農(nóng)村污水治理現(xiàn)狀及一體化水處理設(shè)施的應(yīng)用

吳娜 薛曉莉 張志立

摘要? ? 為了妥善處理農(nóng)村污水治理問(wèn)題，找到合適的水處理工藝解決農(nóng)村生活污水問(wèn)題至關(guān)重要。本文介紹了以“A2/O+MBR+微納米氣泡深度處理”為核心的一體化水處理設(shè)施，其作為近幾年新興的技術(shù)，具有抗沖擊負(fù)荷的能力強(qiáng)、占地小、低能耗、出水水質(zhì)穩(wěn)定、便于完成自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)，為農(nóng)村生活污水的處理提供了一種新的解決方法。

關(guān)鍵詞? ? 農(nóng)村污水處理;一體化水處理設(shè)施;A2/O;MBR;微納米氣泡

中圖分類(lèi)號(hào)? ? X505? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? ? A

我國(guó)城鄉(xiāng)之間差距較大，村鎮(zhèn)前期對(duì)生活污水處理的重視程度及投入的資金比例均非常少。隨著國(guó)家對(duì)農(nóng)村污水處理的重視，找到合適的水處理工藝解決農(nóng)村生活污水問(wèn)題顯得尤為重要。一體化水處理設(shè)施作為近幾年新興的技術(shù)，其具有抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、占地小、低能耗、出水水質(zhì)穩(wěn)定、便于完成自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)農(nóng)村生活污水的處理起到重要作用。

1? ? 農(nóng)村污水治理現(xiàn)狀

與城市污水性質(zhì)不同，由于村莊在地理上分散，所以污水處理措施缺乏，污水對(duì)農(nóng)村環(huán)境影響嚴(yán)重，也阻礙了農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)發(fā)展[1]。農(nóng)村生活污水具有面廣、分散的特點(diǎn)，同時(shí)污水的產(chǎn)量較小、波動(dòng)較明顯、變化系數(shù)較大[2]。因此，根據(jù)村鎮(zhèn)的地理分布特點(diǎn)，采取有效的污水處理和收集方式是解決農(nóng)村污水問(wèn)題的根本。目前，村鎮(zhèn)污水處理模式主要采用分散處理模式、集中處理模式及管網(wǎng)截污模式。農(nóng)村水處理技術(shù)則多樣化，處理工藝多采用組合工藝，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化組合。

1.1? ? 農(nóng)村污水處理技術(shù)

目前，農(nóng)村生活污水采用的技術(shù)方法主要有以下幾種：土壤滲濾法、人工濕地、生物濾池、穩(wěn)定塘技術(shù)、一體化處理設(shè)施和生物膜法等[3]。其中膜生物反應(yīng)器技術(shù)在農(nóng)村水處理中應(yīng)用最多，其次是活性污泥相關(guān)工藝，最后是人工濕地和生物膜工藝等技術(shù)。其主要工藝如表1所示。

1.2? ? 農(nóng)村污水處理現(xiàn)存問(wèn)題

雖然新農(nóng)村污水處理取得了一定的效果，但在某些方面仍存在著問(wèn)題。一是環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)不健全，缺乏專(zhuān)業(yè)的環(huán)保人才;二是農(nóng)村水處理工藝推廣較難;三是技術(shù)工藝單一，無(wú)區(qū)分度;四是水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，出水水質(zhì)易波動(dòng)，氨氮值較高，不能持續(xù)滿(mǎn)足排放標(biāo)準(zhǔn);五是后期運(yùn)行無(wú)專(zhuān)業(yè)人士維護(hù)。

2? ? 一體化水處理設(shè)施

農(nóng)村污水處理如果依賴(lài)集中式污水處理，則需要興建污水管網(wǎng)，這給污水處理建設(shè)投資帶來(lái)壓力?；谖覈?guó)農(nóng)村實(shí)際情況，分散式污水是行之有效的處理方式?；诜稚⑹轿鬯幚砑夹g(shù)理念，為了減少基建設(shè)施和縮短工程建設(shè)周期，一體化污水處理設(shè)施也逐漸在市場(chǎng)上取得一定地位。

