理方便，运行可靠等特点，该技术非常适合用于处理中、低浓度的工业及市政 有机废水及医院污水的处理f 2 3 1 。 以上二级处理工艺都在医院污水处理中都得到了很好的应用，但是由于医院 污水水质特殊，以上处理工艺无封闭措施，曝气过程中产生的气泡扩散易形成了 大量气溶胶分子，其表面附着了一些病原微生物，向空气扩散传播，容易造成二 次污染，可能会引起传染性疾病的传播，并且活性污泥中微生物的种类和数量较 少，系统内生物化学反应过程不完全，一些病原微生物易随出水排放、扩散，使 得常规污水处理工艺对医院污水中的病原微生物的处理效率不高 1 1 】。 1 3 3 膜生物反应器工艺 1 3 3 1 m b r 在国内外的发展 m b r 工艺在国外早己进入了实际应用阶段，1 9 6 9 年，使用超滤膜法从废水 生物处理系统的污泥回收槽分离活性污泥，这是首次对m b r 工艺的报道。2 0 世 纪7 0 年代，由于膜组件的种类很少，并且膜的寿命通常很短，限制了m b r 技 术在工程中的推广应用。2 0 世纪8 0 年代，法国、美国等对m b r 的研究投入了 很大的力量，为m b r 的进一步推广应用奠定了基础。1 9 9 8 年初，欧洲第一座应 用一体式m b r ( s u b m e r g e dm e m b r a n eb i o r e a c t o r ，s m b r ) 的生活污水处理厂 在英国的p o r l o c k 建成运行，成为英国m b r 技术的里程碑。由于其独特的优势， m b r 工艺开始大规模应用，欧洲最开始全面使用m b r 工艺处理废水，并开始 越来越多的被应用 2 4 , 2 5 】。意大利b r e s c i a 市的v e r z i a n o 污水处理厂建于1 9 8 0 1 9 9 2 年，采用z e n o n 浸没式中空纤维膜组件出水水质较好，就处理城市污水而言， m b r 技术已趋成剥2 引。荷兰从2 0 0 0 年开始在b e v e r w i j k 污水处理厂将m b r 技 术大规模应用于城市污水处理，日本k u b o t a 公司于2 0 0 3 年建成了第1 0 0 0 座浸 没式m b r 污水处理厂，加拿大z e n o n 公司的m b r 工艺污水处理规模也从1 9 9 3 年的小于1 0 0 0m 3 d 发展到现在的1 5 1 0 6m 3 d 。柏林的c o i l ld u b h 污水厂， 2 0 0 4 年建成m b r 处理工艺并运行至今1 2 7 j 。自第一次使用m b r 起，它在许多方 面已经得到了很大的改进1 28 i 。m b r 已经被证明是一种非常有前途的废水处理技 术，在国外已被用于如皮革废水处理、含油污水等多种废水的处理【2 9 】。 中国m b r 工艺在9 0 年代才开始起步。在2 0 世纪9 0 年代中期，一个试验 规模的分置式m b r 和陶瓷膜m b r 技术首先分别应用于石化废水和生活污水处 理【3 0 】。因为它的能耗较高，分置式m b r 污水处理系统直到2 0 0 4 年才得到大规 第一章绪论 模应用。1 9 9 6 年，一个试验规模的m b r 首先应用于市政污水处理系统。1 9 9 8 年，s m b r 首次在大连应用于市政污水处理。紧接着，m b r 污水处理系统开始 大规模应用于市政污水回用和工业废水处理。近年来，世界m b r 市场的年增长 率为1 0 9 ，而我国每年以1 0 0 的比率增长 3 1 】。现在膜技术已经在工业、市政 及生活污水处理等领域得到广泛应用【6 。