A/OˉMBBR工藝一體化設(shè)備在鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水處理中的應(yīng)用研究

陶 鎮(zhèn)，毛春奎，冉靜鳳，田 晨，伍雪瑜，楊偉琪

（1．湖南省和清環(huán)境科技有限公司，湖南 長沙 410000；2．長沙理工大學化學化工學院，湖南 長沙 410114）

0 引言

根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《2020年城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計年鑒》顯示，截至2020年，我國現(xiàn)有建制鎮(zhèn)18 822個，建制鄉(xiāng)8876個。能否做好鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水的處理工作是水環(huán)境防治工作的關(guān)鍵。然而我國建制鎮(zhèn)和建制鄉(xiāng)的污水處理率分別為65.35%和34.87%[1]，未經(jīng)處理的鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水的直接排放給鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量帶來了極大壓力，給美麗新農(nóng)村的建設(shè)、農(nóng)村人居環(huán)境的改善帶來了挑戰(zhàn)。

湖南省長沙市某郊區(qū)生活污水處理廠處理規(guī)模約為500 m3/d，該污水處理廠的污水主要來源于長沙市某郊區(qū)周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生活污水，采用A2/O工藝，出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）中一級B標準[2]，后續(xù)計劃將出水標準提高為一級A標準?；卩l(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村、景區(qū)、展館等小規(guī)模應(yīng)用場景，湖南省和清環(huán)境科技有限公司開發(fā)了一套A/OˉMBBR工藝的一體化生活污水處理設(shè)備，為了驗證該設(shè)備的性能、穩(wěn)定性、處理效果、成本以及優(yōu)化迭代細節(jié)，在長沙市某郊區(qū)生活污水處理廠進行為期4個月的應(yīng)用試驗研究。

A/O工藝也叫缺氧/好氧工藝，在缺氧段，厭氧菌將生活污水中可溶性有機物水解酸化，將大分子有機物降解成小分子有機物，提高后續(xù)好氧處理能力。A/O工藝具有流程簡單、投資較少、TN去除效果較好的特點。移動床生物膜法（MBBR）是目前應(yīng)用較為成熟的一種生物膜污水處理工藝。通過選擇穩(wěn)定、高密度性的載體，生物膜可輸送至全反應(yīng)器，增加生物膜、氧氣和反應(yīng)底物的接觸反應(yīng)概率，提高了降解效率，具有活性污泥法的優(yōu)點。MBBR與傳統(tǒng)的活性污泥法耦合可實現(xiàn)對污水的深度處理，達到提高出水水質(zhì)或改進污水處理工藝的效果[3]。

A/OˉMBBR工藝應(yīng)用于生活污水處理具有以下優(yōu)勢：①可有效深化脫氮除磷效果，尤其是對提升TN的脫除效果最為顯著。②對于有需要的提標改造工程而言，無須增加新的構(gòu)筑物，僅需新增MBBR反應(yīng)器即可，不僅節(jié)約用地，而且節(jié)約了改造費用。③可有效提高水力負荷，并改善生物系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

MBBR的特點在于所采用的懸浮填料比表面積較大，且填料比重接近于水，填料的性能直接決定了反應(yīng)體系的總微生物量、掛膜的效率和難易程度，對處理效率有顯著影響[4]。為保證懸浮填料能在反應(yīng)系統(tǒng)中均勻循環(huán)式移動，達到良好的混合效果，要根據(jù)具體項目水質(zhì)狀況選擇匹配的填料投加比例[5]。根據(jù)現(xiàn)場條件及材料可獲取的便利性、經(jīng)濟性，本套設(shè)備采用蜂窩式高密度聚氨酯懸浮載體填料，規(guī)格φ25 mm，空隙率70%，缺氧區(qū)、好氧區(qū)整體填充率約為40%。

1 污水水質(zhì)

