MBR工艺处理医院污水的运行监测[1].doc

MBR工艺处理医院污水的运行监测王秀丽1，顾 平1，陶亚静2，代玲玲2，朱 丹1（1.天津大学 环境科学与工程学院， 天津 300072；2.天津市兴源环境技术工程有限公司， 天津300384）摘 要： 采用浸没式膜生物反应器（MBR）处理医院污水，实际运行的监测结果表明，MBR工艺对COD、氨氮、微生物及浊度均具有较高的去除率。膜出水中COD和氨氮的平均浓度分别为17.3 mg/L和0.93 mg/L，其对应的平均去除率分别为85.1%和97.9%；菌落总数、大肠菌群和粪大肠菌群的平均对数去除率分别为2.2、3.7、4.5。膜出水经二氧化氯消毒后菌落总数的平均对数去除率为3.5，大肠菌群和粪大肠菌群未检出。正常运行期间，平均出水浊度为0.67 NTU。MBR工艺出水无色无味，主要水质指标均能满足医疗机构水污染物排放标准(GB 18466-2005)的要求。该工艺操作简单，运行稳定良好，占地面积小，排泥少，并且对微生物去除率高，适用于医院类污水的处理。关键词： 医院污水；MBR工艺；处理效果；运行费用中图分类号：X703.1文献标识码：C 文章编号：Monitoring of Membrane Bioreactor for Hospital Wastewater TreatmentWANG Xiu-li1, GU Ping1, TAO Ya-jing2, DAI Ling-ling2, ZHU Dan1(1. School of Environmental Science and Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China;2. Tianjin Spring Environmental Technology and Engineering Co. Ltd, Tianjin 300384, China)Abstract: The monitoring of the practical operation was done for a hospital wastewater treatment by the membrane bioreactor process (MBR), the results showed that the removal rates of COD, ammonia nitrogen, microorganisms and turbidity were high. The average effluent concentrations of COD and ammonia nitrogen were 17.3 mg/L and 0.93 mg/L, corresponding removal rates were 85.1% and 97.9% respectively; the average logarithmic removal rates of the total bacteria count, coliform and fecal coliform were 2.2, 3.7 and 4.5, respectively. After disinfected by chlorine dioxide, the average logarithmic removal rate of the total bacteria count reached 3.5, coliform and fecal coliform were not detected in the effluent. During normal operation, the average effluent turbidity was 0.67 NTU. The effluent of MBR was colorless and odourless and the main indexes could meet the requirements of Discharge Standard of Water Pollutants for Medical Organization (GB 18466-2005) satisfactorily. The operation of MBR was simple and stable, the occupation area was small, the volume of sludge discharged daily was little, and the removal rates of the microorganisms were high. Therefore, MBR is suitable for hospital wastewater treatment. Key words: hospital wastewater; MBR; treatment effect; operation cost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13。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4。膜生物反应器工艺（MBR）在医院污水处理领域有其独特的优势，如处理过程可以密闭、处理效率高、出水水质及后续消毒效果好等5,6，因而具有很大的潜力，是替代传统污水处理工艺的有力竞争者之一7。