高術(shù)波

(北京禹冰水利勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司，北京 100161)

1 研究背景

目前，我國偏遠(yuǎn)山區(qū)或人口相對較為分散的農(nóng)村地區(qū)，管網(wǎng)鋪設(shè)難度大，生活污水無法集中收集，使當(dāng)?shù)厮Y源和水環(huán)境受到污染，給農(nóng)村人民健康帶來極大威脅[1]。分散式污水處理工藝仍然處于起步階段，多種工藝存在一定的局限性。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)、社會和人口的快速發(fā)展，農(nóng)村地區(qū)水環(huán)境受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，農(nóng)村生活污水處理情況不容樂觀，現(xiàn)針對國內(nèi)農(nóng)村污水情況，采用A2O及MBR工藝進(jìn)行分析，對農(nóng)村污水污染物實現(xiàn)高效去除，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)具有重要意義。

A2O工藝是將厭氧及好氧除磷和缺氧及好氧脫氮系統(tǒng)相結(jié)合而成，是生物脫氮除磷的基礎(chǔ)工藝，可同時去除水中的BOD、氮和磷等污染物；MBR工藝是將生物處理技術(shù)與膜分離技術(shù)相結(jié)合的一種新技術(shù)，它既可利用膜原件進(jìn)行高效的固液分離，又可在生物池內(nèi)維持高濃度的微生物量，極其有效地去除氨氮和濁度。

A2O+MBR工藝針對我國農(nóng)村污水特點，以去除有機(jī)物和脫氮除磷為目的[2]，在A2O傳統(tǒng)脫氮除磷原理上，將A2O和MBR工藝相融合，并在此基礎(chǔ)上增加紫外消毒處理單元。作為一種結(jié)合活性污泥法與膜過濾技術(shù)的污水處理工藝，其高效靈活、占地少、處理效果好的優(yōu)勢彌補了諸多分散式污水處理工藝的不足。但MBR膜污染與高能耗問題成為限制市場普及的主要原因?，F(xiàn)對A2O+MBR工藝從工藝流程、運營工況、建設(shè)投資及運營成本等方面進(jìn)行分析，意在闡述此工藝能夠滿足我國農(nóng)村污水治理出水高標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2 進(jìn)、出水水質(zhì)分析

由于缺乏村莊生活污水監(jiān)測資料，通過對現(xiàn)場水樣的檢測和分析，結(jié)合市政水廠水質(zhì)分析數(shù)據(jù)，確定生活污水進(jìn)水水質(zhì)排放限值為：CODcr≤450mg/L，BOD5≤210mg/L，NH3-N≤40mg/L，TN≤50mg/L，TP≤6mg/L，SS≤240mg/L[3]。

新建村鎮(zhèn)污水處理站，出水排入Ⅲ類水體，其各項水質(zhì)指標(biāo)應(yīng)滿足地表準(zhǔn)Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)的要求。污水站出水水質(zhì)排放限值為：CODcr≤30mg/L，BOD5≤6mg/L，NH3-N≤1.5mg/L，TN≤15mg/L，TP≤0.3mg/L，SS≤15mg/L[4]。

3 運行及維護(hù)

3.1 生化系統(tǒng)運行

生化系統(tǒng)采取A2O工藝，分兩組，每組可單獨停產(chǎn)進(jìn)行檢修。

厭氧反應(yīng)器：原污水及缺氧池末端回流混合液同步進(jìn)入該反應(yīng)器，回流比宜為50%～100%，其主要功能為釋放磷，同時對有機(jī)物進(jìn)行氨化，由于厭氧池內(nèi)沒有分子態(tài)氧及化合態(tài)氧存在有機(jī)物降解的電子受體是有機(jī)物[5]，溶解氧應(yīng)控制在0.2mg/L以下。厭氧反應(yīng)需要較高且穩(wěn)定的溫度，宜控制在25～35℃之間，且pH值嚴(yán)格控制在6.8～7.2。

缺氧反應(yīng)器：污水經(jīng)厭氧后進(jìn)入該反應(yīng)器，其首要功能為脫氮，硝態(tài)氮是通過內(nèi)循環(huán)由好氧反應(yīng)器送來，循環(huán)的混合液較大，一般為200%～400%[6]，缺氧池中電子受體為NO3-和NO2-，缺氧池內(nèi)允許化合態(tài)氧的存在，溶解氧應(yīng)控制在0.2～0.5mg/L之間。在缺氧條件下，硝態(tài)氮在反硝化菌的代謝作用下，通過兩種途徑進(jìn)行轉(zhuǎn)化，即同化反硝化(合成)形成有機(jī)氮化合物，成為菌體的一部分和異化反硝化(分解)，最終產(chǎn)物為氮氣。

好氧池反應(yīng)器：即曝氣池，混合液由缺氧池進(jìn)入，該段溶解氧應(yīng)控制在2～4mg/L之間，氣水比宜控制在8～10∶1之間，其功能為多重的，去除BOD、硝化和吸收磷都在該反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，混合液中含有NO3-N，污泥中含有過剩的磷，而污水中的BOD和COD得到去除，在好氧區(qū)有機(jī)物得到進(jìn)一步的降解，硝化菌將污水中存在的氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮，同時聚磷菌在利用厭氧條件下產(chǎn)生的動力進(jìn)行過度吸磷。