据不完全统计，2 0 0 8 年我国运行或在建 的m b r 系统已超过3 0 0 套，近1 0 套万吨级m b r 系统用于中国市政污水处理厂。 据不完全统计，截至2 0 1 0 年底我国投入运行或在建的m b r 系统己超过5 0 0 套， 近2 0 套万吨级m b r 系统已在中国市政污水处理厂中应用 26 1 。现在m b r 工艺经 广泛应用到各种行业中，包括城市污水处理与回用、高浓度工业废水处理、难降 解工业废水及公共敏感卫生区域污水处理领域【3 2 】，该工艺是替代传统污水处理 技术的有力竞争者，在医疗废水处理领域具有很大的潜力【3 3 1 。 1 3 3 2 m b r 的分类 m b r 按膜组件与生物反应器的位置主要分为分置式m b r 和s m b r 。 ( 1 ) 分置式m b r 最早出现的是分置式m b r ，即膜组件与生物反应器分开设置，生物反应器 中的混合液经循环泵增压后打至膜组件的过滤端，在压力作用下混合液中的液体 透过膜，成为系统处理出水；固形物及大分子物质等则被膜截留，随浓缩液回流 到生物反应器内。分置式m b r 运行稳定可靠，易于膜的清洗、更换及增设，膜 通量普遍较大，但为了减少污染物在膜表面的沉积，延长膜的清洗周期，一般需 要用循环泵提供较高的膜面错流流速( 3 - 6m s ) ，水流循环量大，动力费用高， 并且泵的高速旋转产生的剪切力会使某些微生物产生失活现象 3 4 , 3 5 1 。 ( 2 ) 一体式m b r 污水进入s m b r ，大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，再在外压作用 下由膜过滤出水。这种形式的m b r 由于省去了混合液循环系统，并且靠负压抽 吸出水，能耗相对较低，但是一般膜通量相对较低，容易发生膜污染，并且膜污 染后不易清洗和更换。复合式m b r 在形式上也属于s m b r ，不同的是在生物反 应器内加装填料，从而形成复合式m b r ，改变了反应器的某些性状。s m b r 易 于从现有的活性污泥工艺改造，因此在污水处理中倍受关注1 3 4 , 3 5 1 。 1 3 3 3 m b r 存在的问题 m b r 由于其技术优势，已开始广泛应用，但还存在着投资费用较高、风险 大、后期维护费用高等问题。 ( 1 ) 投资成本较高 第一章绪论 随着膜技术可靠性的增强，膜成本逐渐下降，但与传统水处理工艺相比，其 投资成本依然偏高。国内目前应用较多的是进口膜组件。国产的膜组件近些年逐 渐开始使用，但主要应用于小规模的污水处理工程，膜组件质量有待进一步提高。 ( 2 ) 运行成本较高 由于m b r 反应器内污泥浓度较高，曝气需求量大，导致电耗较高，同时膜 组件需要定期清洗，清水、药剂、后期维护等也增加了m b r 运行成本。 ( 3 ) 膜污染问题 m b r 工艺中无法避免的问题是膜污染，虽然现在膜的抗污染性能有所提高， 并且国产膜质量也在逐渐优质化，但一般膜组件运行5 l o 年后仍需要更换。对 于某些高浓度工业废水的处理，膜的污染问题更为严重，因此如何延长膜污染的 时间、减轻膜污染的程度还需要进一步研究【3 6 l 。 随着膜组件膜质量的提高和膜制造成本的降低，m b r 的投资与运行费用也 会随之大幅度降低，由于m b r 在水处理方面的优势，近年来越来越多的应用于 各种污废水处理方面，而在医院污水的处理上也显示出其独特的优势。 1 4 消毒工艺 医院污水经二级处理后，水质得到改善，微生物含量也大幅减少，但其绝对 值仍很高，对水环境存在严重威胁，在排入市政管网前，应进行消毒处理。 消毒方法分为物理法和化学法两类。