接觸氧化和MBR是兩種常用的中水處理工藝,基本上國內近年出版的所有專門論述污水回用技術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這兩個工藝名稱。《建筑中水設計規范》(GB50336-2002)總結了幾種實踐中應用的處理流程,分別提到了這兩種工藝。那二者到底孰優孰劣,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器。

1　哪個是新工藝

首先看看兩種工藝在國內的發展歷史。國內對生物接觸氧化的研究可以追溯到1975年7月,當時的北京市環境保護科學研究所(現名北京市環境保護科學研究院)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鑒定。鑒定會的規格很高,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、中科院生態所等國內知名的高校和科研機構都有相關的試驗研究。2000年前后,國內有了MBR應用于實際工程的先例,大連和天津分別啟用了MBR的中水處理設施。2004年以后,MBR在中水中應用的案例如同雨后春筍一般迅速出現。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,國內隨便兩個污水處理的研究人員碰到一起,都會發現對方也是研究膜的。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系比較大。負荷高,去除率低;負荷低,去除率高。一般來說,設計良好的情況下,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系很大,國內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器里。分離膜狀態正常的情況下,SS應該是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40%~90%的去除率。工程設計中,硝化負荷可采用0.2~0.4kg/(m3•d),硝化效率為75%~85%。實現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。所以實際應用中都采用兩級或者更多級的接觸氧化串聯,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,可以用作反硝化反應器。雖然不叫接觸氧化了,但結構上差不多。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反應器中,磷的去除與P/BOD的比值有關,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。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的大體情況。總的來說,接觸氧化能夠滿足一些對水質要求不太高的工程,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,適用于一些水質要求高的場合。

3　應用的方便程度

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-調節池-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-調節池-膜池-消毒-出水

3.1.2要求脫氮