污水一體化設備在村鎮污水處理中的應用進展

梁鳳葵

（廣州鵬凱環境科技股份有限公司，廣州 511400）

近年來，污水治理被社會廣泛關注，而村鎮污水的治理也需提高關注度。村鎮污水和城市污水處理方式不同，村鎮污水因為排放量小、以生活污水為主，加上地形相對復雜，目前主要采用人工濕地和污水一體化設備來處理。本文將對污水一體化設備處理村鎮污水做出綜合解析。

1 村鎮污水特點及治理現狀

1.1 村鎮污水特點

截至2017年底，我國城鎮人口占總人口比重為58.52%，農村人口依舊占據較大比重。村鎮居民產生的生活污水量很大，但是不同于工業廢水，村鎮污水主要包括居民生活用水、養殖污水和服務機構排水。

我國村鎮污水具有以下特點：村鎮污水主要為生活污水，處理指標相對簡易，但是由于各地區氣候、生活習慣、條件因素的原因，水質不均勻；村鎮居民生活較為分散，一個地區內村鎮居民相對較少，村鎮污水不容易集中、收集，污水分布較為分散，許多地區不具備管網收集系統；村鎮污水的污染物主要為總氮、總磷、總有機碳，因為村鎮污水以生活污水為主，所以含有大量氮磷，總有機碳的含量相對較少，屬于低碳氮比污水。

1.2 村鎮污水治理現狀

我國目前兩萬個鄉鎮的污水收集率僅為10%，農村污水收集困難成為一大難題。隨著我國城鄉一體化建設和新農村建設等的推進，鄉鎮污水處理具有廣闊的發展空間。農村污水治理目前主要有人工濕地（潛流式和表面流）、一體化成套設備兩種方案。人工濕地占地較大，容易受到溫度影響并且處理量較小，適合在有充足土地資源且南方一些氣溫變化不明顯的地區，不利于廣泛利用。污水一體化設備具有占地面積小、處理負荷大、分散性好、施工方便等優點，適宜推廣。目前，鄉鎮污水治理總體朝一體化設備方向發展。人們應該因地制宜，選擇最適合村鎮污水的治理方法。

2 污水處理一體化設備

鄉鎮污水一體化設備利用了多種污水處理工藝，并集中起來混合成一體化設備[1]。鄉鎮污水處理一體化設備具有占地面積小、處理效果好、方便管理等優點，其在污水處理行業應用越來越廣泛，特別是在鄉鎮污水治理中[2]。污水處理一體化設備相對于大型污水廠具有獨特的優勢：占地面積與投資少，能減輕市政污水管網的壓力，有利于節約成本，推動污水產業健康發展。目前，污水一體化設備核心工藝為MBR、好氧厭氧處理法。

2.1 污水處理一體化設備的優越性

污水處理一體化設備占地面積小，環境適應能力強，安裝基礎設施簡易。根據村鎮地形分布安裝，管網投資費用大大減少。結合電氣自動化設計，人力、物力投入減少，運營成本費用降低。處理后的污水可用來澆灌農作物，實現循環利用。

2.2 污水處理一體化工藝

2.2.1 MBR工藝

20世紀60年代，人們第一次將膜技術用于廢水處理，70年代初，MBR（膜生物反應器）出現在污水處理廠中，之后被廣泛研究應用。20世紀90年代，我國引入了MBR技術，此后MBR技術研究在我國廣泛開展。

MBR工藝是一種由膜生物處理單元和膜分離單元組成的新型工藝。MBR工藝將微生物和沉淀物截留在其反應器中，可以節省掉二沉池的空間；MBR工藝的污泥齡很長，水中的微生物濃度保持很高的水平，使得水中的氨氮保持較高的處理效率。MBR相對于其他生物處理工藝有著很大優勢，因此一般作為一體化設備的核心工藝[3-4]。近年來，MBR研究主要集中在研發高性能的膜材料和有效預防膜污染上[5]。

MBR工藝將膜組件放置在生物反應器內。進水進入膜生物反應器，其中大部分污染物被混合物中的活性污泥去除，然后在外部壓力作用下由膜過濾出來。這種膜生物反應器由于省去了混合液循環系統，能耗相對較低，比分離式反應器占地面積小，在水處理領域受到廣泛的關注。然而，膜通量相對較低，膜污染容易發生，不易清洗和更換。

2.2.2 AO工藝

AO工藝（Anoxic Oxic），A（Anoxic）是厭氧段，主要作用是脫氮除磷；O（Oxic）是好氧段，能去除水中的有機物。它能同時去除有機物和氮磷，鄉鎮污水具有高氨氮的特征，適合選擇AO作為前處理工藝。近年來出現一些改良的AO工藝，在傳統AO工藝的基礎上配備電解等工藝，增強了去除效果。AO工藝在空間上為推流狀態，在處理過程中不需要額外增加碳源就能夠完成反硝化反應，是目前應用最廣泛的脫氮除磷技術。試驗結果顯示，AO法能很好地去除總氮和總磷。在AO工藝的基礎上，人們又研究出生物除磷效率更高的A2O工藝、UCT工藝等同步脫氮除磷工藝。