物理法主要有机械过滤、加热、冷冻、 辐射和微电解消毒等；化学法是近几十年来逐步发展起来的，即向污水中投加适 量的化学药剂，氧化污水中的有毒有害物质，达到凝聚吸附沉淀的效果，减少污 水的危害性。利用化学法处理医院污水常用的消毒剂分为氯化类和氧化类两种， 主要包括液氯、二氧化氯、臭氧、氯胺、卤素、金属离子、阴离子表面活性剂及 其它杀生剂等【3 7 】。现主要介绍液氯、次氯酸钠、二氧化氯、漂白粉、紫外线及 臭氧消毒技术，特点如下。 1 4 1 氯化消毒剂 ( 1 ) 液氯 氯气是一种黄色有刺激性气味的有毒气体，必须有专用的贮存设备和加氯设 备，存储氯气的钢瓶属高压容器，有潜在危险，液氯的投加设备结构复杂，易被 腐蚀，危险性较大。当污水含工业污水比例大时，氯化消毒过程中形成余氯及某 些含氯化合物易形成致癌化合物。液氯消毒能力强，投量准确，价格便宜，效果 可靠，适用于大中型规模的污水处理厂和医院污水消毒 3 8 , 3 9 1 。 第一章绪论 ( 2 ) 次氯酸钠 次氯酸钠是用海水或一定浓度的盐水，由处理厂就地电解产生。该方法原料 来源方便、化学特性稳定、运输方便，设备投资少，运行费用低，管理方便、安 全、可靠，不会因消毒剂产生较多的污泥，应用较为广泛，但次氯酸钠消毒需要 特制氯片及专用的消毒器，消毒能力弱，处理过程中带来废渣，次氯酸钠消毒剂 正逐步被其它消毒剂替代。次氯酸钠适用于医院、生物制品所等小型污水处理站 污水处理【3 8 4 0 1 。 ( 3 ) 二氧化氯 二氧化氯是一种黄绿色至红色的气体，易溶于水，加压浓缩时不稳定，必须 现场制备。二氧化氯是一种广谱、高效、安全、持续时间长、贮存与使用方便的 消毒剂，在医院污水处理上具有良好的效果，能有效地氧化污水中的某些化学物 质，如酚、氰、硫，去除臭味，改善水质，可以杀灭包括细菌、芽孢和病毒等微 生物，且有剩余消毒能力，在含氨或高p h 值水中的灭菌效果不受影响，并且二 氧化氯与氨不会生成致癌的有机氯化合物【矧。 ( 4 ) 漂白粉 漂白粉的成分包括次氯酸钠和氯化钙，其有效成分是与水反应生成的次氯 酸。漂白粉消毒投加设备简单，价格便宜，消毒效果好，但可能产生致癌化合物， 并有投量不准确，溶解调制不便，劳动强度大等缺点，适用于水质排放标准较高 的污水处理厂 3 9 】。 1 4 2 紫外线 紫外线消毒主要是利用紫外光摧毁微生物的遗传物质( d n a 或r n a ) ，使 其失去分裂复制的能力，或破坏微生物的其他组织结构。于城市污水而言，紫外 线消毒对受纳水体中生物无毒副作用，不产生消毒副产物，安全可靠；紫外线消 毒操作简单，运行成本低，易于维护管理，但此法的消毒效果受水中悬浮物或胶 体物质的影响较大，过高的s s 会影响紫外光线在水中的穿透能力，因此采用紫 外杀菌要求水体有严格的前处理以降低其中的s s ，提高杀菌效率。由于水质的 影响，灯套管表面常会结垢，这将影响紫外光的穿透和杀菌效果，所以紫外杀菌 需要按时清洗灯套管，定期维修。紫外线消毒无持久杀菌能力，化学消毒法由于 水体中有剩余消毒剂的存在，虽对水体可能会产生二次污染，但水体可长时间保 持消毒状态，为了保证紫外消毒的灭菌效果，紫外消毒需要和化学消毒进行组合 使用【4 l 4 2 1 。 9 第一章绪论 1 4 3 臭氧 1 4 3 1 臭氧基本性质 臭氧在常温下为蓝色气体，有刺激性气味，液态时为蓝黑色，熔点为 一1 9 3 0 ，沸点为一111 9 ，气体密度为2 1 4g l ，溶解度为o 6 8g l ，溶解系数 为o 3 2 ，溶解度随温度的升高而降低【4 ”。臭氧在水中的分解速度很快，半衰期为 5 3 0m i n 。臭氧的产生原理如下：采用工业氧气为原料，以高压交流电流进行放 电产生。 