贾 倩 ，朱梦洁 ，胡亚伟 ，王军涛 ，宋常吉 ，靳晓辉
（1.黄河水利委员会黄河水利科学研究院，河南 郑州 450003；2.河南黄河河务局，河南 郑州 450003）
1 黄委机关用水量现状
统计分析2016 年至2018 年黄委机关用水总量分别为：39576m3、36555m3、45482m3，三年年均用水量约为40537m3，按郑州市现行水价5.95 元/m3计，年均水费24万元左右。用水范围主要包括：办公区域洗漱冲厕用水、绿化用水、食堂用水、纯净水等（具体用水量详见表1）。据统计，黄委机关大楼办公人数共计1682 人（包括在编人员、借调人员、保安、保洁人员和来访人员），人均用水量为66.0L/日·人。
在其用水量对比分析中可知，黄委机关办公用水和绿化用水占年均用水总量比例较大，分别占比33.0%和32.8%，其次是食堂用水，其占比23.8%，纯净水和空调补水占年均用水总量比例较小，分别为7.2%和3.2%。
目前黄委机关人均用水量为66.0L/日·人，人均用水量未达到节水技术指标54.0L/日·人的要求，且无雨水、灰水、尾水、冷凝水积蓄回用设施，应通过建设非常规水源利用设施通过实施节水改造和制度建设，达到水利行业节水机关建设标准，发挥示范标杆作用（见图1）。
表1 2016 年－2018 年度平均用水量初步测算表 单位：m3
图1 2016 年－2018 年度各用水量占比图
2 地埋式一体化MBR 膜污水处理装置建设方案及运行原理
2.1 建设方案
地埋式一体化MBR 膜污水处理装置具有经济简便、全自动控制、运行安全可靠、处理效率高、占地面积小、管理方便等一系列优势[1-2]，可以有效地缓解管网建设压力，适合节水机关建设分散式污水处理的要求，MBR 工艺技术成熟，发展稳定，无论在工程投资还是运行成本上均存在较大优势[3-4]。
黄委机关大楼非常规水利用主要包括防汛大楼屋面雨水、纯净水尾水、中央空调冷凝水、灰水的收集，利用雨落管（雨水井）、污水管道、废弃暖气管道、新建收集管道、调蓄井（沉淀井）等，最后汇水至院内废弃地防空洞调蓄，经过滤、沉淀等水质净化处理后，主要用于黄委大院内草木植物的自动化灌溉，实现黄委机关大院雨污分流。
本工程处理的污水性质为综合性污水，主要收集黄委防汛大楼内洗漱废水、保洁废水等灰水。根据2016-2018 年项目区域人均用水量、节水改造后的预估节水率、防汛大楼内办公人员数量（956 人），乘以适当的比例系数（根据参考资料，洗漱用水量：冲厕用水量为1：4）和回收系数（按0.8 系数计算），计算可知，防汛大楼可收集灰水量为880m3/a。收集后的灰水接入本楼层冷凝管道。
综上，通过本项目实施，预计收集回用非常规水量约3890.90m3/a（包括雨水 1250.90m3/a，尾水 1460m3/a、冷凝水300m3/a、灰水880m3/a）。本次水质处理按照15m3/天设计。根据水中污染物的成分，拟采用AA/O+MBR 膜+消毒处理的主体工艺。整体设备采用黄科院引黄灌溉中心的专利产品：埋式一体化污水处理装置（专利产品，专利号：201620163936.0）。
处理后的废水达到该废水处理后执行国家环境保护总局发布的污水处理后达到GB18918-2002 一级A 排放标准，用于浇花浇树喷洒路面等等。
表2 一体化MBR 膜污水处理装置进出水水质标准
2.2 处理工艺及运行原理
黄委大楼灰水和空调冷凝水通过收集管道排放至黄委大院东南角的污水收集池，首先在污水收集池进行过滤，沉淀和拦截，去除体积较大的悬浮物、漂浮物等；然后污水经过自流进入调节池，进行水量和水质的均匀分配；调节池中的水由泵送入一体化设备生化系统的厌氧池，此单元污水停留3h 左右，通过兼氧性微生物的酸化水解和硝化反应将污水中的难溶解有机物转化为可溶解性有机物，将大分子物质分解为小分子物质，同时利用部分有机物合成维持厌氧菌生长繁殖所需的营养物质。厌氧后污水自流进入接触好氧池停留6h 左右，进行好氧生物反应彻底分解去除大部分有机物，降解污水中的氨氮，同时降低污水中的COD 值；附着在填料上的微生物利用有机物分解产生的无机碳源或空气中的二氧化碳作为营养源，将污水中的氨氮转化为NO2-N、NO3-N，好氧池后端的MBR 系统由浮球开关控制此系统的启闭，水经该系统由自吸泵抽出，进入消毒池进行消毒处理，使水得到深度净化，以达到要求的水质标准。
MBR 膜工艺说明：
