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        MBR一體化污水處理設(shè)備在農(nóng)村污水處理中的應(yīng)用

        2019-10-17 02:59:48盧鳳華賴志鵬
        中國環(huán)保產(chǎn)業(yè) 2019年9期
        關(guān)鍵詞:水質(zhì)生物工藝

        盧鳳華,賴志鵬

        (福建龍凈環(huán)保股份有限公司,福建 龍巖 364000)

        1 前言

        據(jù)《2016年城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計公報》[1]顯示,“十三五”期間全國城市共有污水處理廠2039座,污水處理率93.44%;縣城共有污水處理廠1513座,污水處理率87.38%。我國城市污水處理事業(yè)取得了較好的發(fā)展,但城市污水管網(wǎng)收集系統(tǒng)難以延伸的區(qū)域處理率相對較低,2016年我國行政村的污水處理率只有20%,遠遠落后于城市和縣城?!笆濉逼陂g,國家和各級政府提出要進一步改善農(nóng)村生活環(huán)境,加快農(nóng)村污水設(shè)施的建設(shè),這就為小型一體化污水處理設(shè)備提供廣闊的發(fā)展空間。膜生物反應(yīng)器(MBR)工藝因出水效果穩(wěn)定、自動化程度高,成為市政污水處理廠提標改造的主要技術(shù)之一[2~4]。近幾年,隨著國家對農(nóng)村環(huán)境整治力度的加大,MBR工藝已在農(nóng)村污水處理領(lǐng)域得到應(yīng)用并吸引了廣泛研究[5~8]。

        因此,作者將分析MBR一體化污水處理設(shè)備,并介紹其在農(nóng)村污水的項目應(yīng)用情況,為實際的工程提供參考依據(jù)。

        2 傳統(tǒng)農(nóng)村污水處理法的不足

        農(nóng)村污水傳統(tǒng)的處理工藝包括:A/O、A2/O、氧化溝、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化、SBR法和人工濕地等。傳統(tǒng)農(nóng)村污水處理工藝主要采用重力沉降進行固液分離,對污水中的碳、氮、磷具有一定的處理效果,但不能穩(wěn)定達標,原因有:1)農(nóng)村污水水質(zhì)水量晝夜變化大,傳統(tǒng)的生物處理法抗沖擊負荷差,出水水質(zhì)不穩(wěn)定;2)曝氣池內(nèi)污泥濃度為2000~3000mg/L,污泥濃度不高,限制生物降解能力;3)出水受到二沉池固液分離效果限制,容積負荷低,占地面積大;4)剩余污泥產(chǎn)生量大,增加污泥處理費用;5)微生物易隨水流流失,對某些特殊污染物降解能力有限;6)水質(zhì)不夠穩(wěn)定,處理設(shè)施多,管理復(fù)雜。

        3 MBR一體化污水處理在農(nóng)村污水處理中的應(yīng)用

        3.1 工藝介紹

        MBR工藝是一種生物處理與膜分離相結(jié)合的新型處理技術(shù),包括超細格柵、生化池、膜池、回流系統(tǒng)、曝氣系統(tǒng)、消毒系統(tǒng)等模塊,同時配合電氣控制系統(tǒng),實現(xiàn)全自動智能化管理。按照好氧池和膜組件的放置形式主要分為合并式和分體式,通過向好氧池和膜池曝氣,使大量微生物降解水中的有機物、氧化氨氮,并利用膜截留懸浮物和大分子有機物,降低出水中有機物和氨氮等污染物的含量。

        在實際項目中,MBR一體化污水處理設(shè)備的工藝以缺氧-好氧MBR(即AO/MBR)、兼氧MBR(即FMBR)為主,同時伴有少量的好氧MBR(即O/MBR)工藝。

        3.1.1 AO/MBR一體化污水處理設(shè)備

        AO/MBR一體化污水處理設(shè)備在分散式污水處理項目中應(yīng)用最廣泛,該工藝由缺氧區(qū)、好氧區(qū)和膜區(qū)組成,其中好氧區(qū)和膜區(qū)一般為合并式。將缺氧池設(shè)置在除碳過程的前面,先將廢水引入缺氧池,反硝化菌利用原污水中的有機物作為碳源,將回流液中大量的硝態(tài)氮還原成氮氣,從而達到脫氮的目的。廢水進入后續(xù)的好氧池,亞硝化菌和硝化菌將氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮,并回流至缺氧池進行反硝化。該方法優(yōu)點是處理效率高,流程簡單,投資省,操作費用低,但對總磷有更高要求時,應(yīng)設(shè)置化學加藥除磷設(shè)備。

        3.1.2 FMBR一體化污水處理設(shè)備

        兼氧MBR工藝(簡稱為FMBR),業(yè)內(nèi)認為是AO/MBR工藝的變型。兼氧膜生物反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)大量的兼性復(fù)合菌群,水中的污染物在兼性復(fù)合菌群的作用下得到分解,最后混合液通過膜的過濾,出水排放或回用。FMBR工藝碳、氮污染物的降解機理與傳統(tǒng)工藝類似,但對于磷元素的去除機理,市面上的設(shè)備廠家認為主要是靠氣化除磷,并非是傳統(tǒng)的厭氧釋磷、好氧吸磷機理,從而系統(tǒng)不排泥也可以達到除磷的效果[9]。

