农村污水治理现状及一体化水处理设施的应用

吴娜 薛晓莉 张志立

摘要    为了妥善处理农村污水治理问题，找到合适的水处理工艺解决农村生活污水问题至关重要。本文介绍了以“A2/O+MBR+微纳米气泡深度处理”为核心的一体化水处理设施，其作为近几年新兴的技术，具有抗冲击负荷的能力强、占地小、低能耗、出水水质稳定、便于完成自动控制等优点，为农村生活污水的处理提供了一种新的解决方法。

关键词    农村污水处理;一体化水处理设施;A2/O;MBR;微纳米气泡

中图分类号    X505        文献标识码    A

我国城乡之间差距较大，村镇前期对生活污水处理的重视程度及投入的资金比例均非常少。随着国家对农村污水处理的重视，找到合适的水处理工艺解决农村生活污水问题显得尤为重要。一体化水处理设施作为近几年新兴的技术，其具有抗冲击负荷能力强、占地小、低能耗、出水水质稳定、便于完成自动控制等优点，对农村生活污水的处理起到重要作用。

1    农村污水治理现状

与城市污水性质不同，由于村庄在地理上分散，所以污水处理措施缺乏，污水对农村环境影响严重，也阻碍了农村的经济发展[1]。农村生活污水具有面广、分散的特点，同时污水的产量较小、波动较明显、变化系数较大[2]。因此，根据村镇的地理分布特点，采取有效的污水处理和收集方式是解决农村污水问题的根本。目前，村镇污水处理模式主要采用分散处理模式、集中处理模式及管网截污模式。农村水处理技术则多样化，处理工艺多采用组合工艺，根据实际情况进行优化组合。

1.1    农村污水处理技术

目前，农村生活污水采用的技术方法主要有以下几种：土壤渗滤法、人工湿地、生物滤池、稳定塘技术、一体化处理设施和生物膜法等[3]。其中膜生物反应器技术在农村水处理中应用最多，其次是活性污泥相关工艺，最后是人工濕地和生物膜工艺等技术。其主要工艺如表1所示。

1.2    农村污水处理现存问题

虽然新农村污水处理取得了一定的效果，但在某些方面仍存在着问题。一是环境保护机构不健全，缺乏专业的环保人才;二是农村水处理工艺推广较难;三是技术工艺单一，无区分度;四是水质不达标，出水水质易波动，氨氮值较高，不能持续满足排放标准;五是后期运行无专业人士维护。

2    一体化水处理设施

农村污水处理如果依赖集中式污水处理，则需要兴建污水管网，这给污水处理建设投资带来压力。基于我国农村实际情况，分散式污水是行之有效的处理方式。基于分散式污水处理技术理念，为了减少基建设施和缩短工程建设周期，一体化污水处理设施也逐渐在市场上取得一定地位。

一体化成套技术是近年来比较新兴的技术，其具有抗冲击负荷能力强、占地小、低能耗、出水水质稳定、便于完成自动控制等优点，对农村生活污水的处理起到重要作用[4-5]。

2.1    一体化水处理设施— A2/O+MBR+微纳米气泡深度处理

本次介绍的一体化水处理技术采用“A2/O+MBR+微纳米气泡深度处理”的组合工艺，是在传统A2/O工艺与MBR工艺基础上的改良与创新，是一种新型脱氮、除磷、好氧生化处理技术与微纳米气泡深度处理专有技术的结合，并将微纳米气泡技术与臭氧高级氧化技术进行工艺集成，同时增加在线监测及智能控制，其性能稳定、工艺成熟。A2/O工艺设置了厌氧、缺氧和好氧反应器，与MBR膜分离技术结合其脱氮效率更高，最后在末端用微纳米臭氧气泡进行高级氧化及消毒，亦可根据实际情况将微纳米臭氧气泡组合至工艺前端，降低前期污水生物负荷。该工艺是污水高标准排放的一个独特的高效装置。