2.2.3 SBR工藝

SBR是一種間歇活性污泥法，在同一反應池中按時間順序重復曝氣、反應、沉淀、排水等單元操作過程。運行順序一般分為五個階段：進水階段、反應階段、沉淀階段、排水階段和閑置階段。這五個階段稱為一個循環。厭氧和好氧階段交替進行，有利于去除有機物。以SBR工藝為主要工藝的一體化污水處理設備具有工藝流程簡單、結構少的特點。SBR工藝不需要污泥回流裝置，也不需要設置二次沉淀池。與傳統的連續活性污泥法相比，曝氣池體積更小，運行成本更低。SVI（污泥指數）值低，污泥易沉降，不易產生污泥膨脹。通過調整操作，人們不僅可以去除COD，而且可以很好地去除氮磷。國內外的很多一體化凈化設備對SBR工藝進行了全面的改進。有學者結合厭氧/好氧方法和SBR方法，處理養殖場COD和TN濃度較高的廢水，COD和TN可以保持較高的去除率，COD保持在80%左右，TN去除率保持在90%左右[6]。有學者在SBR工藝中用靜置段代替厭氧段，該方法省略了厭氧段的攪拌系統，當進水COD為340 mg/L，氨氮含量為40 mg/L時，碳氮比較高，總氮的去除率可以達到80%[7]。彈性填料在SBR工藝中有很好的應用效果，當COD濃度在1 700 mg/L時，彈性填料能提高COD的去除效率，方便快捷，但是該工藝仍然達不到村鎮廢水氨氮處理要求[8]。

3 AO/MBR工藝一體化設備

現有集成設備存在氮磷去除能力差、占地面積大等缺點，因此一些學者提出了其他工藝。AO/MBR是處理效果較好的工藝之一。AO/MBR工藝是在AO工藝中加入膜組件。在AO工藝中，采用膜代替二沉池，實現了良好的固液分離，提高了膜槽內的污泥濃度。AO/MBR工藝兼具AO工藝和MBR工藝的特點，避免了兩種工藝的不足。AO/MBR工藝采用AO工藝的反硝化預處理來增強MBR的反硝化能力，提高MBR池中污泥的濃度，增加微生物的多樣性，使微生物處理方法多樣化，增加非AO工藝的處理方法。該裝置的除磷效果仍可通過裝置的污泥排放來實現。但由于A池是缺氧池，氧含量限制了多磷菌和反硝化菌的生長，反硝化除磷性能有待提高。張曉飛等采用多級AO/MBR處理生活污水，在進水COD為400～1 600 mg/L、氨氮濃度在30～70 mg/L、總氮含量為50 mg/L、總磷含量為6 mg/L時，污染指標去除效果好，總氮的去除率可以達到85%，并且達到相關排放要求，證明該裝置對高碳氮比廢水的除污染物效果好[9]。

AO/MBR工藝中，村鎮污水首先經過調節池，根據污水實際情況，調節池可加裝沉降裝置，污水可通過進水泵進入強化生物選擇區。該裝置的主要目的是提高綜合裝置的脫氮、除磷效果。廢水在經過生物吸附后由重力游到缺氧池。強化生物吸附選擇區的設置，避免了好氧池混合回流對除磷效率的影響，并通過提高活性污泥濃度和廢水停留時間，建立了一個擋板，以提高一體化設備的磷釋放和反硝化能力。污水經生物吸附后通過重力流進入缺氧池。缺氧池的目的是進行反硝化反應，去除水中的硝酸鹽氮。為了加速反應，其間建立了機械動力攪拌裝置。經過缺氧池后，廢水進入好氧和MBR區，好氧和MBR工藝的主要功能是促進氨氮在水中的硝化。要將填料加入好氧池中，以進一步增強硝化性能。MBR池取代了傳統的二次沉淀池，不僅減少了占地面積，而且提高了設備的脫氮除磷性能。MBR池的設置確保了良好的出水效果，MBR池內的污水經處理后排出。

AO/MBR工藝的前景廣闊，有關研究越來越多。但研究顯示，AO/MBR工藝雖然對水中有機物去除效果很好，但其混合液在回流過程中并不能提供良好的缺氧狀態，脫氮除磷效果受到影響，所以接下來需要對該工藝進行進一步研究，創造良好的厭氧環境。

4 結論

目前，我國村鎮污水處理整體并未有效實施。本文以脫氮除磷為主要目的，對比分析了農村污水治理的幾種方法，同時介紹了村鎮污水處理一體化設備的主要工藝和流程。結果表明，鄉鎮污水處理一體化設備是目前最適合處理村鎮污水的方法，有助于我國推進村鎮污水處理事業。