沈 東

（湛江市生態(tài)環(huán)境局廉江分局，廣東 湛江 524400）

工業(yè)生產(chǎn)、居民生活等產(chǎn)生的污水廢水亂排濫放問題直接影響著我國生態(tài)建設(shè)，已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點?！蛾P(guān)于改善農(nóng)村人居住環(huán)境的指導(dǎo)意見》（2014）、《全國農(nóng)村環(huán)境綜合整治“十三五”規(guī)劃》（2017）、《農(nóng)業(yè)農(nóng)村污染治理攻堅戰(zhàn)略行動計劃》（2018）等政策相繼出臺后，我國進(jìn)一步加大了對農(nóng)村污水處理的重視力度，運用MER、A/O等新工藝全面改善出水水質(zhì)，為我國新農(nóng)村綠色環(huán)保發(fā)展打下了堅實基礎(chǔ)[1]。

1 農(nóng)村污水處理的基本特征

（1）污水排放量大，難以收集。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)顯示，截止到2020年底我國農(nóng)村污水年排放量約70億噸，超過全國污水排放總量的1/2。僅從污水處理能力而言，現(xiàn)階段我國農(nóng)村污水凈化率僅能達(dá)到30%左右，出水質(zhì)量參差不一，根本無法滿足各項污水處理指標(biāo)。尤其是在偏遠(yuǎn)地區(qū)，居民分布較為分散，無法定點進(jìn)行集中污水采集，導(dǎo)致大量污水亂排濫放，嚴(yán)重污染了農(nóng)村生態(tài)環(huán)境。因此，在農(nóng)村污水處理過程中必須根據(jù)實際排放量形成占地面積小，易于就地處理的污水處理裝置，以實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性處理目標(biāo)。

（2）處理工藝落后，效益低下。我國農(nóng)村污水主要包括生活廢水和工業(yè)廢水兩部分，污水中的COD、BOD指標(biāo)往往高于其他區(qū)域。在污水處理時僅僅通過活性泥污處理、生物膜過濾、氨氧厭氧化處理等效益并不顯著，無法達(dá)到《關(guān)于加快制定地方農(nóng)村生活污水處理排放標(biāo)準(zhǔn)的通知》（2018）中的出水水質(zhì)指標(biāo)，亟待進(jìn)行農(nóng)村污水處理工藝的革新和優(yōu)化[2]。

2 基于MBR工藝的農(nóng)村污水處理工程

2.1 MBR工藝原理

膜生物反應(yīng)器（Membrane Bio-reactor）將生物處理技術(shù)、固液分離技術(shù)等結(jié)合在一起，通過膜組件促進(jìn)反應(yīng)，從而達(dá)到生物降解和顆粒處理效果。一般MBR工藝主要包括分置式（圖1-左）、一體式（圖1-右）等，其中膜組件可有效截留活性泥污微生物，減少污水中的懸浮物、TN、TP，優(yōu)化COD、BOD指標(biāo)等，處理后的出水水質(zhì)明顯提升。

圖1 MBR結(jié)構(gòu)（左為分置式，右為一體式）

分置式裝置中污水進(jìn)入到反應(yīng)器后，利用加壓泵加速過濾，分離后的固體有機物直接回流到反應(yīng)器中進(jìn)行生物降解。而一體式則先進(jìn)行降解反應(yīng)沉淀后，再利用泵抽取上層濾液，完成污水處理工藝。

2.2 MBR工藝設(shè)計

（1）材料選擇。目前常見的MBR工藝中主要為高分子有機膜和無機膜兩種，如聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚乙烯（PE）和聚丙稀（PP）等；膜組件主要包括中空纖維式、毛細(xì)管式、螺旋卷式等，根據(jù)填充密度的不同濾水效果及占地面積存在一定的差異，可根據(jù)農(nóng)村污水處理工藝要求及經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)進(jìn)行合理選用[3]。

（2）工藝路線。按照MBR工藝指標(biāo)，一般應(yīng)設(shè)置預(yù)處理、生化處理、膜過濾、泥污處理四個環(huán)節(jié)，見圖2。

圖2 MBR工藝流程

①預(yù)處理：利用農(nóng)村污水處理管道將污水匯集到處理站或處理點，在原水泵加壓作用后借助圓形或孔型格柵（≤1 mm）分篩過濾，實現(xiàn)初步泥污分離；②生化處理：現(xiàn)階段MBR工藝可根據(jù)水質(zhì)情況合理選擇微生物，利用厭氧微生物實現(xiàn)氨氧化反應(yīng)、厭氧化反應(yīng)減少氨氮、TP、TN等，還可以利用好氧微生物或兼氧微生物作用，將污水中的雜質(zhì)、有機物等分解；③膜過濾：該環(huán)節(jié)利用壓差達(dá)到污泥回流效果。一般可以通過前端加壓或后端抽取兩種方式實現(xiàn)，將濾液輸送到消毒池，泥污回流至儲存池；④泥污處理：將格柵過濾、厭氧反應(yīng)器、好氧反應(yīng)器、MBR反應(yīng)器等環(huán)節(jié)中的泥污集中到存儲池中后集中處理。

2.3 MBR工藝關(guān)鍵系統(tǒng)

（1）曝氣系統(tǒng)：利用自動化裝置完成門開關(guān)控制，使微生物反應(yīng)過程中氧氣供給的充足。尤其是在兼氧MBR系統(tǒng)設(shè)計過程中可選用10/30曝氣，將偶數(shù)列膜組件并列運行，通過10 s開30 s關(guān)模式快速完成氧氣供給，并扼制微生物剪切力，以達(dá)到兼氧微生物的有效控制，提升生物反應(yīng)凈水效果[4]。