一體化成套技術(shù)是近年來(lái)比較新興的技術(shù)，其具有抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、占地小、低能耗、出水水質(zhì)穩(wěn)定、便于完成自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)農(nóng)村生活污水的處理起到重要作用[4-5]。

2.1? ? 一體化水處理設(shè)施— A2/O+MBR+微納米氣泡深度處理

本次介紹的一體化水處理技術(shù)采用“A2/O+MBR+微納米氣泡深度處理”的組合工藝，是在傳統(tǒng)A2/O工藝與MBR工藝基礎(chǔ)上的改良與創(chuàng)新，是一種新型脫氮、除磷、好氧生化處理技術(shù)與微納米氣泡深度處理專(zhuān)有技術(shù)的結(jié)合，并將微納米氣泡技術(shù)與臭氧高級(jí)氧化技術(shù)進(jìn)行工藝集成，同時(shí)增加在線監(jiān)測(cè)及智能控制，其性能穩(wěn)定、工藝成熟。A2/O工藝設(shè)置了厭氧、缺氧和好氧反應(yīng)器，與MBR膜分離技術(shù)結(jié)合其脫氮效率更高，最后在末端用微納米臭氧氣泡進(jìn)行高級(jí)氧化及消毒，亦可根據(jù)實(shí)際情況將微納米臭氧氣泡組合至工藝前端，降低前期污水生物負(fù)荷。該工藝是污水高標(biāo)準(zhǔn)排放的一個(gè)獨(dú)特的高效裝置。

農(nóng)村生活污水經(jīng)過(guò)收集管道先通過(guò)格柵除去污水中顆粒較大的懸浮物，進(jìn)入污水調(diào)節(jié)池進(jìn)行均化和儲(chǔ)存，在液位控制器的控制下污水被定量的提升到“A2/O+MBR+微納米氣泡深度處理”一體化污水處理設(shè)備中，污水通過(guò)厭氧、兼氧、好氧、膜池、微納米氣泡深度處理達(dá)標(biāo)后排放或回用。其工藝流程圖見(jiàn)圖1。

本工藝好氧段設(shè)置成固定填料（碳素纖維或復(fù)合填料）生物濾池，并在好氧段和MBR池采用微納米氣泡曝氣提供氧源，微納米氣泡具有穩(wěn)定性強(qiáng)、帶負(fù)電荷、產(chǎn)生自由基離子、氧傳質(zhì)效率高等特點(diǎn)，在優(yōu)化的運(yùn)行條件下，氧利用率可能接近100%。微納米曝氣對(duì)污水的作用與普通曝氣有所不同，不是對(duì)污染物質(zhì)的去除，而是在微納米曝氣條件下可以提高污水中溶解性有機(jī)物（DOM）的含量，進(jìn)而提升污水的可生化性能，且在曝氣中大大提高了反應(yīng)池的生物量和生物活性，顯著提高污水的處理效率。

“A2/O+MBR+微納米氣泡深度處理”工藝中對(duì)微納米氣泡粒徑和Zeta電位進(jìn)行了測(cè)定，并對(duì)其穩(wěn)定性和帶負(fù)電荷進(jìn)行了驗(yàn)證。檢測(cè)結(jié)果顯示，在曝氣15 min后，微納米氣泡裝置產(chǎn)生的空氣納米氣泡的尺寸90%小于288.7 nm，納米級(jí)氣泡數(shù)量為3.98×107～5.20×107個(gè)/mL;衰減測(cè)試為113 h后空氣源納米氣泡的尺寸90%小于322.4 nm，納米級(jí)氣泡數(shù)量為1.19×108個(gè)/mL;納米氣泡的Zeta電位檢測(cè)為-25.9 mV。