        氣化除磷[10]是指特種菌在兼性條件下將污水中的磷轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的PH3,由于PH3非常不穩(wěn)定,曝氣過程中瞬間氧化為磷的氧化物被帶入空氣中,進入磷的自然生態(tài)循環(huán),從而將磷元素從污水中去除。污水處理中的氣化除磷理論從1988年提出以來,一直存在較大爭議,如何控制苛刻的反應(yīng)條件及妥善收集、處理劇毒的PH3,學術(shù)界目前仍無明確的共識。

        3.1.3 O/MBR一體化污水處理設(shè)備

        O/MBR工藝由好氧和膜分離組合,是MBR一體化設(shè)備中最簡單的工藝(見右圖)。該工藝與AO/MBR工藝相比,沒有缺氧池和硝化液回流系統(tǒng),微生物主要在好氧池和膜池中降解氨氮和有機物,同時利用膜截留懸浮物和大分子有機物。通常O/MBR一體化污水處理設(shè)備可以滿足《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920—2002)要求,但系統(tǒng)對總氮與總磷去除效果有限,因此O/MBR一體化污水處理設(shè)備主要用于臨時性污水治理(如建筑工地)、突發(fā)性應(yīng)急污水治理(如溢流污水、微污染河道、黑臭水體快速整治)、過渡性的污水治理(如城鄉(xiāng)接合部等)。

        3.2 設(shè)備優(yōu)勢

        與傳統(tǒng)工藝的一體化污水處理設(shè)備相比,MBR一體化污水處理設(shè)備是以生物處理和膜截留組合的反應(yīng)器,采用膜過濾替代重力分離,提高曝氣池污泥濃度,同時強化微生物降解能力,運行操作方便,實現(xiàn)1+1>2的效果。

        MBR模塊圖

        MBR一體化污水處理設(shè)備的主要優(yōu)勢有:1)對污染物去除率高,由于膜組件的膜孔徑非常小,可將生物反應(yīng)器內(nèi)全部的懸浮物和污泥截留下來,對SS有良好的去除效果,同時反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度可達到較高水平,也提高了MBR對有機物的去除效率;2)耐沖擊負荷,由于膜組件的高效截留作用,使反應(yīng)器內(nèi)微生物濃度高,生物種群多樣性好,耐沖擊負荷;3)強化硝化作用,膜組件的分離作用可以使生物反應(yīng)器中的水力停留時間(HRT)和污泥停留時間(SRT)完全分開,從而使系統(tǒng)中生長緩慢、世代時間較長的微生物(如硝化細菌)在反應(yīng)器中有足夠時間生存,強化了反應(yīng)器的硝化作用;4)受污泥膨脹問題影響小,污泥膨脹會使傳統(tǒng)的活性污泥的出水固液分離效果不好,而MBR采用膜進行固液分離,因此污泥膨脹對MBR出水的固液分離影響小;5)MBR設(shè)備在高容積負荷、低污泥負荷、長泥齡的條件下運行,反應(yīng)器內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)相對缺乏,微生物處在內(nèi)源呼吸階段,污泥產(chǎn)率低,剩余污泥的產(chǎn)生量很少,節(jié)省污泥處理處置費用。

        3.3 應(yīng)用情況

        市場上的MBR一體化污水處理設(shè)備多用于農(nóng)村生活污水,主要分布在北京、天津、江蘇、浙江、云南、廣東、江西、四川、山東、湖南、重慶等地區(qū),結(jié)合化學除磷方式,出水水質(zhì)一般能穩(wěn)定達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準。MBR一體化污水處理設(shè)備對于出水水質(zhì)要求較高或經(jīng)濟發(fā)達地區(qū),具有明顯的優(yōu)勢。北京市生態(tài)環(huán)境局的調(diào)研[11]顯示,北京市的農(nóng)村生活污水處理工藝有70多種,在調(diào)查的1104座污水處理設(shè)施中,采用MBR工藝的污水處理設(shè)施達641座,占總數(shù)的58.1%,而其他工藝占比均小于10%,這主要是與其他地區(qū)相比,北京市對農(nóng)村污水有明確的排放標準,且要求更加嚴格。

        4 結(jié)語

        綜上所述,隨著政府不斷推進深化農(nóng)村污水治理工作,MBR一體化污水處理設(shè)備因出水水質(zhì)良好且穩(wěn)定,應(yīng)用會更加廣泛。隨著MBR工藝的廣泛應(yīng)用,更多的科研機構(gòu)、環(huán)保企業(yè)、工程公司加入研究與應(yīng)用中,MBR一體化污水處理設(shè)備的發(fā)展方向主要包括:1)擴大應(yīng)用領(lǐng)域,向有機廢水、高濃度廢水處理領(lǐng)域拓展;2)與多種傳統(tǒng)工藝耦合優(yōu)化,創(chuàng)新工藝,提高污水處理效率;3)提高膜抗污染性,降低系統(tǒng)能耗;4)設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化,進一步提高集成度,減少占地面積。因此,隨著MBR工藝的不斷應(yīng)用創(chuàng)新,MBR一體化污水處理設(shè)備在污水處理的應(yīng)用中將更為普遍。

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