公共厕所水循环处理技术研究

摘要:TLET生化反应器综合运用生化技术和膜处理技术，可以很好的去除粪便污水中较高的BOD、NH3-N和色度，从而使冲厕用水循环使用。在系统运行过程中，合理的优化组合溶解氧浓度、碱度等参数能提高处理效率。试点公厕稳定运行期间节水率约74%。

关键词:粪便污水 TLET型生化反应器 BOD NH3-N 去除

1、 前言

宁波是河网密布、水系发达的城市。然而，近年来水资源短缺等瓶颈却让宁波感受到了“成长的烦恼”。据统计，宁波年平均降水量为1520.9毫米，折合水资源总量为75.31亿立方米。我市人均水资源量仅为1260立方米，是全省人均的59%，全国人均的55%。目前市区有390多座公厕，每年的冲洗用水量约60万多吨。在建设资源节约型、环境友好型社会的背景下，公厕节水技术研究就显得十分必要。

2009年开始，我们开展了公厕水循环处理技术研究，利用膜生物反应器技术为核心的TLET型生化反应器，通过生化技术和膜技术处理粪便污水，不仅从源头治理粪便污水，同时大幅度节约水资源。

2、 处理工艺和装置

试点公厕位于公园内，平均每天使用人次为500～600人次，平均每月用水量172吨，粪便污水经化粪池初步处理后排入城市污水管网。试点公厕存在琴桥水量大、水压不足出水污染物浓度高三个主要问题。

根据人们传统的使用习惯，我们采用TLET生化反应器，通过生化技术和膜技术处理粪便污水，以达到冲厕用水循环使用。

2.1 工艺方案

粪便污水通过排水管道进入厌氧生化反应器或利用原有三格化粪池，去除其中的大量悬浮物和COD后进入TLET型生化反应器。污水在TLET型生化反应器中经过兼氧、好氧生化反应、膜过滤、消毒后达到冲厕用水标准，用于冲厕，满足循环用水的要求。因本项目是在原有公厕内实施，为节省成本，就利用原有三格化粪池代替专用厌氧生化反应器。工艺流程图如下：

2.2 处理系统主要装置

2.2.1三格化粪池。化粪池是一种小型而简便的污水处理设备，池呈矩形或圆形，污水通过化粪池，流速减低，水中悬浮物逐渐沉入池内成为污泥。池中厌氧细菌在无氧条件下能降解有机物质，将污泥分解为沼气、二氧化碳及硫化氢等气体和沉泥。气泡上升水面时，将部分污泥带至水面，逐渐集积变干，形成很厚的污泥层。污水经处理后，排入城市污水管网。但化粪池的出水水质仍很差，且有极重的臭味。

2.2.2 TLET生化反应器

TLET生化反应器是采用优势菌种的高效的短流程生物处理工艺，将兼氧、接触过滤、好氧、膜过滤和消毒高效组装，实现了对粪便的分解、脱臭、净化、脱色、杀菌消毒一体化处理，具有广泛的实用性、可靠性和经济性。TLET生化反应器在调试阶段一次性投加专有菌种后即可形成稳定的菌群，该菌群处理效率高，适应能力强。

该设备由第一好氧格、兼氧格、第二好氧格和设备格依序相连通组成，设备格位于第一好氧格、兼氧格、第二好氧格的侧面，其内设置风机、回流泵、清水泵和电控柜；膜组件位于第二好氧格中。

MBR膜生物反应器技术是TLET生化反应器中采用的核心技术。MBR工艺是膜分离技术与生物技术有机结合的新型废水处理技术。它利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物截留住，省掉二沉池。因此，活性污泥浓度可以大大提高，水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）可以分别控制，而难降解的物质在反应器中不断反应和降解。因此，膜-生物反应器工艺通过膜的分离技术大大强化了生物反应器的功能。本次采用浸入式中空纤维膜组件。 纤维内/外直径为0.6mm/1.0mm ， 膜孔径0.2μm，膜面积20m2 ，工作压力0.01～0.05Mpa，设计参考通量200-240。

本项目将膜生物反应器结构优化设计，膜框独立，膜片立式安装，并在膜丝间穿孔曝气，延长膜片使用时间，避免频繁冲洗。为了达到更好的效果，第一好氧格、兼氧格和第二好氧格制有相连通的具有错流结构的连通孔。