選擇最小的底部曝氣方式和微納米氣泡快速發(fā)生裝置為例進(jìn)行對(duì)比分析，2種曝氣方式所需的設(shè)備和耗電量情況比較見(jiàn)表2。

可以看出，以對(duì)生活污水中污染物的最大去除率為標(biāo)準(zhǔn)考量。當(dāng)使用微納米氣泡曝氣作為A2/O工藝的曝氣方式時(shí)，消耗每度電能處理的生活污水量為1 818.2 L;當(dāng)使用底部曝氣作為A2/O工藝的曝氣方式時(shí)，消耗每度電能處理的生活污水量?jī)H為62.5 L。在A2/O工藝處理生活污水的曝氣方式選擇中，與底部曝氣相比，微納米曝氣每天處理的水量也多于前者。當(dāng)今大多數(shù)污水處理廠的電耗中，曝氣的電耗占到整個(gè)電耗的50%～70%，所以微納米氣泡曝氣活性污泥法工藝在生活污水處理中的運(yùn)用，對(duì)提高污水處理廠的處理效率、降低能耗具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

在MBR膜池中，膜組件對(duì)反應(yīng)池中的微生物，尤其是對(duì)周期較長(zhǎng)的硝化、反硝化菌種以及存在于小污泥顆粒中的微生物具有良好的截留作用，可提高微生物種群的豐富性與多樣性;同樣由于膜的截留，其活性污泥濃度較高，使其具有更加優(yōu)異的脫氮除磷效果，對(duì)COD、TP、NH3-N的去除效率更高，排放水質(zhì)更加穩(wěn)定可靠。

在終端，用微納米氣泡臭氧對(duì)膜池出水進(jìn)行氧化深度處理，并具有消毒及充氧作用。在深度處理池中，利用微納米氣泡將臭氧轉(zhuǎn)化為羥基自由基，氧化效果大大提高，將生物處理后廢水中難降解的有機(jī)物及N化合物進(jìn)行氧化。在生化過(guò)程無(wú)法達(dá)標(biāo)的情況下，對(duì)其COD、氨氮等進(jìn)一步降低，保證高質(zhì)量出水。另在水質(zhì)負(fù)荷較高、生化性較差的原水中，可通過(guò)閥門(mén)控制在進(jìn)水階段對(duì)其進(jìn)行微納米臭氧氧化，降低進(jìn)水COD及不宜生化的有機(jī)物，提高生化性能。

“A2/O+MBR+微納米氣泡深度處理”系統(tǒng)的污泥排放量很小，甚至可以做到不產(chǎn)泥。污泥自降解和污泥水解可降低傳統(tǒng)水處理系統(tǒng)的效率，但對(duì)“A2/O+MBR+微納米氣泡深度處理”反應(yīng)系統(tǒng)卻非常有益。常規(guī)的活性污泥法通常采用的是生物周期處于穩(wěn)定期末尾至衰亡期初始時(shí)的活性污泥，而由于膜生物反應(yīng)器中的高污泥濃度，微生物的總量非常大，在消耗水中有機(jī)污染物的同時(shí)，還有許多的微生物處于“饑餓”狀態(tài)，因而相當(dāng)一部分處于衰亡期的微生物依靠自身的內(nèi)源呼吸進(jìn)行代謝分解，在保持出水污染物低濃度的同時(shí)，消耗了污泥生長(zhǎng)過(guò)程中的剩余量。其出水最高可達(dá)到地表準(zhǔn) Ⅳ類(lèi)水：五日生化需氧量（BOD5）6 mg/L、化學(xué)需氧量（COD）30 mg/L、氨氮1.5 mg/L、總氮15 mg/L、總磷0.3 mg/L。