3 0 ，直匿夔皇2 0 ，一2 8 9k j 臭氧是一种强氧化剂，其氧化能力仅次于氟，除了能与包括金、铂在内的所 有金属发生反应外，还能与许多有机物发生氧化反应，如含s h 、- n h 2 、= n h 、 o h 和c h o 等、芳香族和脂肪族大分子物质，从而降低水中的b o d 和c o d ， 并且臭氧能有效地去除水中的色、臭、味等。 臭氧消毒具有作用快，操作简单，无二次污染等优点，其杀菌能力很强，与 氯、氯胺、二氧化氯等氯化消毒法相比，对细菌、病毒以及其他微生物都有较好 的杀灭作用，且效果优于氯化消毒剂，除此之外，水中的剩余臭氧还能很快自然 分解为氧气，有效增加水体中的溶解氧。 臭氧消毒副产物基本不含有t h m s ，而主要是醛、芳香族羧酸等有机物。当 臭氧接触时间不足时，有机物氧化不完全就可能产生醛、酮类等有毒有害物质。 若水中含有b r - ，臭氧会将溴离子氧化为亚溴酸根( b r 0 2 ) 、溴酸根( b r 0 3 ) 、 溴仿、二溴已腈、二溴乙酸、溴化氰等溴化有机副产物【棚。方少波等研究发 现臭氧对二级生物处理后污水有很好的净化效果，可广泛用于医院污水及生活污 水的消毒处理。臭氧消毒无二次污染，但由于没有持续消毒效果，选择臭氧与其 它消毒方法组合效果更佳，与氯消毒剂联用可大i 晤减少氯的使用量。由于氯消毒 会产生具有致癌性的t h m s ( 三卤甲烷) ，臭氧消毒后补加少量氯消毒剂，可大 幅减少t h m s 的产生。 臭氧由臭氧发生器现场制造产生，与液氯、次氯酸钠相比，不需要运输和存 储等中间环节，同时也避免了氯化消毒法的二次污染及液氯因泄漏造成的中毒等 不安全隐患，因而在净化效果和生产管理上稳定可靠。 1 4 3 2 臭氧消毒机理 臭氧消毒可杀灭细菌繁殖体和芽孢、病毒、真菌等，杀菌彻底，且反应快、 第一章绪论 投量少。研究认为，臭氧在水中有两种消毒方式：一种是臭氧直接作用于细胞壁， 将细菌胞体破坏致其死亡，或臭氧与细菌、病毒直接发生作用，破坏其细胞器和 核酸等组分，分解d n a 、r n a 、脂类、蛋白质和多糖等大分子聚合物等组分， 破坏细菌的物质代谢和繁殖过程；另一种是臭氧在水中分解释放出的自由基态氧 具有强氧化作用，它可以穿透细胞壁进入细胞体，氧化分解胞体内部的葡萄糖氧 化酶；臭氧还可以渗透细胞膜组织，侵入细胞膜内，作用于外膜脂蛋白和内部的 脂多糖，促进细胞的溶解死亡，并且将死亡菌体内的d n a 或r n a 、寄生菌种、 噬菌体、支原体等溶解变性灭活【4 6 i 。利用臭氧极强的氧化性杀灭污水中的细菌、 病毒、芽孢、虫卵等微生物，从而达到杀菌消毒的目的，使得经处理后的医院污 水达到排放要求，对水环境不再构成威胁。 1 4 3 3 臭氧消毒的影响因素 作为一种广谱、高效、快速的杀菌剂，较短的接触时间就足以保证臭氧对 m b r 出水的消毒效果。研究表明，臭氧消毒在5m i n 时对大肠菌群的去除率就 能达到1 0 0 0 0 47 1 。 臭氧消毒效果好，但必须溶解到水中才能起到杀菌作用，因此污水性质、温 度、p h 、臭氧投加量、污水与臭氧的接触时间等直接影响臭氧在水中的溶解度， 从而也对臭氧的杀菌效果产生一定影响。 臭氧微溶于水，且不稳定，臭氧在水中的分解速度随水温和p h 值的升高而 加快。据张征【4 8 】研究，水温为1 0 4 0 时，臭氧对大肠菌群的杀灭率随温度的 升高而略有下降；p h 值为6 5 和7 0 时，对大肠菌群的杀灭率为1 0 0 ，p h = 8 5 时，杀灭率为9 9 9 9 ，p h 在6 5 - 8 5 、水温o 3 7 的范围内臭氧消毒性能受影 响很小【49 | 。 