用于處理農(nóng)村生活污水的A3O(MBBR)工藝設計及運行效果

＊劉積容

（福建乾澤環(huán)保技術有限公司 福建 350002）

近年來，隨著人民生活水平日益改善，農(nóng)村生活污水排放量不斷增加，并且開始呈現(xiàn)出低碳源高氮磷化趨勢，如果任由大量農(nóng)村生活污水無組織排放將會對生態(tài)環(huán)境造成嚴重的危害[1]。目前處理農(nóng)村生活污水常用的A/A/O（即A2/O）工藝存在占地面積大、反硝化過程受限、除磷效果差、生物量小、抗負荷沖擊能力弱等缺點。因此，開發(fā)一種因地制宜、低耗高效、脫氮除磷、抗沖擊強的農(nóng)村生活污水生化工藝勢在必行。

A3O工藝是在傳統(tǒng)A/A/O污水生物處理技術基礎上進行提升，該技術將整體生物處理分為四個階段，分別是預脫硝階段、厭氧階段、缺氧階段和好氧階段，在原有厭氧-缺氧-好氧階段前加入了預脫硝階段，強化了脫氮除磷的效果[2]。MBBR是移動床生物膜反應器（Moving Bed Biofilm Reactor）的簡稱，又稱懸浮填料生物膜工藝，是一種新型高效的水處理技術，其結(jié)合了流化床和接觸氧化兩種技術優(yōu)點。其優(yōu)點在于處理COD以及脫氮高效、抗負荷沖擊強、排泥量少、占地小等[3-4]。

1.項目概況

本農(nóng)村污水處理項目為福建省某市9個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的污水處理工程，設計總規(guī)模5000m3/d，共計建設11座規(guī)模不一的污水處理設施。鄉(xiāng)鎮(zhèn)無完善的污水處理設施和污水管網(wǎng)，已建成的200t/d的小型污水處理設施，出水水質(zhì)為《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）二級標準，無法達到最新一級A標準，大部分污水仍舊直排，對鄉(xiāng)鎮(zhèn)的衛(wèi)生環(huán)境造成一定的影響，嚴重影響了鄉(xiāng)容、鄉(xiāng)貌和鄉(xiāng)鎮(zhèn)旅游業(yè)的發(fā)展。

本項目設計出水水質(zhì)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A類排放標準，并盡量通過農(nóng)田、溝渠等消納方式解決尾水排放問題。本項目設計進、出水表見表1。

表1 生活污水處理站設計進、出水水質(zhì)要求

2.工程設計

本項目盡量根據(jù)各片區(qū)的排水工程規(guī)劃和建設情況統(tǒng)一布置，充分利用現(xiàn)有的污水管道，合理利用地形地貌。根據(jù)項目進水水質(zhì)情況、建設運行成本、建設占地面積等因素對處理工藝進行比選和設計。如圖1所示，本項目主要處理構(gòu)筑物有格柵集水池、一體化污水處理設備、污泥池和標準化排放口等。

圖1 主要處理構(gòu)筑物

(1)工藝比選

一級處理、二級處理、三級處理是根據(jù)不同需要而采用的不同污水處理方法。

一級處理一般采用物理法采用機械分離的方式去除水中的懸浮固體、浮油等，主要技術手段有格柵、物理沉淀、氣浮等。本項目根據(jù)進水懸浮物性質(zhì)和后續(xù)生物處理單元的要求，在格柵渠內(nèi)設一道機械格柵，以便定期清理進水中的垃圾、雜物等。污水中的砂粒通過設置沉砂池去除。

本項目采用二級生化處理工藝為的A3O（MBBR）技術。

A3O（MBBR）污水生化技術工藝特點如下：

①污水污泥同步處理

A3/O（MBBR）技術可實現(xiàn)污水污泥的同步處理，在高負荷污水處理同時減少剩余活性污泥量。在好氧階段，由于填充有大量生物填料，填料在曝氣作用下呈流化狀態(tài)，為微生物營造出多相生存條件，新生的活性污泥可將老化污泥消化和礦化，實現(xiàn)了污泥的自動消化和降解平衡，減小有機污泥排放。

②強化脫氮除磷

A3/O（MBBR）系統(tǒng)中增加了預脫硝池，擴大缺氧區(qū)池容，有效增強脫氮除磷效果。同時引入MBBR工藝技術，在好氧段加入懸浮載體，填料在曝氣作用下呈流化狀態(tài)，為微生物營造出多相生存條件，提高功能微生物量及豐富生物種類，為同步硝化反硝化創(chuàng)造必要的條件，大大減少了硝化反硝化反應時間，提高脫氮除磷效果[5]。

三級處理是在前兩級處理基礎上為實現(xiàn)達標排放進行的進一步深度處理。本項目所設計的生活污水一級A類排放標準要求農(nóng)村生活污水必須進行消毒處理。因此，本項目三級處理以消毒處理為主。本項目采用紫外線消毒工藝。

(2)工藝設計

通過工藝比選，因此本項目選擇占地面積小、運行成本低、脫氮除磷效果好、抗負荷沖擊強的A3O（MBBR）生化工藝，前端采用格柵沉砂預處理，后端采用紫外線消毒，污泥采用板框壓濾的方式對污泥進行濃縮后委外處置。具體工藝設計圖如圖2所示。

圖2 工藝設計圖

本項目設計處理總量為5000t/d，分為11個污水處理站進行處理。本文以800m3/d污水處理站設計為例進行詳細分析。

①組合池設計

格柵渠、沉砂池、調(diào)節(jié)池和污泥池合建，平面尺寸23.75m×6.45m，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