（2）反應(yīng)系統(tǒng)：以氨氮處理環(huán)節(jié)為例，設(shè)計的過程中先將格柵處理后的污水通入?yún)捬醴磻?yīng)器，并同時注入缺氧池末端回流混合液，控制回流比在60%、氧含量在0.2 mg/L、反應(yīng)溫度30 ℃左右，釋放TP并初步厭氧化；處理完后將污水注入缺氧反應(yīng)池，利用反硝化微生物及厭氧環(huán)境完成氨化處理，將氨氮化合物硝化分解為氨氣和有機氮化合物；最終，反應(yīng)后的污水注入到好氧反應(yīng)池中，此時調(diào)整氧含量到3 mg/L左右，控制氣水比達(dá)到9:1，利用好氧微生物有效去除COD、BOD，利用聚磷菌吸收多余TP[5]。

（3）配套系統(tǒng)：一般MBR工藝設(shè)計中必須做好加藥配套裝置及反沖洗配套裝置設(shè)置。前者主要通過固定添加化學(xué)試劑保證MBR膜兩側(cè)壓差，為后續(xù)反沖洗供藥等；后者則在不破壞膜組件性能的基礎(chǔ)上通過酸、堿、氧化劑等完成化學(xué)清洗，使膜組件中的有機物、顆粒物等沖洗、分解，避免MBR膜組件堵塞造成的出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)問題，見表1。

表1 MBR加藥裝置及反沖洗裝置藥劑情況

（4）出水系統(tǒng)：可根據(jù)農(nóng)村污水處理情況選擇連續(xù)運行或間歇運行方式，利用加壓泵進(jìn)行前端加壓或離心泵后端抽取。該環(huán)節(jié)需控制壓強低于8個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，避免過壓對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。

3 MBR工藝在農(nóng)村污水處理中的應(yīng)用

3.1 工程概況

本次研究過程中主要以廣東省廉江市某村污水處理項目為例，分析以小單元村莊為例的MBR污水處理工程。該村莊范圍內(nèi)無任何工業(yè)企業(yè)，只包括居民住戶840戶，日常主要為居民生活廢水和牲畜污水。

按照平均每戶4人，每人排污水0.05 m3計算，該農(nóng)村每日污水排放量約為160 m3?？紤]到新農(nóng)村建設(shè)規(guī)劃情況及用水裕度，本工程中應(yīng)保證基于MBR工藝的污水處理系統(tǒng)處理能力在200 m3/d，具體指標(biāo)見表2。

表2 廣東省廉江市某村污水排放標(biāo)準(zhǔn)

3.2 MBR工藝應(yīng)用

為達(dá)到該村污水處理指標(biāo)要求，本次MBR工藝主要選擇兼氧處理技術(shù)，利用MBR膜及兼氧微生物完成COD、BOD、TN、TP、NH4+等技術(shù)處理。

工程選用一體化MBR-100設(shè)備，占地面積較小，總裝機容量為4.4 kW，便于進(jìn)行現(xiàn)場安裝及污水處理，實用性較強（見圖3）。污水處理站總占地面積僅為25 m3，周圍設(shè)置濕地公園，處理完的泥污可直接用于林木養(yǎng)料[6]。

圖3 MBR一體化裝備結(jié)構(gòu)

本工程中MBR處理流程為生活污水→預(yù)處理池→膜技術(shù)污水處理器→表流人工濕地→回用或達(dá)標(biāo)排放。生活污水進(jìn)入到預(yù)處理池中進(jìn)行初步過濾，去除水質(zhì)中的泥污、雜質(zhì)等大顆粒物質(zhì)，然后在水壓作用下進(jìn)入兼氧MBR反應(yīng)池，曝氣處理后，等待厭氧微生物、好氧微生物等硝化反應(yīng)和總磷吸收反應(yīng)完成，同時膜組件中的MBR膜對反應(yīng)后的有機物進(jìn)行二次過濾，去除原污水中的微生物。處理完成后，由離心泵抽取上層濾液到清水池，用于檢測出水水樣水質(zhì)，確保其達(dá)到達(dá)到二次利用的標(biāo)準(zhǔn)，而下層泥污會經(jīng)分離后被及時清理。

3.3 處理效果評估

與傳統(tǒng)處理工藝相比，本項目可以借助一體化裝置減少污水處理占地面積，并且配合公園設(shè)置，有效提升了農(nóng)村污水處理的美觀效果，可以實現(xiàn)全自動控制、經(jīng)濟(jì)性運行。與此同時，上述一體化裝置中的MBR膜組件可反沖洗使用，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。

在污水處理能力方面，兼容MBR一體化裝置可達(dá)到日污水處理量200 m3的基本要求，且出水水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)均符合排放指標(biāo)。數(shù)據(jù)對比結(jié)果中，本工程污水處理懸浮物、氨氮、TP、SS等處理有效率分別達(dá)到97.1%、99.5%、39.1%、97.5%，明顯高于原來污水處理工藝，見表3。

表3 某村污水處理工藝效果對比

4 結(jié)論

農(nóng)村污水處理過程中必須從MBR新型工藝出發(fā)，做好污水處理體系的優(yōu)化和調(diào)整，利用MBR一體化裝置增強農(nóng)村污水處理的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性和有效性。尤其是在反應(yīng)器設(shè)置過程中，應(yīng)根據(jù)實際情況合理選擇厭氧氨化反應(yīng)、兼氧反應(yīng)等，全面降低出水中COD、BOD、TN、TP、SS等含量，保證新農(nóng)村污水處理質(zhì)量邁上一個新臺階。