A2／O－MBR 一体化污水处理设施处理农村生活污水

丁毅， 张祥平， 汤建安， 付明涛

（中蓝连海设计研究院有限公司， 江苏 连云港 222004）

江苏省某乡镇水环境综合治理工程以“控源截污、 分类处理、 点面结合、 综合监控”的整体思路提出了综合治理方案， 具体实施措施包括： 上游农村生活污水收集管网建设， 农村分散生活污水一体化处理站建设， 水环境生态修复、 污水设施运行监控以及主要河道断面水质监测。 其中， 农村分散生活污水一体化处理站是水环境综合治理工程中的重要一环。 农村生活污水具有分散性大、 规模小、 水量水质波动大、 可生化性好等特点［1-2］， 其处理工艺有： A／O、 A2／O、 MBR、 生物滤池、 人工湿地、稳定塘等［2］。 A2／O-MBR 已发展成为一种程序预设及一体化集成的技术， 该技术设施具有程序预设、效果明显、 适应性强、 施工便捷、 投资少、 占地小、 运维简单等特点， 适用于农村分散生活污水的处理， 成为农村污水处理的重要发展趋势［3］。

1 工程概况

本工程共含8 个农村污水处理站， 农村经济水平较高， 设施较为齐全， 其用水普及率及污水收集率均较高。 通过人口综合法及实测数据法测算污水量： 结合上位规划及类似地区农村污水量指标， 本工程的污水量指标为50 ～65 L／（人·d）［4］， 通过人口综合法测算各村污水量； 同时结合各村最高日用水量实测数据， 按污水收集率为90%， 通过实测数据法测算各村污水量； 2 种测算方法取高值后， 考虑10%的安全裕量。 排水量从全年来看， 日变化系数较大， 夏季及长假期间日排水量较高； 从全天来看， 早中晚用水高峰期污水产生量较大； 其污水量具有一定的波动性。 综合考虑， 1＃～8＃ 污水站设计规模分别是10、 40、 10、 10、 10、 100、 15、 25 m3／d， 均属于小型污水处理站的范畴。 本文以6＃污水站（100 m3／d）为例， 重点介绍其各项参数。

2 设计水质

污水站进水主要为农村居民生活污水， 包括厨房、 淋浴、 洗涤及冲厕废水， 同时还伴有少量养殖废水； 含有大量有机物、 少量病原菌、 病毒、 寄生虫卵、 盐类； 农村污水的COD 与BOD 均略低于城镇污水， SS、 NH3-N、 TN 及TP 接近于城镇污水。根据类比法， 参照省内外经济水平程度类似地区的农村污水水质［4-5］， 设计进出水水质如表1 所示。设计出水水质达到DB32／ 3462—2020《农村生活污水处理设施水污染物排放标准》一级A 标准， 尾水就近排放至灌溉渠或河流， 补充自然水体。

表1 设计进出水水质Tab. 1 Design influent and effluent water quality

3 污水处理工艺

3.1 处理工艺选择

本工程进水具有以下特点： 与一般城镇污水厂相比， 进水水量波动性大， 进水COD 及BOD5浓度不高， 进水SS、 NH3-N、 TN 及TP 浓度均较高，出水SS、 TN 及TP 的去除率要求较高。 工程的重点在于选用适应性强的生化法进行同步脱氮除磷，以及选用低运行成本的物理法稳定地去除SS。

经调查， 目前江苏农村污水处理工艺的数量构成如下： A／O 工艺占61.4%， MBR 工艺占20.5%，生物转盘工艺占9.1%， 生物滤池+人工湿地工艺占6.8%， 厌氧+人工湿地工艺占2.2%［4］。 其中A／O 工艺生物脱氮效果较好， 但无生物除磷效果； 生物转盘抗水量冲击负荷的能力较弱， 无法适应水量波动大的工况； 生物滤池+人工湿地、 厌氧+人工湿地工艺占地大， 受气候影响大， 抗污染负荷能力差，出水水质不稳定。

考虑到本工程农村生活污水的特点， 为了保证脱氮除磷的效果及出水水质的稳定， 本工程采用A2／O-MBR 处理工艺。 A2／O 工艺是是一种带混合液回流的前置反硝化生物脱氮除磷工艺， 其中反硝化主要在缺氧池中进行， 硝化主要在好氧池中进行， A2／O 工艺不但具有稳定的脱氮功能， 而且对COD、 BOD5、 磷酸盐等有较高的去除率， 处理程度较高［6-7］。 MBR 工艺中膜的截留作用保持了高污泥浓度， 确保生物降解的稳定性， 提高了生化系统的抗冲击能力， 稳定地保证了出水COD、 BOD5、NH3-N 及SS 的去除率， 而且剩余污泥量较少［8］。该组合工艺具有明显的优势： 对进水适应性强、 同步脱氮除磷、 出水水质稳定且运行成本较低。