2.3水质

2.3.1 进水水质

处理污水取自化粪池第三格的上清液，水质指标如表1所示。

2.3.2 出水水质要求

出水水质要符合《城市污水再生利用城市杂用水水质(GB/T18920-2002)》的要求。具体见表2。

2.4 主要工艺指标

气：水：35：1～45：1；污泥浓度（SVI）：15％～25％；

排泥周期：5～7天；厌氧生化反应器停留时间：24小时；

膜生物反应器停留时间：12小时。

3、 结果与讨论

3.1 污染物的去除

粪便污水是含有机物浓度较高，可生化性较强且NH3-N和色度均较高的一种污水。对TLET型生化反应器系统处理粪便污水的处理效果和出水水质等进行监测，具体监测结果如表3示：

表3 TLET型生化反应器系统对污染物的降解效果

实验和试运行均显示TLET型生化反应器系统对降解粪便污水中污染物有较高的效率，其出水完全满足回用冲厕的要求，基本无异味及其他感观的不。

3.2 运行参数及影响因素分析

3.2.1 牡蛎壳投加量对污水中污染物去除的影响

利用烧杯实验进行碱度和pH值对NH3-N脱除影响的相关实验室小试研究，结果如表4示：

从表4中可以看出，反应池中NH3-N的变化和碱度变化趋势相同，反应起始阶段碱度较高，NH3-N浓度下降较快同时随NH3-N浓度的下降碱度也随之减小。随着时间的延长，混合反应液中碱度下降到一定时期NH3-N的降解几乎停止。根据研究资料可知，硝化菌在pH7～8时活性最强，但当pH低于5.5时硝化反应几乎停止，这与实际的小试结果一致。

因此，在系统运行的过程中，随着水中污染物质的降解要及时补充混合液碱度，本系统中控制保持碱度是通过投加牡蛎壳实现的。

牡蛎壳粗糙的表面及其含有的大量碳酸钙，可作为生物膜的载体及硝化反应的碱度来源。牡蛎壳的污水净化能力非常高，据报道，它的除污力BOD可超过90％，COD可达到90％，SS超过95％，经过处理后的排放水中没有大肠杆菌类，使用牡蛎壳可制造出BOD少于5mg/L的再循环水。牡蛎壳表面积大，微生物的附着率很高；牡蛎壳形状复杂原虫和微生物很容易繁殖，微生物几乎不会被水流冲走；与传统的塑料接触介质相比，牡蛎壳具有更高的微生物亲和力；当随着氧化的进行，pH值下降时，过滤材料会溶解以调节pH水平。

研究试验中牡蛎壳投加量对出水pH值的影响及其消化效率，出水pH值随牡蛎壳填加高度变化如图3示：

TLET生化反应器设置以后，在处理过程中，随着好氧微生物对污水中有机物的降解发生酸化反应，使得出水pH下降呈微酸性，在酸性环境下好氧微生物对有机物的降解受到抑制，此时牡蛎壳中的碳酸钙成分逐渐被溶解使pH回升，同时溶解释放的钙离子能与磷酸根离子结合形成沉淀物达到除磷的目的。

为保证出水水质及其pH，一般填加牡蛎壳的相对高度为0.5左右，即反应室内牡蛎壳填加量为50％。随着反应的不断运行，牡蛎壳逐渐消耗，计算其消耗速率确定牡蛎壳的补充周期为3～5年一次。

3.2.2 溶解氧对污水中污染物去除的影响

在系统运行试验中分三阶段调节曝气量，前五天控制溶解氧在5.～6.0 mg/L范围内，6～10天控制溶解氧浓度稳定在4.0 mg/L左右，11～15天控制溶解氧浓度在1.0～2.0 mg/L范围内，分别监测每阶段BOD5和NH3-N的浓度变化，得到溶解氧对污水中BOD5和NH3-N的影响如表5示：

由表5可见，当溶解氧浓度在1～2mg/L时，系统对污水中NH3-N的去除有较高的效率，同时也能得到理想的有机物去除率。

3.3 节水效果

通过一年多的调试、改进、再调试，TLET生化反应器运行基本稳定，节水效果明显。稳定运行时月均用水量45吨，较试点之前的月均172吨，节水率约74%。同时，由于提供了足够的水压，满足公厕的正常使用。

4、结论

TLET生化反应器系统是一种结合了传统好、厌氧处理和膜工艺的新型污水处理工艺。该工艺占地面积小、处理效率高、系统稳定运行影响小等优点。TLET生化反应器系统处理粪便污水，出水稳定、水质质量好，其对BOD5、NH3-N等均有很高的去除效率，能达到冲厕回用水标准，节水效果明显。

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