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（福建乾澤環(huán)保技術(shù)有限公司 福建 350002）

近年來，隨著人民生活水平日益改善，農(nóng)村生活污水排放量不斷增加，并且開始呈現(xiàn)出低碳源高氮磷化趨勢，如果任由大量農(nóng)村生活污水無組織排放將會對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的危害[1]。目前處理農(nóng)村生活污水常用的A/A/O（即A2/O）工藝存在占地面積大、反硝化過程受限、除磷效果差、生物量小、抗負(fù)荷沖擊能力弱等缺點(diǎn)。因此，開發(fā)一種因地制宜、低耗高效、脫氮除磷、抗沖擊強(qiáng)的農(nóng)村生活污水生化工藝勢在必行。

A3O工藝是在傳統(tǒng)A/A/O污水生物處理技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行提升，該技術(shù)將整體生物處理分為四個(gè)階段，分別是預(yù)脫硝階段、厭氧階段、缺氧階段和好氧階段，在原有厭氧-缺氧-好氧階段前加入了預(yù)脫硝階段，強(qiáng)化了脫氮除磷的效果[2]。MBBR是移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器（Moving Bed Biofilm Reactor）的簡稱，又稱懸浮填料生物膜工藝，是一種新型高效的水處理技術(shù)，其結(jié)合了流化床和接觸氧化兩種技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。其優(yōu)點(diǎn)在于處理COD以及脫氮高效、抗負(fù)荷沖擊強(qiáng)、排泥量少、占地小等[3-4]。

1.項(xiàng)目概況

本農(nóng)村污水處理項(xiàng)目為福建省某市9個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的污水處理工程，設(shè)計(jì)總規(guī)模5000m3/d，共計(jì)建設(shè)11座規(guī)模不一的污水處理設(shè)施。鄉(xiāng)鎮(zhèn)無完善的污水處理設(shè)施和污水管網(wǎng)，已建成的200t/d的小型污水處理設(shè)施，出水水質(zhì)為《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）二級標(biāo)準(zhǔn)，無法達(dá)到最新一級A標(biāo)準(zhǔn)，大部分污水仍舊直排，對鄉(xiāng)鎮(zhèn)的衛(wèi)生環(huán)境造成一定的影響，嚴(yán)重影響了鄉(xiāng)容、鄉(xiāng)貌和鄉(xiāng)鎮(zhèn)旅游業(yè)的發(fā)展。

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)出水水質(zhì)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A類排放標(biāo)準(zhǔn)，并盡量通過農(nóng)田、溝渠等消納方式解決尾水排放問題。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)、出水表見表1。

表1 生活污水處理站設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)要求

2.工程設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目盡量根據(jù)各片區(qū)的排水工程規(guī)劃和建設(shè)情況統(tǒng)一布置，充分利用現(xiàn)有的污水管道，合理利用地形地貌。根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)水水質(zhì)情況、建設(shè)運(yùn)行成本、建設(shè)占地面積等因素對處理工藝進(jìn)行比選和設(shè)計(jì)。如圖1所示，本項(xiàng)目主要處理構(gòu)筑物有格柵集水池、一體化污水處理設(shè)備、污泥池和標(biāo)準(zhǔn)化排放口等。

圖1 主要處理構(gòu)筑物

(1)工藝比選

一級處理、二級處理、三級處理是根據(jù)不同需要而采用的不同污水處理方法。

一級處理一般采用物理法采用機(jī)械分離的方式去除水中的懸浮固體、浮油等，主要技術(shù)手段有格柵、物理沉淀、氣浮等。本項(xiàng)目根據(jù)進(jìn)水懸浮物性質(zhì)和后續(xù)生物處理單元的要求，在格柵渠內(nèi)設(shè)一道機(jī)械格柵，以便定期清理進(jìn)水中的垃圾、雜物等。污水中的砂粒通過設(shè)置沉砂池去除。

本項(xiàng)目采用二級生化處理工藝為的A3O（MBBR）技術(shù)。

A3O（MBBR）污水生化技術(shù)工藝特點(diǎn)如下：

①污水污泥同步處理

A3/O（MBBR）技術(shù)可實(shí)現(xiàn)污水污泥的同步處理，在高負(fù)荷污水處理同時(shí)減少剩余活性污泥量。在好氧階段，由于填充有大量生物填料，填料在曝氣作用下呈流化狀態(tài)，為微生物營造出多相生存條件，新生的活性污泥可將老化污泥消化和礦化，實(shí)現(xiàn)了污泥的自動(dòng)消化和降解平衡，減小有機(jī)污泥排放。