2.2? ? 一體化水處理設(shè)施的技術(shù)構(gòu)成

A2/O+MBR+微納米氣泡深度處理技術(shù)方案主要分為以下部分構(gòu)成。

2.2.1? ? 硬件構(gòu)成。硬件構(gòu)成包含厭氧池、缺氧池、好氧池、MBR池、深度處理池、微納米曝氣裝置、制氧機(jī)、臭氧發(fā)生器、污泥池、水泵、在線監(jiān)測(cè)探頭、自控設(shè)備，主要有以下技術(shù)組成。①A2/O+MBR池體構(gòu)筑物部分：包括池體大小、停留時(shí)間、回流比的設(shè)計(jì)，好氧段填料的選擇，MBR池膜的選擇。②曝氣部分：微納米氣泡快速發(fā)生技術(shù)、曝氣技術(shù)。③深度處理部分：包括臭氧充氣量的范圍、微納米氣泡快速發(fā)生技術(shù)、曝氣技術(shù)、池體催化劑的選擇。

2.2.2? ? 自控構(gòu)成。在進(jìn)水端、出水端及中間池體放入在線監(jiān)測(cè)指標(biāo)探頭，包括DO、pH值、溫度、液位、氨氮等指標(biāo)，采用遠(yuǎn)程終端單元實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，再根據(jù)其數(shù)值的范圍及警戒值，通過(guò)提前預(yù)設(shè)其運(yùn)營(yíng)工藝參數(shù)，分析告警情況并將告警情況發(fā)送至授權(quán)終端，對(duì)其相應(yīng)的進(jìn)水泵、加藥泵、回流泵、提升泵、閥門(mén)等通過(guò)預(yù)先設(shè)定好的程序?qū)ζ渚珳?zhǔn)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制功能。

2.3? ? 一體化水處理設(shè)施的適用范圍

A2/O+MBR+微納米氣泡深度處理技術(shù)主要針對(duì)農(nóng)村污水處理，但也對(duì)園區(qū)生活污水、遠(yuǎn)離市政管網(wǎng)的小股分散生活污水處理、部分工業(yè)廢水有一定的適用性。根據(jù)不同的水質(zhì)計(jì)算出不同的運(yùn)行數(shù)據(jù)及組合程度。

2.3.1? ? 小股分散生活污水性質(zhì)。園區(qū)生活污水、農(nóng)村生活污水、遠(yuǎn)離市政管網(wǎng)的小股分散生活污水性質(zhì)：該類(lèi)生活污水負(fù)荷比較穩(wěn)定、可生化性較高，部分園區(qū)對(duì)回用水也有一定的需求，因而部分出水可以按中水回用標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，部分排水按排水標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，臭氧微納米氧化集中在后端，當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)流量不穩(wěn)定時(shí)，膜池出水水質(zhì)也會(huì)少許不穩(wěn)定，深度處理彌補(bǔ)出水不達(dá)標(biāo)短板，將水質(zhì)處理達(dá)標(biāo)排放或回用。

2.3.2? ? 部分工業(yè)廢水性質(zhì)。A2/O段前期可用部分微納米臭氧高級(jí)氧化，打斷工業(yè)廢水中生化性較差的大分子有機(jī)物，減輕A2/O段處理負(fù)荷，在后端加強(qiáng)深度處理力度，滿(mǎn)足一定的脫色要求（如有），提高出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

農(nóng)村污水處理發(fā)展的主要方向應(yīng)該是利用多種工藝組合的方式。利用一體化處理裝置，有效利用微納米氣泡可以分解難降解污染物的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)與其他相關(guān)技術(shù)手段結(jié)合，提高其對(duì)難降解污染物分解能力。這種污水處理方式可以解決農(nóng)村污水難降解、污染物多、環(huán)境復(fù)雜等導(dǎo)致農(nóng)村污水處理特殊的問(wèn)題，在今后農(nóng)村污水處理中具有廣闊的應(yīng)用前景。

4? ? 參考文獻(xiàn)

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