MBR以及MBR+人工湿地组合工艺在农村生活污水处理中的应用

刘微微

(上海韵水工程设计有限公司，上海 201707)

0 引 言

上海市的新农村建设立足于国际大都市郊区的定位和特点，在功能、风格、设施等方面着眼于人与自然和谐相处，凸显海派风格、都市风格和江南水乡风格。以改善农民生活质量为前提，制定科学合理的发展规划及公用设施、村民住房、环境建设等基本标准，确保新农村建设健康、稳定、可持续发展。长期以来，郊县农村生活污水由于没有市政管网的覆盖，主要为经简易化粪池处理后就近排入河道，其水质未达到排放标准，对水环境造成不同程度的不良影响。

自2000年以来，上海市已连续实施以三年为一轮的4轮环保行动计划，在环境综合整治方面取得显著的成效，大大改善了农村居民的居住环境以及周围河道的水质。根据上海市2015-2017年环境保护和建设三年行动计划——水环境治理与保护专项实施计划，为进一步巩固前期农村生活污水治理的成果，计划2018年进行新一轮的农村生活污水治理工程。本文以奉贤区水环境治理与保护专项实施计划中的农村生活污水改造项目为例，对MBR以及MBR+人工湿地组合工艺在农村生活污水处理中的应用进行研究，分析其净化效果以及在农村生活污水中应用的适应性。

1 研究区概况

奉贤区庄行镇是上海市新农村建设试点镇，自2009年以来，部分村已实施了地埋式土壤渗滤系统、MBR(膜生物反应器)和纳管到市政管网等工程，解决了部分村民农村生活污水集中处理问题，加之农村水环境综合治理工程，大大提高了农村水环境质量。本文以2018年新一轮农村生活污水治理工程中庄行镇马路村、张塘村、浦秀村为例，研究MBR和MBR+人工湿地两种工艺在农村生活污水中的应用，分析两种工艺的净化效果，具体情况见表1。

表1 污水处理情况统计表

2 研究区水质状况

本工艺处理对象以居民生活污水为主，污水主要来源于村内居民日常生活排放的卫生间粪便冲洗水、淋浴水、厨房污水以及日常清洗废水等[1]。农村生活污水中，污染物以有机物为主，含纤维素、淀粉、糖类、脂肪、蛋白质等，还含有氮、磷等无机盐类，基本上不含有重金属和有毒、有害物质，污水的可生化性好[2]。

虽然未取得本项目区域内农村居民生活污水的实测数据，但是奉贤区已实施多年农村生活污水处理工程，已经积累了一定量的水质检测数据，所以本文参考近几年奉贤区农村生活污水处理工程的进水水质检测数据作为设计依据。见表2。

表2 设计进水水质一览表 /mg·L-1

3 处理工艺

3.1 平板膜——MBR处理工艺

考虑项目区农村经济基础和管理水平的现状，对于规模相对较大且人口相对集中的自然村，采用平板膜——MBR处理工艺，流程见图1。

图1 平板膜-膜生物反应器农村污水处理工艺流程图

农村生活污水进入化粪池，在池内停留约1～2 d，通过沉淀和消化的作用，主要去除污水中的悬浮性固体污染物、COD，TN、TP也会有一定的削减。化粪池出水经新建污水收集管网收集后进入格栅井，格栅井的主要功能是均衡水量和水质，同时在其前端设置粗细格栅，拦截水中粗大的悬浮物和漂浮物，保护提升泵和后续工艺的正常运行。

污水通过格栅井进入沉渣池，再到平板膜-膜生物反应器一体化设备处理系统，该系统主要由反应池体、平板膜MBR组件、曝气风机、膜出水泵、除磷加药等部分组成。缺氧池主要使有机物发生水解、酸化和甲烷化，主要去除总氮，提高污水的可生化性；将具有独特结构的浸没式膜组件置于曝气池中，经好氧曝气，主要让活性污泥进行有氧呼吸，进一步使有机物分解为无机物；膜池主要为氨氮的硝化，实现水泥分离，减小出水悬浮物浓度，同时也去除大幅的细菌和病毒；生态除磷池主要去除总磷；MBR系统产生的剩余污泥经排泥泵泵入MSTD池，MSTD池主要在污泥浓缩的同时实现污泥消化，使剩余污泥排放量大幅减少；设备房放置水泵、风机、加药装置、电控柜等。

3.2 人工湿地

人工湿地作为对有机物净化效果好、对脱氮除磷效果优的处理技术，在污水处理上被广泛应用。结合口袋公园的同步建设，本次马路村13号、14号以及浦秀村13号处理站后再设置一定面积的人工湿地。人工湿地配合美丽乡村建设，作为口袋公园景观之一，后期养护由村负责，湿地植物一年收割一次。