該工藝單元的去除效率：BOD和SS能去除90%～95%，總氮去除70%以上，氨氮和總磷去除率為95%。

3.2 膜池運行

(1)膜池與好氧池連通，并設(shè)置回流裝置，回流比為300%～600%[7]。膜組件設(shè)計為中空纖維式，適于不同方式，不同頻率的自動清洗，并且能更好地適應(yīng)水質(zhì)波動。在正常運行條件下，膜過濾系統(tǒng)不斷重復(fù)過濾過程，包括產(chǎn)水(過濾)、然后停歇或反洗。當(dāng)系統(tǒng)在停歇方式下運行時，各產(chǎn)水泵每過8～10min停運一段時間(1～2min)，只進(jìn)行空氣擦洗而不進(jìn)行過濾。

(2)膜池MLSS能達(dá)到10000～15000mg/L左右，較傳統(tǒng)工藝高出一倍以上，對COD、氨氮、總磷、總氮去除效果更佳明顯，對SS的去除也相當(dāng)明顯，出水濁度小于1NTU，能穩(wěn)定優(yōu)于排放標(biāo)準(zhǔn)，MBR出水水質(zhì)波動較小，可對污染物的去除率保持較高的水平，其出水作為再生水回用。

(3)MBR工藝主要設(shè)備為產(chǎn)水泵、曝氣風(fēng)機(jī)、回流泵、清洗水泵等，其噸水運營能耗在0.6kW·h左右，隨著運行時間增加，產(chǎn)水量會衰減，運營能耗會相應(yīng)增加，可通過調(diào)整曝氣和產(chǎn)水方式降低其運營能耗。

3.3 膜系統(tǒng)維護(hù)與清洗

膜系統(tǒng)進(jìn)水端需設(shè)置膜格柵，格柵間隙為1mm，防止較大顆粒物、纖維類物質(zhì)等對膜絲表面的劃傷及纏繞，目前較為理想的膜格柵為網(wǎng)板式細(xì)格柵。

膜系統(tǒng)跨膜壓差控制范圍一般為-30kPa范圍內(nèi)，跨膜壓差如果大于30kPa，產(chǎn)水量明顯下降，則需要進(jìn)行化學(xué)清洗[8]。

MBR膜材質(zhì)為PVDF中空纖維膜，膜有兩種化學(xué)清洗的方式：維護(hù)性清洗和恢復(fù)性清洗。

3.3.1維護(hù)性清洗

維護(hù)性清洗的過程是全自動的(也可手動操作)，此類清洗持續(xù)時間較短，采用較低的化學(xué)藥品濃度、清洗頻率較高。其目的在于保持膜的透水性和延長恢復(fù)性清洗周期。

標(biāo)準(zhǔn)頻率：每3～7d一次或者當(dāng)抽吸壓力≥30kPa時。

3.3.2恢復(fù)性清洗

恢復(fù)性清洗用于在膜污堵后恢復(fù)膜的透水性。標(biāo)準(zhǔn)清洗頻率為6～12m一次或在線清洗完后抽吸壓力依然無法下降到初始值(30kPa)時需進(jìn)行離線浸泡清洗，先采用濃度為800×10-6的NaClO+濃度為5000×10-6NaOH浸泡4～16h，再用濃度為7000×10-6的檸檬酸浸泡2～4h[9]。

4 運營成本分析

4.1 污水站建設(shè)投資

污水站建設(shè)投資主要包括：工程直接費、建設(shè)工程其他費、預(yù)備費、鋪底流動資金及建設(shè)期貸款利息等，本次僅對建設(shè)工程直接費進(jìn)行分析。根據(jù)同類不同規(guī)模農(nóng)村污水廠投資概算進(jìn)行分析，見表1。

表1 同類不同規(guī)模農(nóng)村污水廠投資概算

由表1可知：100～500m3/d污水站建設(shè)工程直接費噸水投資為1.06～2.20萬元/t，噸水投資隨著水量的增加而減少。

4.1.2污水站直接運營成本

污水廠直接運營費用主要包括：

表2 污水廠直接運營費

注：年運行天數(shù)為365d。

電度電費、人工費、藥劑費、污泥運輸及處置費、膜折舊費和設(shè)備維修及大修費。本次直接運營成本按照規(guī)模500m3/d污水站計算，數(shù)額見表2。

由表2可知：500m3/d農(nóng)村污水站年運行成本為56.45萬元，噸水直接運營成本約為3.14元/t。

5 結(jié)論

(1)受納水體為Ⅱ、Ⅲ類水體的地區(qū)，為滿足出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到地表準(zhǔn)Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)的要求，采用A2O+MBR工藝是十分必要的。

(2)生化系統(tǒng)應(yīng)控制好各處理單元回流比，可提高各處理單元效率，有效抑制絲狀菌膨脹。

(3)定期對MBR膜進(jìn)行清洗，可有效緩解膜污染，增大膜通量，降低運行能耗。

(4)采用A2O+MBR工藝噸水投資為1.06～2.20萬元/t，直接運營成本約為3.14元/t，可以在高標(biāo)準(zhǔn)出水要求地區(qū)推廣與使用。

(5)MBR膜產(chǎn)水量隨著運行時間的增長會減少，膜元件一般在4～5d后需要進(jìn)行更換，經(jīng)濟(jì)成本高是制約其推廣的主要因素。