②強(qiáng)化脫氮除磷

A3/O（MBBR）系統(tǒng)中增加了預(yù)脫硝池，擴(kuò)大缺氧區(qū)池容，有效增強(qiáng)脫氮除磷效果。同時(shí)引入MBBR工藝技術(shù)，在好氧段加入懸浮載體，填料在曝氣作用下呈流化狀態(tài)，為微生物營造出多相生存條件，提高功能微生物量及豐富生物種類，為同步硝化反硝化創(chuàng)造必要的條件，大大減少了硝化反硝化反應(yīng)時(shí)間，提高脫氮除磷效果[5]。

三級處理是在前兩級處理基礎(chǔ)上為實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放進(jìn)行的進(jìn)一步深度處理。本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的生活污水一級A類排放標(biāo)準(zhǔn)要求農(nóng)村生活污水必須進(jìn)行消毒處理。因此，本項(xiàng)目三級處理以消毒處理為主。本項(xiàng)目采用紫外線消毒工藝。

(2)工藝設(shè)計(jì)

通過工藝比選，因此本項(xiàng)目選擇占地面積小、運(yùn)行成本低、脫氮除磷效果好、抗負(fù)荷沖擊強(qiáng)的A3O（MBBR）生化工藝，前端采用格柵沉砂預(yù)處理，后端采用紫外線消毒，污泥采用板框壓濾的方式對污泥進(jìn)行濃縮后委外處置。具體工藝設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

圖2 工藝設(shè)計(jì)圖

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)處理總量為5000t/d，分為11個(gè)污水處理站進(jìn)行處理。本文以800m3/d污水處理站設(shè)計(jì)為例進(jìn)行詳細(xì)分析。

①組合池設(shè)計(jì)

格柵渠、沉砂池、調(diào)節(jié)池和污泥池合建，平面尺寸23.75m×6.45m，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

A.格柵渠：設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)包括，設(shè)計(jì)流量：Qmax=72.3 m3/h（總變化系數(shù)Kz=2.17），過柵流速：Vmax=0.8m/s，柵條間隙：b=5mm，柵前水深：h=0.5m。

B.沉砂池：設(shè)計(jì)參數(shù)包括，設(shè)計(jì)流量：Qmax=72.3m3/h（總變化系數(shù)Kz=2.17）。沉砂池尺寸：5.0m×4.0m×3.9m，格柵排砂量約為0.08m3/d，沉砂池需定期清掏。

C.調(diào)節(jié)池：設(shè)計(jì)參數(shù)包括，設(shè)計(jì)流量：Qmax=72.3m3/h（總變化系數(shù)Kz=2.17）。調(diào)節(jié)池平面尺寸為14.0m×8.0m，總高度3.9m。

D.污泥池：設(shè)計(jì)參數(shù)包括，剩余污泥體積：0.08m3/d，進(jìn)泥含水率：99.0%，出泥含水率：98.0%。平面尺寸8.0m×5.25m，有效水深為2.0m，總高度為3.9m，鋼筋砼結(jié)構(gòu)。

多池合建可實(shí)現(xiàn)功能分區(qū)明確，構(gòu)筑物布置緊湊，減少占地面積。

②一體化污水處理設(shè)備整體設(shè)計(jì)

本設(shè)備處理工藝為A3/O+MBBR工藝，由預(yù)脫硝段、厭氧段、缺氧段、MBBR段、沉淀池組成。依次流經(jīng)預(yù)脫硝池（A1池）、厭氧池（A2池）、缺氧池（A3池）去除部分有機(jī)物，然后流入好氧池（O池），好氧池（O池）內(nèi)填裝高效好氧填料（填充率為50%的生物量遞增海綿體CC-20B型填料），實(shí)現(xiàn)有機(jī)物降解、氨氮硝化。

設(shè)計(jì)參數(shù)包括，設(shè)計(jì)總流量：Q=800m3/d，生化停留時(shí)間：t=10.4h，好氧池氣水比：8:1，BOD5容積負(fù)荷：0.4 kg/m3，混合液回流比：200%，供氣量：4.44m3/min。

③MBBR設(shè)計(jì)

