MBR以及MBR+人工濕地組合工藝在農村生活污水處理中的應用

劉微微

(上海韻水工程設計有限公司，上海 201707)

0 引 言

上海市的新農村建設立足于國際大都市郊區(qū)的定位和特點，在功能、風格、設施等方面著眼于人與自然和諧相處，凸顯海派風格、都市風格和江南水鄉(xiāng)風格。以改善農民生活質量為前提，制定科學合理的發(fā)展規(guī)劃及公用設施、村民住房、環(huán)境建設等基本標準，確保新農村建設健康、穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展。長期以來，郊縣農村生活污水由于沒有市政管網(wǎng)的覆蓋，主要為經(jīng)簡易化糞池處理后就近排入河道，其水質未達到排放標準，對水環(huán)境造成不同程度的不良影響。

自2000年以來，上海市已連續(xù)實施以三年為一輪的4輪環(huán)保行動計劃，在環(huán)境綜合整治方面取得顯著的成效，大大改善了農村居民的居住環(huán)境以及周圍河道的水質。根據(jù)上海市2015-2017年環(huán)境保護和建設三年行動計劃——水環(huán)境治理與保護專項實施計劃，為進一步鞏固前期農村生活污水治理的成果，計劃2018年進行新一輪的農村生活污水治理工程。本文以奉賢區(qū)水環(huán)境治理與保護專項實施計劃中的農村生活污水改造項目為例，對MBR以及MBR+人工濕地組合工藝在農村生活污水處理中的應用進行研究，分析其凈化效果以及在農村生活污水中應用的適應性。

1 研究區(qū)概況

奉賢區(qū)莊行鎮(zhèn)是上海市新農村建設試點鎮(zhèn)，自2009年以來，部分村已實施了地埋式土壤滲濾系統(tǒng)、MBR(膜生物反應器)和納管到市政管網(wǎng)等工程，解決了部分村民農村生活污水集中處理問題，加之農村水環(huán)境綜合治理工程，大大提高了農村水環(huán)境質量。本文以2018年新一輪農村生活污水治理工程中莊行鎮(zhèn)馬路村、張?zhí)链?、浦秀村為例，研究MBR和MBR+人工濕地兩種工藝在農村生活污水中的應用，分析兩種工藝的凈化效果，具體情況見表1。

表1 污水處理情況統(tǒng)計表

2 研究區(qū)水質狀況

本工藝處理對象以居民生活污水為主，污水主要來源于村內居民日常生活排放的衛(wèi)生間糞便沖洗水、淋浴水、廚房污水以及日常清洗廢水等[1]。農村生活污水中，污染物以有機物為主，含纖維素、淀粉、糖類、脂肪、蛋白質等，還含有氮、磷等無機鹽類，基本上不含有重金屬和有毒、有害物質，污水的可生化性好[2]。

雖然未取得本項目區(qū)域內農村居民生活污水的實測數(shù)據(jù)，但是奉賢區(qū)已實施多年農村生活污水處理工程，已經(jīng)積累了一定量的水質檢測數(shù)據(jù)，所以本文參考近幾年奉賢區(qū)農村生活污水處理工程的進水水質檢測數(shù)據(jù)作為設計依據(jù)。見表2。

表2 設計進水水質一覽表 /mg·L-1

3 處理工藝

3.1 平板膜——MBR處理工藝

考慮項目區(qū)農村經(jīng)濟基礎和管理水平的現(xiàn)狀，對于規(guī)模相對較大且人口相對集中的自然村，采用平板膜——MBR處理工藝，流程見圖1。

圖1 平板膜-膜生物反應器農村污水處理工藝流程圖

農村生活污水進入化糞池，在池內停留約1～2 d，通過沉淀和消化的作用，主要去除污水中的懸浮性固體污染物、COD，TN、TP也會有一定的削減?；S池出水經(jīng)新建污水收集管網(wǎng)收集后進入格柵井，格柵井的主要功能是均衡水量和水質，同時在其前端設置粗細格柵，攔截水中粗大的懸浮物和漂浮物，保護提升泵和后續(xù)工藝的正常運行。

污水通過格柵井進入沉渣池，再到平板膜-膜生物反應器一體化設備處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由反應池體、平板膜MBR組件、曝氣風機、膜出水泵、除磷加藥等部分組成。缺氧池主要使有機物發(fā)生水解、酸化和甲烷化，主要去除總氮，提高污水的可生化性；將具有獨特結構的浸沒式膜組件置于曝氣池中，經(jīng)好氧曝氣，主要讓活性污泥進行有氧呼吸，進一步使有機物分解為無機物；膜池主要為氨氮的硝化，實現(xiàn)水泥分離，減小出水懸浮物濃度，同時也去除大幅的細菌和病毒；生態(tài)除磷池主要去除總磷；MBR系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥經(jīng)排泥泵泵入MSTD池，MSTD池主要在污泥濃縮的同時實現(xiàn)污泥消化，使剩余污泥排放量大幅減少；設備房放置水泵、風機、加藥裝置、電控柜等。

3.2 人工濕地

人工濕地作為對有機物凈化效果好、對脫氮除磷效果優(yōu)的處理技術，在污水處理上被廣泛應用。結合口袋公園的同步建設，本次馬路村13號、14號以及浦秀村13號處理站后再設置一定面積的人工濕地。人工濕地配合美麗鄉(xiāng)村建設，作為口袋公園景觀之一，后期養(yǎng)護由村負責，濕地植物一年收割一次。

