MBR一體化污水處理設(shè)備在農(nóng)村污水處理中的應(yīng)用

盧鳳華，賴志鵬

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

1 前言

據(jù)《2016年城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計(jì)公報(bào)》[1]顯示，“十三五”期間全國(guó)城市共有污水處理廠2039座，污水處理率93.44%；縣城共有污水處理廠1513座，污水處理率87.38%。我國(guó)城市污水處理事業(yè)取得了較好的發(fā)展，但城市污水管網(wǎng)收集系統(tǒng)難以延伸的區(qū)域處理率相對(duì)較低，2016年我國(guó)行政村的污水處理率只有20%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于城市和縣城?！笆濉逼陂g，國(guó)家和各級(jí)政府提出要進(jìn)一步改善農(nóng)村生活環(huán)境，加快農(nóng)村污水設(shè)施的建設(shè)，這就為小型一體化污水處理設(shè)備提供廣闊的發(fā)展空間。膜生物反應(yīng)器（MBR）工藝因出水效果穩(wěn)定、自動(dòng)化程度高，成為市政污水處理廠提標(biāo)改造的主要技術(shù)之一[2～4]。近幾年，隨著國(guó)家對(duì)農(nóng)村環(huán)境整治力度的加大，MBR工藝已在農(nóng)村污水處理領(lǐng)域得到應(yīng)用并吸引了廣泛研究[5～8]。

因此，作者將分析MBR一體化污水處理設(shè)備，并介紹其在農(nóng)村污水的項(xiàng)目應(yīng)用情況，為實(shí)際的工程提供參考依據(jù)。

2 傳統(tǒng)農(nóng)村污水處理法的不足

農(nóng)村污水傳統(tǒng)的處理工藝包括：A/O、A2/O、氧化溝、生物轉(zhuǎn)盤(pán)、生物接觸氧化、SBR法和人工濕地等。傳統(tǒng)農(nóng)村污水處理工藝主要采用重力沉降進(jìn)行固液分離，對(duì)污水中的碳、氮、磷具有一定的處理效果，但不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，原因有：1）農(nóng)村污水水質(zhì)水量晝夜變化大，傳統(tǒng)的生物處理法抗沖擊負(fù)荷差，出水水質(zhì)不穩(wěn)定；2）曝氣池內(nèi)污泥濃度為2000～3000mg/L，污泥濃度不高，限制生物降解能力；3）出水受到二沉池固液分離效果限制，容積負(fù)荷低，占地面積大；4）剩余污泥產(chǎn)生量大，增加污泥處理費(fèi)用；5）微生物易隨水流流失，對(duì)某些特殊污染物降解能力有限；6）水質(zhì)不夠穩(wěn)定，處理設(shè)施多，管理復(fù)雜。

3 MBR一體化污水處理在農(nóng)村污水處理中的應(yīng)用

3.1 工藝介紹

MBR工藝是一種生物處理與膜分離相結(jié)合的新型處理技術(shù)，包括超細(xì)格柵、生化池、膜池、回流系統(tǒng)、曝氣系統(tǒng)、消毒系統(tǒng)等模塊，同時(shí)配合電氣控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)智能化管理。按照好氧池和膜組件的放置形式主要分為合并式和分體式，通過(guò)向好氧池和膜池曝氣，使大量微生物降解水中的有機(jī)物、氧化氨氮，并利用膜截留懸浮物和大分子有機(jī)物，降低出水中有機(jī)物和氨氮等污染物的含量。

在實(shí)際項(xiàng)目中，MBR一體化污水處理設(shè)備的工藝以缺氧-好氧MBR（即AO/MBR）、兼氧MBR（即FMBR）為主，同時(shí)伴有少量的好氧MBR（即O/MBR）工藝。

3.1.1 AO/MBR一體化污水處理設(shè)備

AO/MBR一體化污水處理設(shè)備在分散式污水處理項(xiàng)目中應(yīng)用最廣泛，該工藝由缺氧區(qū)、好氧區(qū)和膜區(qū)組成，其中好氧區(qū)和膜區(qū)一般為合并式。將缺氧池設(shè)置在除碳過(guò)程的前面，先將廢水引入缺氧池，反硝化菌利用原污水中的有機(jī)物作為碳源，將回流液中大量的硝態(tài)氮還原成氮?dú)?，從而達(dá)到脫氮的目的。廢水進(jìn)入后續(xù)的好氧池，亞硝化菌和硝化菌將氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，并回流至缺氧池進(jìn)行反硝化。該方法優(yōu)點(diǎn)是處理效率高，流程簡(jiǎn)單，投資省，操作費(fèi)用低，但對(duì)總磷有更高要求時(shí)，應(yīng)設(shè)置化學(xué)加藥除磷設(shè)備。

3.1.2 FMBR一體化污水處理設(shè)備

兼氧MBR工藝（簡(jiǎn)稱為FMBR），業(yè)內(nèi)認(rèn)為是AO/MBR工藝的變型。兼氧膜生物反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)大量的兼性復(fù)合菌群，水中的污染物在兼性復(fù)合菌群的作用下得到分解，最后混合液通過(guò)膜的過(guò)濾，出水排放或回用。FMBR工藝碳、氮污染物的降解機(jī)理與傳統(tǒng)工藝類似，但對(duì)于磷元素的去除機(jī)理，市面上的設(shè)備廠家認(rèn)為主要是靠氣化除磷，并非是傳統(tǒng)的厭氧釋磷、好氧吸磷機(jī)理，從而系統(tǒng)不排泥也可以達(dá)到除磷的效果[9]。

