污水一体化设备在村镇污水处理中的应用进展

2019-01-23梁凤葵

中国资源综合利用 2019年7期

梁凤葵

（广州鹏凯环境科技股份有限公司，广州 511400）

近年来，污水治理被社会广泛关注，而村镇污水的治理也需提高关注度。村镇污水和城市污水处理方式不同，村镇污水因为排放量小、以生活污水为主，加上地形相对复杂，目前主要采用人工湿地和污水一体化设备来处理。本文将对污水一体化设备处理村镇污水做出综合解析。

1 村镇污水特点及治理现状

1.1 村镇污水特点

截至2017年底，我国城镇人口占总人口比重为58.52%，农村人口依旧占据较大比重。村镇居民产生的生活污水量很大，但是不同于工业废水，村镇污水主要包括居民生活用水、养殖污水和服务机构排水。

我国村镇污水具有以下特点：村镇污水主要为生活污水，处理指标相对简易，但是由于各地区气候、生活习惯、条件因素的原因，水质不均匀；村镇居民生活较为分散，一个地区内村镇居民相对较少，村镇污水不容易集中、收集，污水分布较为分散，许多地区不具备管网收集系统；村镇污水的污染物主要为总氮、总磷、总有机碳，因为村镇污水以生活污水为主，所以含有大量氮磷，总有机碳的含量相对较少，属于低碳氮比污水。

1.2 村镇污水治理现状

我国目前两万个乡镇的污水收集率仅为10%，农村污水收集困难成为一大难题。随着我国城乡一体化建设和新农村建设等的推进，乡镇污水处理具有广阔的发展空间。农村污水治理目前主要有人工湿地（潜流式和表面流）、一体化成套设备两种方案。人工湿地占地较大，容易受到温度影响并且处理量较小，适合在有充足土地资源且南方一些气温变化不明显的地区，不利于广泛利用。污水一体化设备具有占地面积小、处理负荷大、分散性好、施工方便等优点，适宜推广。目前，乡镇污水治理总体朝一体化设备方向发展。人们应该因地制宜，选择最适合村镇污水的治理方法。

2 污水处理一体化设备

乡镇污水一体化设备利用了多种污水处理工艺，并集中起来混合成一体化设备[1]。乡镇污水处理一体化设备具有占地面积小、处理效果好、方便管理等优点，其在污水处理行业应用越来越广泛，特别是在乡镇污水治理中[2]。污水处理一体化设备相对于大型污水厂具有独特的优势：占地面积与投资少，能减轻市政污水管网的压力，有利于节约成本，推动污水产业健康发展。目前，污水一体化设备核心工艺为MBR、好氧厌氧处理法。

2.1 污水处理一体化设备的优越性

污水处理一体化设备占地面积小，环境适应能力强，安装基础设施简易。根据村镇地形分布安装，管网投资费用大大减少。结合电气自动化设计，人力、物力投入减少，运营成本费用降低。处理后的污水可用来浇灌农作物，实现循环利用。

2.2 污水处理一体化工艺

2.2.1 MBR工艺

20世纪60年代，人们第一次将膜技术用于废水处理，70年代初，MBR（膜生物反应器）出现在污水处理厂中，之后被广泛研究应用。20世纪90年代，我国引入了MBR技术，此后MBR技术研究在我国广泛开展。

MBR工艺是一种由膜生物处理单元和膜分离单元组成的新型工艺。MBR工艺将微生物和沉淀物截留在其反应器中，可以节省掉二沉池的空间；MBR工艺的污泥龄很长，水中的微生物浓度保持很高的水平，使得水中的氨氮保持较高的处理效率。MBR相对于其他生物处理工艺有着很大优势，因此一般作为一体化设备的核心工艺[3-4]。近年来，MBR研究主要集中在研发高性能的膜材料和有效预防膜污染上[5]。

MBR工艺将膜组件放置在生物反应器内。进水进入膜生物反应器，其中大部分污染物被混合物中的活性污泥去除，然后在外部压力作用下由膜过滤出来。这种膜生物反应器由于省去了混合液循环系统，能耗相对较低，比分离式反应器占地面积小，在水处理领域受到广泛的关注。然而，膜通量相对较低，膜污染容易发生，不易清洗和更换。