A.格柵渠：設備設計參數(shù)包括，設計流量：Qmax=72.3 m3/h（總變化系數(shù)Kz=2.17），過柵流速：Vmax=0.8m/s，柵條間隙：b=5mm，柵前水深：h=0.5m。

B.沉砂池：設計參數(shù)包括，設計流量：Qmax=72.3m3/h（總變化系數(shù)Kz=2.17）。沉砂池尺寸：5.0m×4.0m×3.9m，格柵排砂量約為0.08m3/d，沉砂池需定期清掏。

C.調(diào)節(jié)池：設計參數(shù)包括，設計流量：Qmax=72.3m3/h（總變化系數(shù)Kz=2.17）。調(diào)節(jié)池平面尺寸為14.0m×8.0m，總高度3.9m。

D.污泥池：設計參數(shù)包括，剩余污泥體積：0.08m3/d，進泥含水率：99.0%，出泥含水率：98.0%。平面尺寸8.0m×5.25m，有效水深為2.0m，總高度為3.9m，鋼筋砼結(jié)構(gòu)。

多池合建可實現(xiàn)功能分區(qū)明確，構(gòu)筑物布置緊湊，減少占地面積。

②一體化污水處理設備整體設計

本設備處理工藝為A3/O+MBBR工藝，由預脫硝段、厭氧段、缺氧段、MBBR段、沉淀池組成。依次流經(jīng)預脫硝池（A1池）、厭氧池（A2池）、缺氧池（A3池）去除部分有機物，然后流入好氧池（O池），好氧池（O池）內(nèi)填裝高效好氧填料（填充率為50%的生物量遞增海綿體CC-20B型填料），實現(xiàn)有機物降解、氨氮硝化。

設計參數(shù)包括，設計總流量：Q=800m3/d，生化停留時間：t=10.4h，好氧池氣水比：8:1，BOD5容積負荷：0.4 kg/m3，混合液回流比：200%，供氣量：4.44m3/min。

③MBBR設計

移動床生物反應器MBBR并不簡單是在好氧池中加入生物填料，而是一個完整的生物處理系統(tǒng)，其是一種兼具傳統(tǒng)活性污泥法和生物接觸氧化法有點的先進處理技術。有研究表明MBBR可為異養(yǎng)反硝化過程提供反應條件，能強化系統(tǒng)的脫氮效果，MBBR系統(tǒng)相較于普通生物膜法不需要反沖洗，通過增加生物載體的填充百分比來提高操作能力[5-7]。MBBR設計上包括生物填料的篩選、生物填料填充率的確定、填料區(qū)流態(tài)設計。

本項目選用的生物量遞增海綿體CC-20B型填料，其具有高比表面積，大大增加系統(tǒng)內(nèi)微生物的質(zhì)與量，這樣的結(jié)構(gòu)利于反應器開始階段的填料掛膜，同時還能對好氧池中曝氣產(chǎn)生的氣泡起到切割攪拌的作用。

從流化角度考慮，好氧池填充率應＜67%，從運行能耗及運行維護管理角度考慮，一般要求填充率＞15%。為了保證填料在反應器中均勻循環(huán)移動以達到較好的混合效果，本項目通過實驗驗證，選擇填料填充率為50%。

MBBR系統(tǒng)中曝氣強弱及方式?jīng)Q定了填料的循環(huán)移動狀態(tài)、氧氣傳遞效率和氧氣利用率。本項目曝氣系統(tǒng)采用EPDM三元乙丙橡膠材質(zhì)的微孔曝氣盤，單盤曝氣量0～5m3/h，一組設備68套，采用漸進曝氣方式進行排列。該方式很好的控制了DO的濃度生物膜厚度的變化，使其可以形成表面DO高，內(nèi)層DO低的一個濃度梯度，進而形成不同的溶解氧條件，進而給同步硝化反硝化創(chuàng)造必要的條件，大大減少反應時間和反應器的容積，提高氨氮總氮去除效果。

3.運行效果

該項目2022年6月正式開始調(diào)試運行，整套工藝運行穩(wěn)定，出水穩(wěn)定達到一級A排放標準。2022年6—9月調(diào)試運行數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 2022年6—9月進、出水調(diào)試運行數(shù)據(jù)

如表2所示，實際進水水質(zhì)普遍低于設計值，但水質(zhì)波動較大。但從出水水質(zhì)情況來看，出水指標可以穩(wěn)定達到一級A標準。這說明A3O（MBBR）工藝處理水質(zhì)波動較大的農(nóng)村生活污水具有很好的處理效果，尤其是在脫氮除磷方面。

4.經(jīng)濟情況分析

本項目共修建11個農(nóng)村生活污水處理廠，處理水量5000t/d，總投資約4754萬元，平均每噸水運營成本約0.55元，投資成本及運營成本均低于傳統(tǒng)A2O法。

該項目格柵渠、沉砂池、調(diào)節(jié)池和污泥池合建，建設噸水占地面積僅0.26m2/(m3·d-1)，相較于傳統(tǒng)農(nóng)村污水處理方法具有較大優(yōu)勢。

5.結(jié)論

福建某農(nóng)村生活污水處理項目因其規(guī)劃建設面積有限、進水水質(zhì)不穩(wěn)定且波動大、氮磷含量高等情況，設計采用“格柵沉沙預處理+A3O（MBBR）生化工藝+紫外線消毒”的工藝技術，好氧池加入填充率為50%的生物量遞增海綿體CC-20B型填料。實際運行階段，出水穩(wěn)定達到GB18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》中一級A類排放標準。本項目A3O（MBBR）生化工藝技術對同類型生活污水廠建設具有較大參考意義。