湿地断面宽8 m，其中生物除磷填料池宽1.5 m，湿地池宽6.14 m，池壁厚120 mm；断面高0.82 m，底板厚200 mm，池高0.62 m。主体结构为钢筋混凝土，碎石填充层150 mm，陶粒填充层250 mm，细土填充层150 mm，上部为湿地作物种植，湿地断面图见图2。湿地作物主要采用菖蒲、美人蕉、麦冬草混种，其中菖蒲、美人蕉占据湿地上部空间生长，麦冬草占据下部空间。利用湿地内的微生物和植物对水中微生物进行进一步的吸附[3]。

4 结果与分析

4.1 水质处理指标

根据《上海市污水处理出水水质暂行规定》(沪水务[2017]1077号)中规定的标准执行，对于III类及以上水质控制区，处理尾水应达到规定中的一级A标准；对于其他地区，处理尾水应达到规定中的一级B标准[4]。根据奉贤区各镇建设的要求，处理尾水应达到一级B标准。见表3。

表3 上海市农村生活污水处理工程出水水质评价标准

4.2 运行效果

4.2.1 MBR工艺出水水质分析

对马路村、张塘村、浦秀村新建MBR工艺处理效果，选取氨氮(NH4+-N)、总氮(TN)、悬浮物(SS)、化学需氧量(CODCr)、阴离子表面活性剂(LAS)、动植物油、总磷(TP)几项指标，对比标准值，分析系统对污染物的去除效果，结果见图3-图6。

图3 马路村净化效果

图4 张塘村净化效果(9月20日)

图5 张塘村净化效果(11月20日)

图6 浦秀村净化效果

由图3-图6可知，该处理工艺均达到上海市农村生活污水处理工程出水水质评价标准一级B标准，通过该系统，基本可以削减该部分污染负荷。有个别点位的总氮和悬浮物的出水浓度略高，主要由于进水水质、水量的不稳定，以及污水在系统中水力停留时间较短，整个系统作用时间不够，截留作用不够大，但仍对污染物有很大的去除效果，依然满足出水水质标准要求。

4.2.2 工艺不足问题

MBR工艺暂时运行时间较短，初期出水水质较好，后期随着气候变化，需时刻监测水质的变化情况，调整进水水质的水量，来稳定MBR工艺的出水水质。因MBR处理工艺出水水质较好，人工湿地对有机物的进一步去除率较低，暂时人工湿地主要体现在口袋公园的景观效果上，后期需进一步监测MBR+人工湿地组合系统的处理效果。

4.3 效益分析

MBR工艺与传统污水处理方法具有很大区别，由于膜的存在大大提高了系统固液分离的能力，从而使系统出水水质和容积负荷都得到大幅度提高。由于膜(孔径0.1 um)的过滤作用，微生物被完全截留在膜生物反应器中，实现了水力停留时间与活性污泥泥龄的彻底分离，消除了传统活性污泥法中污泥膨胀问题。

本系统生活污水处理出水可作为中水用于灌溉用水，不仅节约了水资源，而且氮磷含量相对较高，可节省肥料。

作为因地制宜的小型污水处理系统，污水处理技术运行费用较低，改变了传统污水处理模式将生活污水与工业污水统一输送至污水处理厂，需要大量污水泵站接力，消耗大量动力消解污染负荷。

柔性膜占地小、曝气量低的特点，使能耗和后期运行维护费用大大降低。

本系统的实施，将污水粪便全部收集处理，出水达标排放，结合水系整治，将大大改善农民的环境问题，改善农村的村容村貌，提高卫生、生活水平，保护人民身体健康，促进社会稳定。

污水直接入河，给河道水环境造成极大威胁。采用生活污水分散处理的方式能使污水被就地处理和消耗掉，排入河道的出水符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)和《地面水环境质量标准》(GB 3838-2002)中规定的水环境保护要求，不给河道增加污染源，减轻河道水环境容量的压力，有利于环境的可持续发展。水环境、水生态和水景观的改善将促进本地区资源、环境和经济的可持续发展。

5 结 论

针对庄行镇3个村不能纳管农户，采用平板膜-膜生物反应器工艺技术进行生活污水处理，经运行管理，MBR能有效拦截污染负荷，其出水水质能够符合《上海市污水处理出水水质暂行规定》(沪水务[2017]1077号)中一级B标准。部分系统末端增加人工湿地处理技术，进一步拦截削减入河污染负荷，同时湿地景观还美化了农村生态环境[5]。但该系统还会受进水水质、水量以及气温、水力停留时间的影响，还需进一步优化技术参数。但综合其效益分析，本工艺技术占地省、技术先进、管理方便，可以为周边难以纳入市政污水管网的污水处理提供工艺示范。同时该工艺可以有效改善周边河浜的水体水质，易于与新农村建设理念相结合，打造美丽乡村，促进村镇环境协调发展，易于推广使用。