农村生活污水经过收集管道先通过格栅除去污水中颗粒较大的悬浮物，进入污水调节池进行均化和储存，在液位控制器的控制下污水被定量的提升到“A2/O+MBR+微纳米气泡深度处理”一体化污水处理设备中，污水通过厌氧、兼氧、好氧、膜池、微纳米气泡深度处理达标后排放或回用。其工艺流程图见图1。

本工艺好氧段设置成固定填料（碳素纤维或复合填料）生物滤池，并在好氧段和MBR池采用微纳米气泡曝气提供氧源，微纳米气泡具有稳定性强、带负电荷、产生自由基离子、氧传质效率高等特点，在优化的运行条件下，氧利用率可能接近100%。微纳米曝气对污水的作用与普通曝气有所不同，不是对污染物质的去除，而是在微纳米曝气条件下可以提高污水中溶解性有机物（DOM）的含量，进而提升污水的可生化性能，且在曝气中大大提高了反应池的生物量和生物活性，显著提高污水的处理效率。

“A2/O+MBR+微纳米气泡深度处理”工艺中对微纳米气泡粒径和Zeta电位进行了测定，并对其稳定性和带负电荷进行了验证。检测结果显示，在曝气15 min后，微纳米气泡装置产生的空气纳米气泡的尺寸90%小于288.7 nm，纳米级气泡数量为3.98×107～5.20×107个/mL;衰减测试为113 h后空气源纳米气泡的尺寸90%小于322.4 nm，纳米级气泡数量为1.19×108个/mL;纳米气泡的Zeta电位检测为-25.9 mV。

选择最小的底部曝气方式和微纳米气泡快速发生装置为例进行对比分析，2种曝气方式所需的设备和耗电量情况比较见表2。

可以看出，以对生活污水中污染物的最大去除率为标准考量。当使用微纳米气泡曝气作为A2/O工艺的曝气方式时，消耗每度电能处理的生活污水量为1 818.2 L;当使用底部曝气作为A2/O工艺的曝气方式时，消耗每度电能处理的生活污水量仅为62.5 L。在A2/O工艺处理生活污水的曝气方式选择中，与底部曝气相比，微纳米曝气每天处理的水量也多于前者。当今大多数污水处理厂的电耗中，曝气的电耗占到整个电耗的50%～70%，所以微纳米气泡曝气活性污泥法工艺在生活污水处理中的运用，对提高污水处理厂的处理效率、降低能耗具有很重要的现实意义。

在MBR膜池中，膜组件对反应池中的微生物，尤其是对周期较长的硝化、反硝化菌种以及存在于小污泥颗粒中的微生物具有良好的截留作用，可提高微生物种群的丰富性与多样性;同样由于膜的截留，其活性污泥浓度较高，使其具有更加优异的脱氮除磷效果，对COD、TP、NH3-N的去除效率更高，排放水质更加稳定可靠。

在终端，用微纳米气泡臭氧对膜池出水进行氧化深度处理，并具有消毒及充氧作用。在深度处理池中，利用微纳米气泡将臭氧转化为羟基自由基，氧化效果大大提高，将生物处理后废水中难降解的有机物及N化合物进行氧化。在生化过程无法达标的情况下，对其COD、氨氮等进一步降低，保证高质量出水。另在水质负荷较高、生化性较差的原水中，可通过阀门控制在进水阶段对其进行微纳米臭氧氧化，降低进水COD及不宜生化的有机物，提高生化性能。