移動(dòng)床生物反應(yīng)器MBBR并不簡單是在好氧池中加入生物填料，而是一個(gè)完整的生物處理系統(tǒng)，其是一種兼具傳統(tǒng)活性污泥法和生物接觸氧化法有點(diǎn)的先進(jìn)處理技術(shù)。有研究表明MBBR可為異養(yǎng)反硝化過程提供反應(yīng)條件，能強(qiáng)化系統(tǒng)的脫氮效果，MBBR系統(tǒng)相較于普通生物膜法不需要反沖洗，通過增加生物載體的填充百分比來提高操作能力[5-7]。MBBR設(shè)計(jì)上包括生物填料的篩選、生物填料填充率的確定、填料區(qū)流態(tài)設(shè)計(jì)。

本項(xiàng)目選用的生物量遞增海綿體CC-20B型填料，其具有高比表面積，大大增加系統(tǒng)內(nèi)微生物的質(zhì)與量，這樣的結(jié)構(gòu)利于反應(yīng)器開始階段的填料掛膜，同時(shí)還能對好氧池中曝氣產(chǎn)生的氣泡起到切割攪拌的作用。

從流化角度考慮，好氧池填充率應(yīng)＜67%，從運(yùn)行能耗及運(yùn)行維護(hù)管理角度考慮，一般要求填充率＞15%。為了保證填料在反應(yīng)器中均勻循環(huán)移動(dòng)以達(dá)到較好的混合效果，本項(xiàng)目通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，選擇填料填充率為50%。

MBBR系統(tǒng)中曝氣強(qiáng)弱及方式?jīng)Q定了填料的循環(huán)移動(dòng)狀態(tài)、氧氣傳遞效率和氧氣利用率。本項(xiàng)目曝氣系統(tǒng)采用EPDM三元乙丙橡膠材質(zhì)的微孔曝氣盤，單盤曝氣量0～5m3/h，一組設(shè)備68套，采用漸進(jìn)曝氣方式進(jìn)行排列。該方式很好的控制了DO的濃度生物膜厚度的變化，使其可以形成表面DO高，內(nèi)層DO低的一個(gè)濃度梯度，進(jìn)而形成不同的溶解氧條件，進(jìn)而給同步硝化反硝化創(chuàng)造必要的條件，大大減少反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)器的容積，提高氨氮總氮去除效果。

3.運(yùn)行效果

該項(xiàng)目2022年6月正式開始調(diào)試運(yùn)行，整套工藝運(yùn)行穩(wěn)定，出水穩(wěn)定達(dá)到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。2022年6—9月調(diào)試運(yùn)行數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 2022年6—9月進(jìn)、出水調(diào)試運(yùn)行數(shù)據(jù)

如表2所示，實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)普遍低于設(shè)計(jì)值，但水質(zhì)波動(dòng)較大。但從出水水質(zhì)情況來看，出水指標(biāo)可以穩(wěn)定達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)。這說明A3O（MBBR）工藝處理水質(zhì)波動(dòng)較大的農(nóng)村生活污水具有很好的處理效果，尤其是在脫氮除磷方面。

4.經(jīng)濟(jì)情況分析

本項(xiàng)目共修建11個(gè)農(nóng)村生活污水處理廠，處理水量5000t/d，總投資約4754萬元，平均每噸水運(yùn)營成本約0.55元，投資成本及運(yùn)營成本均低于傳統(tǒng)A2O法。

該項(xiàng)目格柵渠、沉砂池、調(diào)節(jié)池和污泥池合建，建設(shè)噸水占地面積僅0.26m2/(m3·d-1)，相較于傳統(tǒng)農(nóng)村污水處理方法具有較大優(yōu)勢。

5.結(jié)論

福建某農(nóng)村生活污水處理項(xiàng)目因其規(guī)劃建設(shè)面積有限、進(jìn)水水質(zhì)不穩(wěn)定且波動(dòng)大、氮磷含量高等情況，設(shè)計(jì)采用“格柵沉沙預(yù)處理+A3O（MBBR）生化工藝+紫外線消毒”的工藝技術(shù)，好氧池加入填充率為50%的生物量遞增海綿體CC-20B型填料。實(shí)際運(yùn)行階段，出水穩(wěn)定達(dá)到GB18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級A類排放標(biāo)準(zhǔn)。本項(xiàng)目A3O（MBBR）生化工藝技術(shù)對同類型生活污水廠建設(shè)具有較大參考意義。