臭氧消毒受污水水质的影响较大，在含有杂质的水体中会迅速分解为氧气， 水中少量的有机物也会增大臭氧消耗量，增加消毒成本，并且降低消毒效果。污 水中的悬浮固体将细菌包藏其中，使其免遭消毒剂的作用，预处理可以去除水中 的悬浮固体和胶体类大分子物质，并且在一定程度上可去除部分致病微生物，所 以对臭氧消毒设置预处理非常必要。 臭氧通气量较大时，气泡也较大，气相臭氧利用率低，因此，适当的通气量 是消毒效果的影响因素之一。 1 4 3 4 臭氧消毒的发展 臭氧技术的发展已有1 0 0 多年的历史，在水处理方面也得到了广泛的研究和 应用。早在1 7 8 5 年，德国人v a nm a r u m 在使用电机时，利用空气通过高压放电 第一章绪论 ( e l e c t r i c a ls p a r k s ) 设备，发现在电机放电时产生一种异味，c r u i c k s h a n k 于1 8 0 1 年以纯氧进行水的电解，于阳极上也获得了相同味道的气体【4 5 】。1 8 4 0 年，德国 的s c h o r b i n 确定该气体为臭氧，并由此臭氧开始作为氧化剂使用。1 8 9 3 年，荷兰 建立了世界上第一座以臭氧为消毒剂处理饮用水的装置，1 9 0 5 年法国n i c e 市建立 了第二套饮用水的臭氧消毒处理设备，由此开始该技术在饮用水消毒方面得到了 广泛应用。美国自2 0 世纪7 0 年代末就开始研究将臭氧应用于冷却水处理方向，至 今已成功用于1 3 0 多座冷却塔，最大的循环水量为1 0 0 0m 3 h ，且运行状况良好 5 0 。 1 9 7 4 年11 月，u s e p a 发现氯化消毒出水中存在具有致癌作用的三卤甲烷类 ( t h m s ) 物质，且低浓度余氯就能对水生生命构成危害，u s e p a 的这一发现促 进了臭氧应用的推广过程，饮用水的臭氧处理技术受到重视和深入研究。研究表 明臭氧不仅具有很强的消毒杀菌作用，还可以氧化去除水中的难以生物降解的微 污染物质，如腐殖酸、农药、氯化有机物等，而且氧化较为彻底，副产物较少。 当前，臭氧消毒已取得长足的发展，在饮用水和污水处理等方面都得到了广泛的 应用。 虽然臭氧杀菌能力较强，管理方便，无二次污染，但是一次性投资较大，所 以在很大程度上限制了它的大规模推广应用。 随着科学技术的发展，与臭氧发生器相关的电源、介电体材料、气源制备、 控制与检测等方面都已得到改善，这将有效降低能耗，提高臭氧产量，并且促进 了臭氧在水处理方面的推广应用。 几种消毒剂的比较如表1 2 所利5 1 】。 表1 2 几种消毒剂的比较 物理法和化学法在污水消毒上都有其各自的优缺点，单独一种药剂可能达不 第一章绪论 到理想的处理效果，一般采用两种或多种消毒剂联用的方法【5 2 j 。目前，医院污 水消毒工艺将向联合消毒方向发展：除紫外线和氯消毒剂的结合使用，也在进一 步开发其他多种消毒剂联合使用的工艺，这样能产生协同效应，增强消毒效果。 如二氧化氯与氯气联合使用、臭氧与氯胺【5 3 , 5 4 】等。虽然传统氯消毒简便经济，但 随着人们对氯消毒副产物的逐渐认识，臭氧、二氧化氯和紫外线技术逐步取代传 统的氯化消毒是必然的趋势1 5 2 | 。 1 5 试验目的和内容 1 5 1 试验背景和意义 医院污水中含有大量的细菌、病毒等微生物，具有空间污染、急性传播和潜 伏性传染的危险，长期以来，医院污水处理一直是我国水污染防治工作的薄弱环 节，处理水平整体较低。如果不妥善处理就排入天然水体或市政管网，将会对人 类生存环境造成严重污染，直接危害人民群众的健康。目前我国的医院污水大多 经一级处理或者简单的生物氧化处理后加氯消毒排放，有的甚至不作任何处理就 直接消毒排放。这种水处理方式虽然结构