FMBR技術(shù)在農(nóng)村廢水處置中的應(yīng)用研究

劉佳元

(大禹節(jié)水集團(tuán)股份有限公司，中國 天津 301712)

我國農(nóng)村生活污染情況嚴(yán)重，大量農(nóng)村生活污水自由排放，最后流入河湖中，不僅污染了土壤，危害了農(nóng)村農(nóng)作物的生長[1- 2]；還威脅了區(qū)域水生態(tài)環(huán)境，導(dǎo)致區(qū)域水生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重破壞，出現(xiàn)水體富營養(yǎng)化、水中生物數(shù)量減少等問題[3- 5]。因此，開展農(nóng)村生活污水治理研究、有效管理污水排放，對居民生活質(zhì)量、身體健康以及區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展十分重要。

部分學(xué)者認(rèn)為農(nóng)村污水治理中，系統(tǒng)的管理方法和管理制度十分重要，并依據(jù)此展開了大規(guī)模的深入調(diào)查，指出“五個協(xié)同”等治理模式在農(nóng)村污水治理中的重要性[6- 8]。更多的學(xué)者則從技術(shù)啟示角度開展了研究，并指出人工濕地治理技術(shù)、分散式農(nóng)村污水一體化處理技術(shù)以及該治理技術(shù)在農(nóng)村生活污水治理中的應(yīng)用可行性和高效性[9- 11]。

上述研究成果均為我國農(nóng)村污水治理提供了一定的指導(dǎo)作用，然而，我國現(xiàn)應(yīng)用較為廣泛的是FMBR治理技術(shù)并取得了較好的成果，因此，考慮在原有建設(shè)基礎(chǔ)上優(yōu)化污水處置則更為經(jīng)濟(jì)合理。因此，本文基于FMBR技術(shù)，深入探討了溶解氧濃度對廢水污染物去除效果的影響。

1 工程背景

本項目為天津市某區(qū)農(nóng)村生活污水的新一輪治理項目，是296個自然村(7個鎮(zhèn)上村和289個自然村)的農(nóng)村生活污水收集和達(dá)標(biāo)治理工作。建設(shè)內(nèi)容單體規(guī)模小、數(shù)量多，涉及面廣，并且要求在較短的時間內(nèi)完成，這給實(shí)施機(jī)構(gòu)提出了很高的要求。因此，方案建議采用一期成功采用的模式，引入建設(shè)和運(yùn)營管理技術(shù)領(lǐng)先、實(shí)力強(qiáng)、資金雄厚的社會資本參與本項目的投融資、建設(shè)和運(yùn)營。本方案將24個鎮(zhèn)中296個村莊農(nóng)村生活污水處理站及污水管網(wǎng)總和為項目包進(jìn)行方案設(shè)計。為完成上述建設(shè)目標(biāo)與農(nóng)村污水處置要求，本次試驗主要作為前置試驗，分析FMBR技術(shù)在農(nóng)村生活污水處置中的應(yīng)用效果，并分析在不同試驗條件下，結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況，分析、探討得出更加高效的區(qū)域農(nóng)村生活污水處置辦法。

2 試驗設(shè)計

2.1 廢水樣品測試

2.2 試驗裝備與主要材料

本次試驗依托于天津市某區(qū)的農(nóng)村廢水處理實(shí)際工程，基于FMBR處置技術(shù)，對該區(qū)農(nóng)村廢水進(jìn)行采樣分析以及測試，以深入研究FMBR技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用效果。根據(jù)資料調(diào)查和現(xiàn)場走訪發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域廢水的處置方式是先將廢水通過管道匯入到集水調(diào)節(jié)池中，再通過控制水泵將廢水被按照一定流速、流量輸送到農(nóng)村廢水處置裝備(FMBR反應(yīng)裝置)進(jìn)行處理。在FMBR反應(yīng)裝置中，通過植入一定數(shù)量的微生物，利用微生物的新陳代謝作用，實(shí)現(xiàn)污水中污染物的去除，也能保證微生物的生長。FMBR系統(tǒng)的主要設(shè)備組成：①FMBR反應(yīng)裝置：尺寸Φ2.8×10.5×3.55m，體積約200m3；②膜組件：PVDF聚偏氟乙烯中空纖維膜；③控制系統(tǒng)：PLC全自動控制系統(tǒng)，可自動、手動控制曝氣、進(jìn)出水。

