A2O+MBR在農村污水處理中應用

高術波

(北京禹冰水利勘測規劃設計有限公司，北京 100161)

1 研究背景

目前，我國偏遠山區或人口相對較為分散的農村地區，管網鋪設難度大，生活污水無法集中收集，使當地水資源和水環境受到污染，給農村人民健康帶來極大威脅[1]。分散式污水處理工藝仍然處于起步階段，多種工藝存在一定的局限性。近年來，隨著經濟、社會和人口的快速發展，農村地區水環境受到嚴峻挑戰，農村生活污水處理情況不容樂觀，現針對國內農村污水情況，采用A2O及MBR工藝進行分析，對農村污水污染物實現高效去除，出水水質穩定達標具有重要意義。

A2O工藝是將厭氧及好氧除磷和缺氧及好氧脫氮系統相結合而成，是生物脫氮除磷的基礎工藝，可同時去除水中的BOD、氮和磷等污染物；MBR工藝是將生物處理技術與膜分離技術相結合的一種新技術，它既可利用膜原件進行高效的固液分離，又可在生物池內維持高濃度的微生物量，極其有效地去除氨氮和濁度。

A2O+MBR工藝針對我國農村污水特點，以去除有機物和脫氮除磷為目的[2]，在A2O傳統脫氮除磷原理上，將A2O和MBR工藝相融合，并在此基礎上增加紫外消毒處理單元。作為一種結合活性污泥法與膜過濾技術的污水處理工藝，其高效靈活、占地少、處理效果好的優勢彌補了諸多分散式污水處理工藝的不足。但MBR膜污染與高能耗問題成為限制市場普及的主要原因。現對A2O+MBR工藝從工藝流程、運營工況、建設投資及運營成本等方面進行分析，意在闡述此工藝能夠滿足我國農村污水治理出水高標準的要求。

2 進、出水水質分析

由于缺乏村莊生活污水監測資料，通過對現場水樣的檢測和分析，結合市政水廠水質分析數據，確定生活污水進水水質排放限值為：CODcr≤450mg/L，BOD5≤210mg/L，NH3-N≤40mg/L，TN≤50mg/L，TP≤6mg/L，SS≤240mg/L[3]。

新建村鎮污水處理站，出水排入Ⅲ類水體，其各項水質指標應滿足地表準Ⅳ標準的要求。污水站出水水質排放限值為：CODcr≤30mg/L，BOD5≤6mg/L，NH3-N≤1.5mg/L，TN≤15mg/L，TP≤0.3mg/L，SS≤15mg/L[4]。

3 運行及維護

3.1 生化系統運行

生化系統采取A2O工藝，分兩組，每組可單獨停產進行檢修。

厭氧反應器：原污水及缺氧池末端回流混合液同步進入該反應器，回流比宜為50%～100%，其主要功能為釋放磷，同時對有機物進行氨化，由于厭氧池內沒有分子態氧及化合態氧存在有機物降解的電子受體是有機物[5]，溶解氧應控制在0.2mg/L以下。厭氧反應需要較高且穩定的溫度，宜控制在25～35℃之間，且pH值嚴格控制在6.8～7.2。

缺氧反應器：污水經厭氧后進入該反應器，其首要功能為脫氮，硝態氮是通過內循環由好氧反應器送來，循環的混合液較大，一般為200%～400%[6]，缺氧池中電子受體為NO3-和NO2-，缺氧池內允許化合態氧的存在，溶解氧應控制在0.2～0.5mg/L之間。在缺氧條件下，硝態氮在反硝化菌的代謝作用下，通過兩種途徑進行轉化，即同化反硝化(合成)形成有機氮化合物，成為菌體的一部分和異化反硝化(分解)，最終產物為氮氣。

好氧池反應器：即曝氣池，混合液由缺氧池進入，該段溶解氧應控制在2～4mg/L之間，氣水比宜控制在8～10∶1之間，其功能為多重的，去除BOD、硝化和吸收磷都在該反應器內進行，混合液中含有NO3-N，污泥中含有過剩的磷，而污水中的BOD和COD得到去除，在好氧區有機物得到進一步的降解，硝化菌將污水中存在的氨氮轉化為亞硝態氮，同時聚磷菌在利用厭氧條件下產生的動力進行過度吸磷。