本文的研究对象为天津市某三级甲等医院的污水，其主要来自诊疗室、化验室、病房等场所。该医院MBR污水处理设施于2009年8月投产运行，自2010年6月开始，对此工艺进行了为期约一年的生产性跟踪监测，并对运行结果加以分析和研究。1 污水水质及处理工艺流程该医院污水处理系统的设计规模为700 m3/d，原污水水质参数见表1。出水水质执行医疗机构水污染物排放标准（GB 18466-2005）中规定的综合医疗机构和其他医疗机构水污染排放标准：COD60 mg/L，氨氮15 mg/L，粪大肠菌群500 MPN/L，pH为69。处理工艺流程如图1所示。 表1 医院污水水质Tab.1 Water quality of the hospital wastewater项目范围平均值水温/11.732.021.7COD/(mgL-1)70.2197.5115.8氨氮/(mgL-1)16.190.044.5菌落总数/(CFUmL-1)4.11031.11062.2105大肠菌群/(MPNL-1)2.11072.41095.7108粪大肠菌群/(MPNL-1)1.71072.41098.2108pH6.58.77.5图1 污水处理系统工艺流程Fig.1 Process schematic of wastewater treatment system1.1 格栅调节池前的进水口设有格栅，用于去除尺寸较大的悬浮物或漂浮物，以减轻后续构筑物的处理负荷并保护膜组件。1.2 调节池由于医院污水排放流量在一天内变化幅度大，因此设有调节池1座，其有效容积为270 m3，设计水力停留时间为9.25 h。调节池内设有液位计，用于控制MBR进水泵的启停。1.3 膜生物反应器调节池出水经进水泵提升到MBR。MBR共有2座，单池有效容积为102 m3，设计水力停留时间为7 h，膜材料为PVDF，公称孔径为0.22 m，设计膜通量为10.0 L/m2h。反应器内设有曝气管，由生化鼓风机进行曝气，保证MBR内活性污泥均匀悬浮于池中，同时为活性污泥降解有机物以及硝化过程等提供充足的溶解氧。为减轻MBR的膜污染，另设有膜冲洗风机，通过间歇曝气以清除膜表面的污染物，同时对膜组件定期清洗，保证MBR出水流量恒定。反应器内设有液位计，控制进出水泵的启停。膜出水管线上设有在线浊度计，当出水浊度超过设定值时，自控设备报警，通知工作人员检修。1.4 消毒池MBR出水经泵抽吸后进入消毒池。采用ClO2消毒剂，ClO2是一种很强的氧化剂，其氧化能力约为氯的2.5倍，在医院污水处理中杀灭微生物的效果十分显著8。ClO2为现场制备，经管道混合器混合均匀后进入消毒池。消毒池水力停留时间为2.5 h，较长的接触时间有效的保证了消毒效果。1.5 污泥池MBR的设计固体停留时间为30 d。由于膜组件的高效截留作用，医院污水中大部分微生物被截留在MBR中，最终通过排泥进入污泥池，其可能对人类健康和环境构成潜在威胁，所以必须对污泥进行消毒。本工程将现场制备的ClO2与自来水混合后投入污泥池中进行消毒，污泥停留时间不少于7 h，消毒后污泥外运处置。2 运行效果2.1 水质分析方法水质监测分析为每周一次，水质指标、检测分析方法及仪器详见表2，所有分析遵循国家环境保护总局颁布的标准方法9。表2 水质指标分析方法及仪器Tab.2 Water quality index analysis methods and instruments指标分析方法仪器COD重铬酸钾法氨氮纳氏试剂分光光度法TU-1810型紫外可见分光光度计菌落总数平板计数法平板计数仪、灭菌锅、培养箱、超净工作台大肠菌群数多管发酵法粪大肠菌群数多管发酵法浊度直接读取法HACH2100P便携式浊度仪pH酸度计测定法赛多利斯PHS-3C离子酸度计2.2 运行结果及讨论2.2.1 COD的去除效果MBR对医院污水中COD的去除效果如图2所示。图2 MBR系统对COD的去除效果Fig.2 The COD removal of MBR system由图2可知，进水COD浓度波动较大，在70.2197.5 mg/L之间，平均值为115.8 mg/L；上清液COD浓度随进水COD的浓度而变化，平均值为57.0 mg/L；出水COD浓度稳定在26.8 mg/L以下，平均值为17.3 mg/L。MBR工艺对COD的总去除率平均为85.1%，且抗冲击负荷的能力较强。在分析进、出水中COD的同时，分析了混合液上清液的COD，其测定是混合液静置后取样分析。COD的主要去除机制分为两种：一种是通过活性污泥的吸附和生物降解作用达到去除，表现为进水和上清液中COD的差值，其去除率为50.8%；另一种是通过微滤膜对悬浮活性污泥絮体的截留作用达到去除，表现为上清液和出水中COD的差值，其去除率为34.3%。活性污泥对COD的去除约是膜截留作用的1.5倍。混合液悬浮固体（MLSS）浓度在904162 mg/L之间波动，平均值为1475 mg/L，比常规MBR生物量低，较低的MLSS使得活性污泥对COD的去除效果下降，从而增加了微滤膜的截留负荷，易造成膜污染。赵英等人10报道过一个MBR处理生活污水的研究，他们试验中上清液与出水COD差值为32.8 mg/L，运行78 d后，膜压差约为50.0 kPa，MBR系统出水情况稳定，膜污染较轻。本MBR工艺设计膜通量与上述研究中的通量一致，且上清液与出水COD差值仅略高于赵英的报道，因此可推测本研究中MBR运行基本稳定。 