設(shè)備設(shè)計進水水質(zhì)指標與該污水處理廠4個月實際進水水質(zhì)指標比對情況如表1所示。

由表1可知，根據(jù)1個月每日進水檢測指標統(tǒng)計計算，該污水處理廠進水平均BOD5/CODCr為0.47，污水可生化性良好。

表1 設(shè)備設(shè)計進水水質(zhì)指標與該污水處理廠4個月實際進水水質(zhì)指標比對情況 單位：mg/L

2 工藝流程

本次應(yīng)用試驗的工藝流程如圖1所示，本研究在該污水處理廠內(nèi)開展，A/OˉMBBR一體化設(shè)備放置于廠區(qū)生化池旁邊的空地處。

圖1 A/OˉMBBR工藝一體化設(shè)備的工藝流程

A/OˉMBBR一體化設(shè)備的進水取自經(jīng)過該污水處理廠曝氣沉砂池處理后的出水，采用進水泵將曝氣沉砂池出水送至一體化設(shè)備MBBR缺氧池，同時好氧池混合液經(jīng)污泥泵1回流至缺氧池，缺氧池內(nèi)裝填填料，填料在推流及混合液回流的作用下不斷移動，進行充分的反硝化反應(yīng)過程，以降低水中氮的含量，同時去除水中的部分有機物。污水經(jīng)過好氧區(qū)時經(jīng)懸浮污泥與生物膜雙重作用，實現(xiàn)水中有機物、NH3ˉN的降解，去除污水中的CODCr，并發(fā)生硝化反應(yīng)，生物膜內(nèi)層由兼性厭氧菌反硝化作用實現(xiàn)部分污水的同步反硝化脫氮，同時在好氧池中間位置投加三氯化鐵溶液進行化學除磷。污水分別經(jīng)過缺氧、好氧、沉淀工序后，上清液進入中間水池，中間水池的水位達到高液位后，砂濾自動啟動，濾后的清水再經(jīng)紫外線消毒后達標排放。沉淀池的一部分底泥經(jīng)污泥泵2回流至缺氧池，保障水處理系統(tǒng)污泥量污泥濃度，另一部分底泥經(jīng)排泥管的電磁閥啟閉實現(xiàn)間歇排放。

應(yīng)用試驗研究直接采用該污水處理廠現(xiàn)有80%含水率的剩余污泥進行培養(yǎng)與馴化。調(diào)試10 d，后續(xù)穩(wěn)定運行90 d，每日取進出水水樣送污水處理廠實驗室進行分析檢測，每日主要分析指標有CODCr、NH3ˉN、TN、TP、SS，每周抽樣檢測糞大腸菌群指標1~2次。每日工藝監(jiān)測指標主要有好氧區(qū)混合液懸浮污泥（MLSS）、好氧區(qū)DO、缺氧區(qū)DO、SV30、進出水流量計顯示水量、電耗、藥耗、設(shè)備儀表運行狀況等。

A/OˉMBBR工藝一體化設(shè)備在100 m3/d水力負荷條件下各參數(shù)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 A/OˉMBBR工藝一體化設(shè)備在100 m3/d水力負荷條件下各參數(shù)數(shù)據(jù)

3 處理效果分析

在試驗研究期間對主要污染物去除率、去除效果進行統(tǒng)計與分析，具體情況如下。

3.1 COD的去除效果

盡管進水COD波動較大，但出水COD值較為穩(wěn)定，COD平均去除率為92%，一級A標準達標率100%。COD去除率高，說明在該反應(yīng)系統(tǒng)中，前端MBBR缺氧池將大分子有機物水解酸化為較小分子的有機物。后端MBBR好氧池供氧充足，異氧細菌含量高，這些異氧菌通過呼吸作用攝取水中的有機物為自身的新陳代謝提供能量并完全分解為CO2和H2O，從而降低水中COD的含量[6]。