該工藝單元的去除效率：BOD和SS能去除90%～95%，總氮去除70%以上，氨氮和總磷去除率為95%。

3.2 膜池運行

(1)膜池與好氧池連通，并設置回流裝置，回流比為300%～600%[7]。膜組件設計為中空纖維式，適于不同方式，不同頻率的自動清洗，并且能更好地適應水質波動。在正常運行條件下，膜過濾系統不斷重復過濾過程，包括產水(過濾)、然后停歇或反洗。當系統在停歇方式下運行時，各產水泵每過8～10min停運一段時間(1～2min)，只進行空氣擦洗而不進行過濾。

(2)膜池MLSS能達到10000～15000mg/L左右，較傳統工藝高出一倍以上，對COD、氨氮、總磷、總氮去除效果更佳明顯，對SS的去除也相當明顯，出水濁度小于1NTU，能穩定優于排放標準，MBR出水水質波動較小，可對污染物的去除率保持較高的水平，其出水作為再生水回用。

(3)MBR工藝主要設備為產水泵、曝氣風機、回流泵、清洗水泵等，其噸水運營能耗在0.6kW·h左右，隨著運行時間增加，產水量會衰減，運營能耗會相應增加，可通過調整曝氣和產水方式降低其運營能耗。

3.3 膜系統維護與清洗

膜系統進水端需設置膜格柵，格柵間隙為1mm，防止較大顆粒物、纖維類物質等對膜絲表面的劃傷及纏繞，目前較為理想的膜格柵為網板式細格柵。

膜系統跨膜壓差控制范圍一般為-30kPa范圍內，跨膜壓差如果大于30kPa，產水量明顯下降，則需要進行化學清洗[8]。

MBR膜材質為PVDF中空纖維膜，膜有兩種化學清洗的方式：維護性清洗和恢復性清洗。

3.3.1維護性清洗

維護性清洗的過程是全自動的(也可手動操作)，此類清洗持續時間較短，采用較低的化學藥品濃度、清洗頻率較高。其目的在于保持膜的透水性和延長恢復性清洗周期。

標準頻率：每3～7d一次或者當抽吸壓力≥30kPa時。

3.3.2恢復性清洗

恢復性清洗用于在膜污堵后恢復膜的透水性。標準清洗頻率為6～12m一次或在線清洗完后抽吸壓力依然無法下降到初始值(30kPa)時需進行離線浸泡清洗，先采用濃度為800×10-6的NaClO+濃度為5000×10-6NaOH浸泡4～16h，再用濃度為7000×10-6的檸檬酸浸泡2～4h[9]。

4 運營成本分析

4.1 污水站建設投資

污水站建設投資主要包括：工程直接費、建設工程其他費、預備費、鋪底流動資金及建設期貸款利息等，本次僅對建設工程直接費進行分析。根據同類不同規模農村污水廠投資概算進行分析，見表1。

表1 同類不同規模農村污水廠投資概算

由表1可知：100～500m3/d污水站建設工程直接費噸水投資為1.06～2.20萬元/t，噸水投資隨著水量的增加而減少。

4.1.2污水站直接運營成本

污水廠直接運營費用主要包括：

表2 污水廠直接運營費

注：年運行天數為365d。

電度電費、人工費、藥劑費、污泥運輸及處置費、膜折舊費和設備維修及大修費。本次直接運營成本按照規模500m3/d污水站計算，數額見表2。

由表2可知：500m3/d農村污水站年運行成本為56.45萬元，噸水直接運營成本約為3.14元/t。

5 結論

(1)受納水體為Ⅱ、Ⅲ類水體的地區，為滿足出水水質穩定達到地表準Ⅳ標準的要求，采用A2O+MBR工藝是十分必要的。

(2)生化系統應控制好各處理單元回流比，可提高各處理單元效率，有效抑制絲狀菌膨脹。

(3)定期對MBR膜進行清洗，可有效緩解膜污染，增大膜通量，降低運行能耗。

(4)采用A2O+MBR工藝噸水投資為1.06～2.20萬元/t，直接運營成本約為3.14元/t，可以在高標準出水要求地區推廣與使用。

(5)MBR膜產水量隨著運行時間的增長會減少，膜元件一般在4～5d后需要進行更換，經濟成本高是制約其推廣的主要因素。