2.2.2 氨氮的去除效果 由于膜组件及滤饼层对微生物的截留作用，使得世代期较长的硝化细菌得以在反应器内富集，这有效保证了氨氮的较高去除率。从图3可见，进水氨氮浓度在16.1 90.0 mg/L之间波动，且变化幅度较大，其平均值为44.5 mg/L，而出水氨氮浓度则较稳定，平均值为0.93 mg/L，平均去除率高达97.9%，可见MBR系统耐冲击负荷能力强，对污水中氨氮的去除效果好，并且具有较高的稳定性和可靠性，显著提高了出水水质。图3 MBR系统对氨氮去除效果Fig.3 The NH3-N removal of MBR system2.2.3 微生物的去除效果为了方便描述MBR工艺对微生物的去除效果，对进水与出水中微生物指标的比值取对数，将其定义为微生物的对数去除率。由表3可知，MBR进水中菌落总数变化幅度较大，在4.11031.1106 CFU/mL之间波动，出水菌落总数在791.2104 CFU/mL之间。本研究中细菌对数去除率保持在1.13.6之间，其平均值为2.2，去除效果良好；大部分大肠杆菌和粪大肠杆菌则被MBR截留在反应器中，平均对数去除率分别为3.7、4.5。膜组件的高精度过滤及膜面滤饼层的共同作用可实现对微生物的高效截留，保证了MBR对微生物的去除效果，大大减少后续消毒剂的投加量，降低消毒处理的费用和生成的消毒副产物的浓度。然而由于膜孔径分布不均，膜纤维老化或出水管道破损，不能保证膜组件对微生物的完全截留，所以必须对膜出水进行消毒处理，使其排放后不会造成健康危害。该MBR系统的出水经消毒后，菌落总数的平均对数去除率达到3.5，而大肠杆菌和粪大肠杆菌则被全部灭活。表3 MBR工艺对微生物的去除Tab.3 The microorganisms removal of MBR system项目进水膜出水消毒出水范围均值范围均值范围均值菌落总数/(CFUmL-1)4.11031.11062.2105791.21041.11030980120总大肠菌群数/(MPNL-1)2.11072.41095.71081.71032.41058.910400粪大肠菌群数/(MPNL-1)1.71072.41098.21082002.41057.5103002.2.4 浊度的去除效果物理拦截和筛分作用是MBR去除浊度的主要机理，反应器在对污泥混合液过滤的过程中，通过膜组件及其表面滤饼层的共同作用实现对污水中的悬浮固体（包括形成的生物絮体）和胶体的有效截留，达到对浊度的去除。由图4可见，75%膜出水的浊度值1.0 NTU，13%膜出水的浊度值在1.02.0 NTU之间，9%膜出水的浊度值在2.05.0 NTU之间，较低的出水浊度可以使剩余的细菌、病毒等失去保护屏障，提高消毒效果及对消毒剂的利用效率，从而降低消毒剂的投加量。3%膜出水的浊度值在5.010.0 NTU之间，其原因是联接管道故障，或MBR膜出现破损，导致膜截留效果较差，出水浊度值变大。我国综合医院污水排放标准对出水浊度值没有要求，该MBR系统75%的出水浊度值在1.0 NTU以下。正常运行期间，平均出水浊度为0.67 NTU，出水水质良好。图4 MBR系统出水浊度分布Fig.4 The turbidity distribution of MBR effluent2.3 经济分析该MBR系统运行功率约为25 kW，日运行电耗约为600 kWh，电费按0.5元 /kWh计，动力费为0.43 元/m3污水；消毒剂费为0.08 元/m3污水；MBR膜的寿命预期为4年，膜折旧成本为0.21 元/m3污水；设备折旧费为0.20 元/m3；本工程自动化程度很高，不需专人值守，只需兼职人员定期巡检，人工费估计为0.05 元/m3污水。总计医院污水MBR工艺运行成本为0.97 元/m3。3 结论 MBR工艺可实现对医院污水的有效处理，出水水质能够达到医疗机构水污染物排放标准（GB 18466-2005）的要求。系统进水氨氮浓度在16.1 90.0 mg/L之间，出水平均浓度为0.93 mg/L；进水COD浓度在70.2197.5 mg/L之间，出水COD稳定在26.8 mg/L以下。MBR工艺对COD的去除，机制之一是通过活性污泥的吸附和生物降解作用，其去除率为50.8%；机制之二是通过微滤膜及膜面滤饼层的截留和吸附作用，其去除率为34.3%。该MBR中MLSS平均值为1475 mg/L，浓度需要提高，以减少膜的截留负荷，延长膜寿命。 MBR系统进水的菌落总数变化幅度较大，在4.11031.1106 CFU/mL之间，膜出水的菌落总数在791.2104 CFU/mL之间。经ClO2消毒后，细菌的平均去除率达到3.5，而大肠杆菌和粪大肠杆菌则被全部灭活。该系统正常运行期间，平均出水浊度为0.67 NTU，有效降低了消毒剂的投加量。 经济分析表明，该MBR处理费用约为0.97 元/m3。MBR中膜组件的选择以及正常的运行维护对提高MBR的出水水质具有非常重要的意义，在实际工程中应该选择高强度、高通量、抗污染的膜组件，并且做好膜系统的运行维护工作，才能保证稳定良好的出水水质。参考文献：1 常丽春, 王凯军. 我国医院污水处理现状分析及发展趋势探讨J. 城市管理与科技, 2004, 6(3): 108-110.2 刘道根, 黄种买, 郭琰. 医院污水处理技术现状及发展趋势J. 工业水处理, 2003, 24(10): 1-4.3 周玉芬, 于淼, 杨勇, 等. 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