3.2 TP的去除效果

TP的去除效果如圖2所示。由圖2可以看出，進水TP濃度平均為2.79 mg/L，出水TP濃度平均為0.28 mg/L，平均去除率為89.6%。在試驗進行十幾天后出現(xiàn)連續(xù)幾天出水TP超標的現(xiàn)象，究其原因主要有兩個：①三氯化鐵投加量不足。②排泥量不夠。系統(tǒng)除磷主要以化學除磷為主，且TP的開路方式是以剩余污泥的形式排出系統(tǒng)。出現(xiàn)TP超標情況后增加了三氯化鐵用量，出水TP開始呈現(xiàn)下降趨勢并達標。后經(jīng)不斷調(diào)整優(yōu)化三氯化鐵藥劑用量后出水TP穩(wěn)定保持在0.5 mg/L以內(nèi)。在此進水水質(zhì)條件下，三氯化鐵用量為0.020~0.025 g/L，能保障出水TP達一級A標準。

圖2 TP的去除效果

3.3 NH3ˉN的去除效果

NH3ˉN的去除效果如圖3所示。由圖3可以看出，出水NH3ˉN均值為3.04 mg/L，平均去除率為85%。期間有6個連續(xù)批次的出水NH3ˉN超標明顯，經(jīng)分析有兩個原因：①風量不足。②氧的利用率不高。氧的利用率與曝氣方式、氣泡大小、池體結(jié)構(gòu)、池體深度有關(guān)，工程項目上曝氣池的深度比較固定，多為4.5~5 m。目前一體化設(shè)備進水100 m3/d的條件下，運行水深約為2.5 m，氧的利用率較低。當檢測到出水NH3ˉN超標時，及時采取了加大風量、加大排泥量、提高排泥頻率等措施，后續(xù)出水NH3ˉN均穩(wěn)定達標。

圖3 NH3ˉN的去除效果

一般大型市政污水處理廠曝氣池氣水比為（8~10）:1，經(jīng)過對風機性能曲線、出口風量的測算，本套設(shè)備的曝氣池氣水比為（15~18）:1。在該氣水比下，出水NH3ˉN、TN均能穩(wěn)定滿足一級A標準要求。

3.4 TN的去除效果

出水平均TN為8.55 mg/L，TN平均去除率為69.4%。經(jīng)A/OˉMBBR工藝一體化設(shè)備處理，出水TN濃度能夠穩(wěn)定滿足一級A標準要求，達標率為100%。

4 結(jié)語

采用A/OˉMBBR工藝一體化設(shè)備處理該污水處理廠的鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水，在好氧區(qū)與缺氧區(qū)分別投加懸浮填料，控制調(diào)節(jié)曝氣的大小，使系統(tǒng)中的填料和混合液實現(xiàn)循環(huán)流動。在系統(tǒng)穩(wěn)定后，出水CODCr、NH3ˉN、TN、TP、SS等指標均可達到一級A標準要求。具體結(jié)論和建議如下。

（1）經(jīng)過A/OˉMBBR一體化設(shè)備處理后，各水質(zhì)指標能夠很好地滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）中一級A標準的要求，各主要污染物平均去除率分別為：COD 92%，TP 89.6%，NH3ˉN 85%，TN 69.4%，SS 95.6%。

（2）在應(yīng)用試驗研究過程中有部分出水NH3ˉN、TP指標超標的情況，后續(xù)采取了相應(yīng)的應(yīng)對措施，能夠確保系統(tǒng)正常，各項指標穩(wěn)定達標。

（3）人工監(jiān)測設(shè)備運行狀況工作量大且不便利，后續(xù)產(chǎn)品可以結(jié)合在線監(jiān)控系統(tǒng)，配套在線ORP計、DO儀、MLSS濃度計等設(shè)備，收集各重要數(shù)據(jù)以及運行信號，實現(xiàn)對設(shè)備的遠程監(jiān)測和控制。

（4）經(jīng)過用電量的核算，噸水電耗為0.40~0.45 kW·h，還有進一步優(yōu)化的空間。