需处理水由泵定量进入设备主体当中，进水时进行适当缓冲。当水位达到一定程度时，自吸泵启动。MBR膜由高性能沉浸式PVDF 材质膜元件，由于PVDF 材质膜0.3 微米的孔径能够阻止好氧细菌通过，所以可将曝气池中的好氧菌全部隔离滞留在曝气池中，从而实现了污泥与污水的分离，各种悬浮颗粒、细菌、藻类、COD 及有机物均得到有效的去除，自吸泵启动的同时，风机同时启动。风机进入膜丝底部的生气管，当空气向上排出时，吹动膜丝摇摆，膜丝之间互相摩擦，可以将附着在膜丝上的大的悬浮物碰撞掉，防止进行时间过长之后，堵塞膜丝，起到一个气擦洗的作用以保证膜孔畅通。
图2 处理工艺及原理图
一体化MBR 膜设备设计处理量16m3/天，设备规格大小为3.5m*2m*2.5m。设备上面留有4 个检修口，主要为用于风机水泵等设备的维护检修工作，其中3 个检修口为直径为50cm 的圆形，风机检修口为边长为80cm 的正方形，设备电控设备已内置于一体化设备中，不再单独留有电控间，设备安装间即设备的基础土建，根据现场测量情况，满足设备安装要求。进水口位于设备高1.85m 的处，进水管采用PVC 管，管子直径为25mm，出水口位于设备高1.80m 处，出水管采用PVC 管，管子直径为50mm。
图3 水质净化设施工艺流程
3 地埋式一体化MBR 膜污水处理装置处理效果分析
污水在设备中停留时间不同，其出水效果也不同，不同污水停留时间情况下MBR 膜一体化设备的进出水效果及去除率如表3 所示，设备污水停留时间为6h 时，MBR 膜一体化设备对SS（固体悬浮物）、BOD5（5 日生物需氧量）、COD（化学需氧量）、TN（总氮）、氨氮和总磷的去除率分别为64.17%、61.62%、54.11%、9.68%、20.41%和26.53%；污水停留时间为8h 时，MBR 膜一体化设备对SS（固体悬浮物）、BOD5（5 日生物需氧量）、COD（化学需氧量）、TN（总氮）、氨氮和总磷的去除率分别为75.49%、72.23%、67.53%、14.84%、34.69%和 63.27%；污水停留时间为10h 时，MBR 膜一体化设备对SS（固体悬浮物）、BOD5（5 日生物需氧量）、COD（化学需氧量）、TN（总氮）、氨氮和总磷的去除率分别为88.24%、81.82%、78.79%、21.94%、54.08%和83.67%。随着污水在设备中停留时间的延长，对污染物的去除效果越明显，水力停留时间为10h 时，对污染物的去除效果最好，各污染物的去除率均最高。
表3 不同停留时间下污染物平均进出水情况和处理效果
设备设置污水停留时间为10h，设备运行后分别于2019 年 10 月、2019 年 12 月和 2020 年 4 月取进水水样和出水水样进行监测，监测指标为SS（固体悬浮物）、BOD（55 日生物需氧量）、COD（化学需氧量）、TN（总氮）、氨氮和总磷。分析结果得知地埋式一体化MBR 膜污水处理装置对上述六项指标有良好处理效果。2019 年4 月、2019 年12 月和2020 年4 月设备对SS 的去除率分别为90.2%、89.9%和90.8%；对BOD5的去除率分别为89.1%、88.8%和 89.4%；对COD 的去除率分别为77.7%、76.1%和76.1%；对TN 的去除率分别为22.8%、28.2%和37.0%；对氨氮的去除率分别为50.0%、54.2%和50.0%；对总磷的去除率分别为86.8%、88.7%和90.4%，经装置处理后出水水样可达到一级A 标准。
图4 污水处理效果分析图
2019 年9 月，黄委节水机关建设进入试运行阶段，当月总用水量为2488.6 吨，较2018 年同期总用水量（4135吨）降低39.82%；当月人均用水量39.94L/人·d（含黄委食堂及河南局食堂用水），低于节水机关建设标准中的人均用水量指标43.2L/人·d（河南省公共管理和社会组织用水定额为60L/人·d，不含食堂用水。按照最严格的用水定额调节系数（0.8）和验收标准系数（0.9）计算人均用水量指标，0.9×0.8×用水定额 60L/人·d=43.2L/人·d）。试运行期节水效果显着。
4 结论
本工程实施后，排入环境的污染物显着减少。另外，能有效提高机关大院内部及周围的卫生水平，不仅保护员工的身体健康，而且满足了院内灌溉用水的需要。
生活污水治理是实施节水机关建设、人居环境改善的重点任务，各地应因地制宜地选择合理的治理技术，地埋式一体化MBR 膜污水处理装置在黄委节水机关建设中对污染物处理效果好，集成化程度较高，全程自动化控制，占地面积较小，将会在后续节水机关建设非常规水收集再利用模块中起到重要作用。