2.2.2 AO工艺

AO工艺（Anoxic Oxic），A（Anoxic）是厌氧段，主要作用是脱氮除磷；O（Oxic）是好氧段，能去除水中的有机物。它能同时去除有机物和氮磷，乡镇污水具有高氨氮的特征，适合选择AO作为前处理工艺。近年来出现一些改良的AO工艺，在传统AO工艺的基础上配备电解等工艺，增强了去除效果。AO工艺在空间上为推流状态，在处理过程中不需要额外增加碳源就能够完成反硝化反应，是目前应用最广泛的脱氮除磷技术。试验结果显示，AO法能很好地去除总氮和总磷。在AO工艺的基础上，人们又研究出生物除磷效率更高的A2O工艺、UCT工艺等同步脱氮除磷工艺。

2.2.3 SBR工艺

SBR是一种间歇活性污泥法，在同一反应池中按时间顺序重复曝气、反应、沉淀、排水等单元操作过程。运行顺序一般分为五个阶段：进水阶段、反应阶段、沉淀阶段、排水阶段和闲置阶段。这五个阶段称为一个循环。厌氧和好氧阶段交替进行，有利于去除有机物。以SBR工艺为主要工艺的一体化污水处理设备具有工艺流程简单、结构少的特点。SBR工艺不需要污泥回流装置，也不需要设置二次沉淀池。与传统的连续活性污泥法相比，曝气池体积更小，运行成本更低。SVI（污泥指数）值低，污泥易沉降，不易产生污泥膨胀。通过调整操作，人们不仅可以去除COD，而且可以很好地去除氮磷。国内外的很多一体化净化设备对SBR工艺进行了全面的改进。有学者结合厌氧/好氧方法和SBR方法，处理养殖场COD和TN浓度较高的废水，COD和TN可以保持较高的去除率，COD保持在80%左右，TN去除率保持在90%左右[6]。有学者在SBR工艺中用静置段代替厌氧段，该方法省略了厌氧段的搅拌系统，当进水COD为340 mg/L，氨氮含量为40 mg/L时，碳氮比较高，总氮的去除率可以达到80%[7]。弹性填料在SBR工艺中有很好的应用效果，当COD浓度在1 700 mg/L时，弹性填料能提高COD的去除效率，方便快捷，但是该工艺仍然达不到村镇废水氨氮处理要求[8]。

3 AO/MBR工艺一体化设备

现有集成设备存在氮磷去除能力差、占地面积大等缺点，因此一些学者提出了其他工艺。AO/MBR是处理效果较好的工艺之一。AO/MBR工艺是在AO工艺中加入膜组件。在AO工艺中，采用膜代替二沉池，实现了良好的固液分离，提高了膜槽内的污泥浓度。AO/MBR工艺兼具AO工艺和MBR工艺的特点，避免了两种工艺的不足。AO/MBR工艺采用AO工艺的反硝化预处理来增强MBR的反硝化能力，提高MBR池中污泥的浓度，增加微生物的多样性，使微生物处理方法多样化，增加非AO工艺的处理方法。该装置的除磷效果仍可通过装置的污泥排放来实现。但由于A池是缺氧池，氧含量限制了多磷菌和反硝化菌的生长，反硝化除磷性能有待提高。张晓飞等采用多级AO/MBR处理生活污水，在进水COD为400～1 600 mg/L、氨氮浓度在30～70 mg/L、总氮含量为50 mg/L、总磷含量为6 mg/L时，污染指标去除效果好，总氮的去除率可以达到85%，并且达到相关排放要求，证明该装置对高碳氮比废水的除污染物效果好[9]。

AO/MBR工艺中，村镇污水首先经过调节池，根据污水实际情况，调节池可加装沉降装置，污水可通过进水泵进入强化生物选择区。该装置的主要目的是提高综合装置的脱氮、除磷效果。废水在经过生物吸附后由重力游到缺氧池。强化生物吸附选择区的设置，避免了好氧池混合回流对除磷效率的影响，并通过提高活性污泥浓度和废水停留时间，建立了一个挡板，以提高一体化设备的磷释放和反硝化能力。污水经生物吸附后通过重力流进入缺氧池。缺氧池的目的是进行反硝化反应，去除水中的硝酸盐氮。为了加速反应，其间建立了机械动力搅拌装置。经过缺氧池后，废水进入好氧和MBR区，好氧和MBR工艺的主要功能是促进氨氮在水中的硝化。要将填料加入好氧池中，以进一步增强硝化性能。MBR池取代了传统的二次沉淀池，不仅减少了占地面积，而且提高了设备的脱氮除磷性能。MBR池的设置确保了良好的出水效果，MBR池内的污水经处理后排出。

AO/MBR工艺的前景广阔，有关研究越来越多。但研究显示，AO/MBR工艺虽然对水中有机物去除效果很好，但其混合液在回流过程中并不能提供良好的缺氧状态，脱氮除磷效果受到影响，所以接下来需要对该工艺进行进一步研究，创造良好的厌氧环境。