3.2 工艺流程

本工程工艺流程如图1 所示。

图1 污水处理工艺流程Fig. 1 Process flow of sewage treatment

污水经格栅去除大颗粒漂浮物和悬浮物后进入调节池， 经潜污泵提升至A2／O-MBR 一体化设备内的厌氧池。 污水重力流依次经过缺氧池、 好氧池、 MBR 膜池， 膜池内污水经负压抽吸至出水井，尾水排放管设流量计。 好氧池内混合液经泵回流至缺氧池， MBR 膜池底部污泥经泵定期回流至厌氧池； 缺氧池、 好氧池内设弹性填料挂膜， MBR 膜池内设浸没式平板膜组件。

4 主要构筑物设计参数

（1） 调节池。 1 座， 尺寸为D×H=4.0 m×3.0 m， 最大调节容积为25 m3， HRT=6 h。 调节池、 格栅及潜污泵为一体化提升设备， 玻璃钢材质； 格栅过栅流速为0.6 ～1.0 m／s。 配套粗格栅1 套， 栅宽为600mm， 间隙为10mm； 提升泵2 台， 1 用1 备， Q=8 m3／h， H=10 m， N=0.55 kW； 液位控制器1 套。

（2） A2／O-MBR 池。 1 座， 总尺寸为9.0 m ×3.0 m × 3.0 m， 总HRT = 16 h， 一体化处理设备，Q235 碳钢防腐。 厌氧池尺寸为1.1 m×3.0 m×3.0 m， HRT = 2 h； 缺氧池尺寸为1.7 m × 3.0 m × 3.0 m， HRT = 3 h； 好氧池尺寸为4.5 m × 3.0 m × 3.0 m， HRT = 8 h； MBR 膜池尺寸为1.7 m × 3.0 m ×3.0 m， HRT=3 h。 混合液回流比为200%， 污泥回流比为100%， A2／O 池MLSS 取3 500 mg／L， 污泥负荷取0.042 kg［BOD5］／（kg［MLSS］·d）。 MBR 膜池MLSS 取10 g／L， 污泥负荷取0.02 kg［BOD5］／（kg［MLSS］·d）， 浸没式MBR 膜通量为15 ～25 L／（m2·h）。 厌氧池ρ（DO）≤0.2 mg／L， 缺氧池ρ（DO）≤0.5 mg／L， 好氧池ρ（DO）≈3 mg／L。 A2／O 池配套生物填料300 根， 规格φ150 mm， 长2 000 mm，间距200 mm； 混合液回流泵2 台， 1 用1 备， Q=10 m3／h， H=10 m， N=0.55 kW； 曝气系统1 套；支架1 套； 液位控制器1 套。 MBR 膜池配套平板组件1 套； 污泥回流泵2 台， 1 用1 备， Q=5 m3／h， H=10 m， N=0.4 kW。

（3） 辅助用房。 1 座， 配套MBR 膜抽吸泵2台（1 用1 备)， MBR 膜反洗泵1 台， 单台参数均为Q=5 m3／h， H=14 m， N=0.45 kW。

5 运行效果

本工程出水水质检测由建设单位委托具备资质的第三方检测公司进行。 调试期间每周检测2 次，稳定运行后每月检测2 次； 运行稳定后连续检测3个月， 6＃ 污水站实际出水水质见表2， 其中SS 在6 次水质检测中均未检出。

表2 污水站出水水质Tab. 2 Effluent water quality of sewage treatment station

由表2 可知， 该处理工艺对COD、 BOD5、 SS、NH3-N、 TN、 TP 的平均去除率分别为90.0%、98.9%、 99.9%、 99.7%、 78.6%、 74.3%， 出水水质均可稳定达到DB32／ 3462—2020 一级A 标准。

6 运行成本

运行稳定后， 8 个农村污水站与已建成的其他农村污水站统一交付第三方水务公司运营， 人工费统一折算为0.25 元／t； 8 个污水站的药剂费相差不大， 约为0.06 元／t； 随着处理规模的递增， 电费成本呈明显递减的趋势， 6＃ 污水站的电费约为0.22元／t； 6＃污水站总运行成本约为0.53 元／t。

7 结语

（1） 农村污水采用A2／O-MBR 一体化污水处理设备进行处理， COD、 BOD5、 SS、 NH3-N 的去除效果显著， 出水水质可达到DB 32／ 3462—2020一级A 标准。

（2） 在水环境综合治理工程中， 采用A2／OMBR 一体化设备处理农村分散生活污水， 体现了其特有的优势： 处理效果稳定、 适应性强、 自动化程度高、 施工便捷。 有望成为分散式农村污水处理的重要发展趋势。

（3） 根据本工程的设计及运行经验， 提出以下问题及建议： ①部分独立庭院的农户， 庭院内设有明沟、 集水坑及排水管， 且无顶棚， 雨季时雨水与庭院污水一起排入到户外污水管网， 对污水站冲击较大； 建议针对该类农户较多的村庄， 尽可能改造庭院内排水管， 做到雨污分流； 对难以雨污分流的村庄， 在污水站进水井处增设溢流管， 缓解雨季时污水量大幅度波动对污水站生化系统的冲击。 ②农村污水处理站的数量多、 分散性高， 对运维人员的专业技术水平要求较高， 从稳定运行及降低运行成本的角度考虑， 建议后期大批量污水站的运维与水环境综合治理工程中的监控、 检测及管网运维等业务有机结合， 统一交由水务公司。