濕地斷面寬8 m，其中生物除磷填料池寬1.5 m，濕地池寬6.14 m，池壁厚120 mm；斷面高0.82 m，底板厚200 mm，池高0.62 m。主體結構為鋼筋混凝土，碎石填充層150 mm，陶粒填充層250 mm，細土填充層150 mm，上部為濕地作物種植，濕地斷面圖見圖2。濕地作物主要采用菖蒲、美人蕉、麥冬草混種，其中菖蒲、美人蕉占據(jù)濕地上部空間生長，麥冬草占據(jù)下部空間。利用濕地內的微生物和植物對水中微生物進行進一步的吸附[3]。

4 結果與分析

4.1 水質處理指標

根據(jù)《上海市污水處理出水水質暫行規(guī)定》(滬水務[2017]1077號)中規(guī)定的標準執(zhí)行，對于III類及以上水質控制區(qū)，處理尾水應達到規(guī)定中的一級A標準；對于其他地區(qū)，處理尾水應達到規(guī)定中的一級B標準[4]。根據(jù)奉賢區(qū)各鎮(zhèn)建設的要求，處理尾水應達到一級B標準。見表3。

表3 上海市農村生活污水處理工程出水水質評價標準

4.2 運行效果

4.2.1 MBR工藝出水水質分析

對馬路村、張?zhí)链?、浦秀村新建MBR工藝處理效果，選取氨氮(NH4+-N)、總氮(TN)、懸浮物(SS)、化學需氧量(CODCr)、陰離子表面活性劑(LAS)、動植物油、總磷(TP)幾項指標，對比標準值，分析系統(tǒng)對污染物的去除效果，結果見圖3-圖6。

圖3 馬路村凈化效果

圖4 張?zhí)链鍍艋Ч?9月20日)

圖5 張?zhí)链鍍艋Ч?11月20日)

圖6 浦秀村凈化效果

由圖3-圖6可知，該處理工藝均達到上海市農村生活污水處理工程出水水質評價標準一級B標準，通過該系統(tǒng)，基本可以削減該部分污染負荷。有個別點位的總氮和懸浮物的出水濃度略高，主要由于進水水質、水量的不穩(wěn)定，以及污水在系統(tǒng)中水力停留時間較短，整個系統(tǒng)作用時間不夠，截留作用不夠大，但仍對污染物有很大的去除效果，依然滿足出水水質標準要求。

4.2.2 工藝不足問題

MBR工藝暫時運行時間較短，初期出水水質較好，后期隨著氣候變化，需時刻監(jiān)測水質的變化情況，調整進水水質的水量，來穩(wěn)定MBR工藝的出水水質。因MBR處理工藝出水水質較好，人工濕地對有機物的進一步去除率較低，暫時人工濕地主要體現(xiàn)在口袋公園的景觀效果上，后期需進一步監(jiān)測MBR+人工濕地組合系統(tǒng)的處理效果。

4.3 效益分析

MBR工藝與傳統(tǒng)污水處理方法具有很大區(qū)別，由于膜的存在大大提高了系統(tǒng)固液分離的能力，從而使系統(tǒng)出水水質和容積負荷都得到大幅度提高。由于膜(孔徑0.1 um)的過濾作用，微生物被完全截留在膜生物反應器中，實現(xiàn)了水力停留時間與活性污泥泥齡的徹底分離，消除了傳統(tǒng)活性污泥法中污泥膨脹問題。

本系統(tǒng)生活污水處理出水可作為中水用于灌溉用水，不僅節(jié)約了水資源，而且氮磷含量相對較高，可節(jié)省肥料。

作為因地制宜的小型污水處理系統(tǒng)，污水處理技術運行費用較低，改變了傳統(tǒng)污水處理模式將生活污水與工業(yè)污水統(tǒng)一輸送至污水處理廠，需要大量污水泵站接力，消耗大量動力消解污染負荷。

柔性膜占地小、曝氣量低的特點，使能耗和后期運行維護費用大大降低。

本系統(tǒng)的實施，將污水糞便全部收集處理，出水達標排放，結合水系整治，將大大改善農民的環(huán)境問題，改善農村的村容村貌，提高衛(wèi)生、生活水平，保護人民身體健康，促進社會穩(wěn)定。

污水直接入河，給河道水環(huán)境造成極大威脅。采用生活污水分散處理的方式能使污水被就地處理和消耗掉，排入河道的出水符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)和《地面水環(huán)境質量標準》(GB 3838-2002)中規(guī)定的水環(huán)境保護要求，不給河道增加污染源，減輕河道水環(huán)境容量的壓力，有利于環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。水環(huán)境、水生態(tài)和水景觀的改善將促進本地區(qū)資源、環(huán)境和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

5 結 論

針對莊行鎮(zhèn)3個村不能納管農戶，采用平板膜-膜生物反應器工藝技術進行生活污水處理，經(jīng)運行管理，MBR能有效攔截污染負荷，其出水水質能夠符合《上海市污水處理出水水質暫行規(guī)定》(滬水務[2017]1077號)中一級B標準。部分系統(tǒng)末端增加人工濕地處理技術，進一步攔截削減入河污染負荷，同時濕地景觀還美化了農村生態(tài)環(huán)境[5]。但該系統(tǒng)還會受進水水質、水量以及氣溫、水力停留時間的影響，還需進一步優(yōu)化技術參數(shù)。但綜合其效益分析，本工藝技術占地省、技術先進、管理方便，可以為周邊難以納入市政污水管網(wǎng)的污水處理提供工藝示范。同時該工藝可以有效改善周邊河浜的水體水質，易于與新農村建設理念相結合，打造美麗鄉(xiāng)村，促進村鎮(zhèn)環(huán)境協(xié)調發(fā)展，易于推廣使用。