氣化除磷[10]是指特種菌在兼性條件下將污水中的磷轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的PH3，由于PH3非常不穩(wěn)定，曝氣過(guò)程中瞬間氧化為磷的氧化物被帶入空氣中，進(jìn)入磷的自然生態(tài)循環(huán)，從而將磷元素從污水中去除。污水處理中的氣化除磷理論從1988年提出以來(lái)，一直存在較大爭(zhēng)議，如何控制苛刻的反應(yīng)條件及妥善收集、處理劇毒的PH3，學(xué)術(shù)界目前仍無(wú)明確的共識(shí)。

3.1.3 O/MBR一體化污水處理設(shè)備

O/MBR工藝由好氧和膜分離組合，是MBR一體化設(shè)備中最簡(jiǎn)單的工藝（見(jiàn)右圖）。該工藝與AO/MBR工藝相比，沒(méi)有缺氧池和硝化液回流系統(tǒng)，微生物主要在好氧池和膜池中降解氨氮和有機(jī)物，同時(shí)利用膜截留懸浮物和大分子有機(jī)物。通常O/MBR一體化污水處理設(shè)備可以滿足《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920—2002）要求，但系統(tǒng)對(duì)總氮與總磷去除效果有限，因此O/MBR一體化污水處理設(shè)備主要用于臨時(shí)性污水治理（如建筑工地）、突發(fā)性應(yīng)急污水治理（如溢流污水、微污染河道、黑臭水體快速整治）、過(guò)渡性的污水治理（如城鄉(xiāng)接合部等）。

3.2 設(shè)備優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)工藝的一體化污水處理設(shè)備相比，MBR一體化污水處理設(shè)備是以生物處理和膜截留組合的反應(yīng)器，采用膜過(guò)濾替代重力分離，提高曝氣池污泥濃度，同時(shí)強(qiáng)化微生物降解能力，運(yùn)行操作方便，實(shí)現(xiàn)1+1＞2的效果。

MBR模塊圖

MBR一體化污水處理設(shè)備的主要優(yōu)勢(shì)有：1）對(duì)污染物去除率高，由于膜組件的膜孔徑非常小，可將生物反應(yīng)器內(nèi)全部的懸浮物和污泥截留下來(lái)，對(duì)SS有良好的去除效果，同時(shí)反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度可達(dá)到較高水平，也提高了MBR對(duì)有機(jī)物的去除效率；2）耐沖擊負(fù)荷，由于膜組件的高效截留作用，使反應(yīng)器內(nèi)微生物濃度高，生物種群多樣性好，耐沖擊負(fù)荷；3）強(qiáng)化硝化作用，膜組件的分離作用可以使生物反應(yīng)器中的水力停留時(shí)間（HRT）和污泥停留時(shí)間（SRT）完全分開(kāi)，從而使系統(tǒng)中生長(zhǎng)緩慢、世代時(shí)間較長(zhǎng)的微生物（如硝化細(xì)菌）在反應(yīng)器中有足夠時(shí)間生存，強(qiáng)化了反應(yīng)器的硝化作用；4）受污泥膨脹問(wèn)題影響小，污泥膨脹會(huì)使傳統(tǒng)的活性污泥的出水固液分離效果不好，而MBR采用膜進(jìn)行固液分離，因此污泥膨脹對(duì)MBR出水的固液分離影響??；5）MBR設(shè)備在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷、長(zhǎng)泥齡的條件下運(yùn)行，反應(yīng)器內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)相對(duì)缺乏，微生物處在內(nèi)源呼吸階段，污泥產(chǎn)率低，剩余污泥的產(chǎn)生量很少，節(jié)省污泥處理處置費(fèi)用。

3.3 應(yīng)用情況

市場(chǎng)上的MBR一體化污水處理設(shè)備多用于農(nóng)村生活污水，主要分布在北京、天津、江蘇、浙江、云南、廣東、江西、四川、山東、湖南、重慶等地區(qū)，結(jié)合化學(xué)除磷方式，出水水質(zhì)一般能穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。MBR一體化污水處理設(shè)備對(duì)于出水水質(zhì)要求較高或經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。北京市生態(tài)環(huán)境局的調(diào)研[11]顯示，北京市的農(nóng)村生活污水處理工藝有70多種，在調(diào)查的1104座污水處理設(shè)施中，采用MBR工藝的污水處理設(shè)施達(dá)641座，占總數(shù)的58.1%，而其他工藝占比均小于10%，這主要是與其他地區(qū)相比，北京市對(duì)農(nóng)村污水有明確的排放標(biāo)準(zhǔn)，且要求更加嚴(yán)格。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著政府不斷推進(jìn)深化農(nóng)村污水治理工作，MBR一體化污水處理設(shè)備因出水水質(zhì)良好且穩(wěn)定，應(yīng)用會(huì)更加廣泛。隨著MBR工藝的廣泛應(yīng)用，更多的科研機(jī)構(gòu)、環(huán)保企業(yè)、工程公司加入研究與應(yīng)用中，MBR一體化污水處理設(shè)備的發(fā)展方向主要包括：1）擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，向有機(jī)廢水、高濃度廢水處理領(lǐng)域拓展；2）與多種傳統(tǒng)工藝耦合優(yōu)化，創(chuàng)新工藝，提高污水處理效率；3）提高膜抗污染性，降低系統(tǒng)能耗；4）設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化，進(jìn)一步提高集成度，減少占地面積。因此，隨著MBR工藝的不斷應(yīng)用創(chuàng)新，MBR一體化污水處理設(shè)備在污水處理的應(yīng)用中將更為普遍。