2.3 試驗方法

3 試驗結(jié)果分析

3.1 COD去除率

圖1試樣過程污水中COD值隨著溶解氧下降的變化趨勢。由圖1可知，隨著溶解氧含量的下降，污水中COD的去除率也隨之而降低。當(dāng)污水中的溶解氧量從>2.3mg/L區(qū)間內(nèi)下降到1.1～1.4mg/L區(qū)間內(nèi)之后，污水出水的COD濃度則從72.32mg/L逐漸上升到148.95mg/L，而相對應(yīng)的，COD去除率則從93.82%逐漸下降到87.92%；而當(dāng)溶解氧從1.1～1.4mg/L區(qū)間下降到0.3～0.6mg/L區(qū)間之后，污水出水COD濃度值則出現(xiàn)了小幅度的下降現(xiàn)象，COD的去除率則出現(xiàn)了小幅度的上升，回升至93%。當(dāng)溶解氧濃度下降至0.3mg/L以下，出水COD濃度上升，去除率則對應(yīng)下降至85%以下。

進(jìn)一步觀察可以發(fā)現(xiàn)，在不同溶解氧濃度條件下，F(xiàn)MBR技術(shù)對污水中的COD均有較好的去除效果，去除效率始終在70%以上，且根據(jù)整體變化趨勢分析可知，溶氧量越大，則COD去除效果越好。分析認(rèn)為，這是由于溶解氧較低時集成污水處理設(shè)備內(nèi)溶解氧無法滿足微生物代謝需求，有機(jī)物降解速率隨微生物活性降低而降低；而隨著溶氧量的逐漸增大，微生物的新陳代謝速率也變得更快，因此對污水中COD的去除效率也要更大。

圖1 不同溶氧量條件下污水COD值去除效果

圖2 不同溶氧量條件下污水值去除效果

N的去除是正相關(guān)的，分析認(rèn)為，這是由于溶解氧濃度能夠直接影響反應(yīng)器中硝化反應(yīng)的發(fā)生速率。當(dāng)溶解氧濃度過低時，硝化菌將轉(zhuǎn)化為的過程將會被抑制，因此去除率較低。

3.3 TN去除率

圖3展示了不同溶氧量條件下污水TN去除效果。由圖可知，隨著溶解氧的下降，污水中TN的去除率則隨之升高。由圖3可以發(fā)現(xiàn)，溶解氧從1.1～1.4mg/L下降到0.3～0.6mg/L期間，TN濃度下降，TN去除率則在78%左右。分析認(rèn)為，由于總氮主要成分為氨氮，且其濃度隨溶解氧濃度的升高而升高，說明SND過程中硝化反應(yīng)不再受到抑制，能徹底反應(yīng)。當(dāng)溶解氧濃度下降至0.3mg/L以下后，出水TN濃度再次上升，去除率下降至66.97%。此時出水總氮中主要組成為氨氮及有機(jī)氮，且此時濃度均處于較低水平，能夠抑制硝化反應(yīng)和有機(jī)物反應(yīng)速率。

圖3 不同溶氧量條件下污水TN值去除效果

4 結(jié)語

(1)在不同溶解氧濃度條件下，F(xiàn)MBR技術(shù)對污水中的COD均有較好的去除效果，去除效率始終在70%以上，且根據(jù)整體變化趨勢分析可知，溶氧量越大，則COD去除效果越好。當(dāng)污水中的溶解氧量>2.3mg/L時，COD去除率最大達(dá)到93.82%。