“A2/O+MBR+微纳米气泡深度处理”系统的污泥排放量很小，甚至可以做到不产泥。污泥自降解和污泥水解可降低传统水处理系统的效率，但对“A2/O+MBR+微纳米气泡深度处理”反应系统却非常有益。常规的活性污泥法通常采用的是生物周期处于稳定期末尾至衰亡期初始时的活性污泥，而由于膜生物反应器中的高污泥浓度，微生物的总量非常大，在消耗水中有机污染物的同时，还有许多的微生物处于“饥饿”状态，因而相当一部分处于衰亡期的微生物依靠自身的内源呼吸进行代谢分解，在保持出水污染物低浓度的同时，消耗了污泥生长过程中的剩余量。其出水最高可达到地表准 Ⅳ类水：五日生化需氧量（BOD5）6 mg/L、化学需氧量（COD）30 mg/L、氨氮1.5 mg/L、总氮15 mg/L、总磷0.3 mg/L。

2.2    一体化水处理设施的技术构成

A2/O+MBR+微纳米气泡深度处理技术方案主要分为以下部分构成。

2.2.1    硬件构成。硬件构成包含厌氧池、缺氧池、好氧池、MBR池、深度处理池、微纳米曝气装置、制氧机、臭氧发生器、污泥池、水泵、在线监测探头、自控设备，主要有以下技术组成。①A2/O+MBR池体构筑物部分：包括池体大小、停留时间、回流比的设计，好氧段填料的选择，MBR池膜的选择。②曝气部分：微纳米气泡快速发生技术、曝气技术。③深度处理部分：包括臭氧充气量的范围、微纳米气泡快速发生技术、曝气技术、池体催化剂的选择。

2.2.2    自控构成。在进水端、出水端及中间池体放入在线监测指标探头，包括DO、pH值、温度、液位、氨氮等指标，采用远程终端单元实现远程监控，再根據其数值的范围及警戒值，通过提前预设其运营工艺参数，分析告警情况并将告警情况发送至授权终端，对其相应的进水泵、加药泵、回流泵、提升泵、阀门等通过预先设定好的程序对其精准控制，实现对设备的控制功能。

2.3    一体化水处理设施的适用范围

A2/O+MBR+微纳米气泡深度处理技术主要针对农村污水处理，但也对园区生活污水、远离市政管网的小股分散生活污水处理、部分工业废水有一定的适用性。根据不同的水质计算出不同的运行数据及组合程度。

2.3.1    小股分散生活污水性质。园区生活污水、农村生活污水、远离市政管网的小股分散生活污水性质：该类生活污水负荷比较稳定、可生化性较高，部分园区对回用水也有一定的需求，因而部分出水可以按中水回用标准执行，部分排水按排水标准执行，臭氧微纳米氧化集中在后端，当进水水质流量不稳定时，膜池出水水质也会少许不稳定，深度处理弥补出水不达标短板，将水质处理达标排放或回用。

2.3.2    部分工业废水性质。A2/O段前期可用部分微纳米臭氧高级氧化，打断工业废水中生化性较差的大分子有机物，减轻A2/O段处理负荷，在后端加强深度处理力度，满足一定的脱色要求（如有），提高出水水质标准。

3    结语

农村污水处理发展的主要方向应该是利用多种工艺组合的方式。利用一体化处理装置，有效利用微纳米气泡可以分解难降解污染物的优势，同时与其他相关技术手段结合，提高其对难降解污染物分解能力。这种污水处理方式可以解决农村污水难降解、污染物多、环境复杂等导致农村污水处理特殊的问题，在今后农村污水处理中具有广阔的应用前景。

4    参考文献

[1] 梁祝，倪晋仁.农村生活污水处理技术与政策选择[J].中国地质大学学报，2017，7（3）：18-22.

[2] 孙瑞敏.我国农村生活污水排水现状分析[J].能源与环境，2010（5）：33-34.

[3] 齐瑶，常杪.小城镇和农村生活污水分散处理的适用技术[J].中国给水排水，2008，24（18）：24-27.

[4] 王睿，李亚，梅荣武.一体化成套技术在农村生活污水处理中的应用研究[J].环境与可持续发展，2018，43（2）：14-17.

[5] 白晓龙，顾卫兵，金胜哲，等.一体化农村生活污水处理工艺的设计与应用[J].中国给水排水，2011，27（4）：58-60.