MBR一體化污水處理設備在農村污水處理中的應用

盧鳳華，賴志鵬

（福建龍凈環保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

1 前言

據《2016年城鄉建設統計公報》[1]顯示，“十三五”期間全國城市共有污水處理廠2039座，污水處理率93.44%；縣城共有污水處理廠1513座，污水處理率87.38%。我國城市污水處理事業取得了較好的發展，但城市污水管網收集系統難以延伸的區域處理率相對較低，2016年我國行政村的污水處理率只有20%，遠遠落后于城市和縣城。“十三五”期間，國家和各級政府提出要進一步改善農村生活環境，加快農村污水設施的建設，這就為小型一體化污水處理設備提供廣闊的發展空間。膜生物反應器（MBR）工藝因出水效果穩定、自動化程度高，成為市政污水處理廠提標改造的主要技術之一[2～4]。近幾年，隨著國家對農村環境整治力度的加大，MBR工藝已在農村污水處理領域得到應用并吸引了廣泛研究[5～8]。

因此，作者將分析MBR一體化污水處理設備，并介紹其在農村污水的項目應用情況，為實際的工程提供參考依據。

2 傳統農村污水處理法的不足

農村污水傳統的處理工藝包括：A/O、A2/O、氧化溝、生物轉盤、生物接觸氧化、SBR法和人工濕地等。傳統農村污水處理工藝主要采用重力沉降進行固液分離，對污水中的碳、氮、磷具有一定的處理效果，但不能穩定達標，原因有：1）農村污水水質水量晝夜變化大，傳統的生物處理法抗沖擊負荷差，出水水質不穩定；2）曝氣池內污泥濃度為2000～3000mg/L，污泥濃度不高，限制生物降解能力；3）出水受到二沉池固液分離效果限制，容積負荷低，占地面積大；4）剩余污泥產生量大，增加污泥處理費用；5）微生物易隨水流流失，對某些特殊污染物降解能力有限；6）水質不夠穩定，處理設施多，管理復雜。

3 MBR一體化污水處理在農村污水處理中的應用

3.1 工藝介紹

MBR工藝是一種生物處理與膜分離相結合的新型處理技術，包括超細格柵、生化池、膜池、回流系統、曝氣系統、消毒系統等模塊，同時配合電氣控制系統，實現全自動智能化管理。按照好氧池和膜組件的放置形式主要分為合并式和分體式，通過向好氧池和膜池曝氣，使大量微生物降解水中的有機物、氧化氨氮，并利用膜截留懸浮物和大分子有機物，降低出水中有機物和氨氮等污染物的含量。

在實際項目中，MBR一體化污水處理設備的工藝以缺氧-好氧MBR（即AO/MBR）、兼氧MBR（即FMBR）為主，同時伴有少量的好氧MBR（即O/MBR）工藝。

3.1.1 AO/MBR一體化污水處理設備

AO/MBR一體化污水處理設備在分散式污水處理項目中應用最廣泛，該工藝由缺氧區、好氧區和膜區組成，其中好氧區和膜區一般為合并式。將缺氧池設置在除碳過程的前面，先將廢水引入缺氧池，反硝化菌利用原污水中的有機物作為碳源，將回流液中大量的硝態氮還原成氮氣，從而達到脫氮的目的。廢水進入后續的好氧池，亞硝化菌和硝化菌將氨氮轉化為硝態氮，并回流至缺氧池進行反硝化。該方法優點是處理效率高，流程簡單，投資省，操作費用低，但對總磷有更高要求時，應設置化學加藥除磷設備。

3.1.2 FMBR一體化污水處理設備

兼氧MBR工藝（簡稱為FMBR），業內認為是AO/MBR工藝的變型。兼氧膜生物反應器內培養大量的兼性復合菌群，水中的污染物在兼性復合菌群的作用下得到分解，最后混合液通過膜的過濾，出水排放或回用。FMBR工藝碳、氮污染物的降解機理與傳統工藝類似，但對于磷元素的去除機理，市面上的設備廠家認為主要是靠氣化除磷，并非是傳統的厭氧釋磷、好氧吸磷機理，從而系統不排泥也可以達到除磷的效果[9]。

氣化除磷[10]是指特種菌在兼性條件下將污水中的磷轉化為氣態的PH3，由于PH3非常不穩定，曝氣過程中瞬間氧化為磷的氧化物被帶入空氣中，進入磷的自然生態循環，從而將磷元素從污水中去除。污水處理中的氣化除磷理論從1988年提出以來，一直存在較大爭議，如何控制苛刻的反應條件及妥善收集、處理劇毒的PH3，學術界目前仍無明確的共識。

3.1.3 O/MBR一體化污水處理設備

O/MBR工藝由好氧和膜分離組合，是MBR一體化設備中最簡單的工藝（見右圖）。該工藝與AO/MBR工藝相比，沒有缺氧池和硝化液回流系統，微生物主要在好氧池和膜池中降解氨氮和有機物，同時利用膜截留懸浮物和大分子有機物。通常O/MBR一體化污水處理設備可以滿足《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB/T 18920—2002）要求，但系統對總氮與總磷去除效果有限，因此O/MBR一體化污水處理設備主要用于臨時性污水治理（如建筑工地）、突發性應急污水治理（如溢流污水、微污染河道、黑臭水體快速整治）、過渡性的污水治理（如城鄉接合部等）。

3.2 設備優勢

與傳統工藝的一體化污水處理設備相比，MBR一體化污水處理設備是以生物處理和膜截留組合的反應器，采用膜過濾替代重力分離，提高曝氣池污泥濃度，同時強化微生物降解能力，運行操作方便，實現1+1＞2的效果。

MBR模塊圖

MBR一體化污水處理設備的主要優勢有：1）對污染物去除率高，由于膜組件的膜孔徑非常小，可將生物反應器內全部的懸浮物和污泥截留下來，對SS有良好的去除效果，同時反應器內的污泥濃度可達到較高水平，也提高了MBR對有機物的去除效率；2）耐沖擊負荷，由于膜組件的高效截留作用，使反應器內微生物濃度高，生物種群多樣性好，耐沖擊負荷；3）強化硝化作用，膜組件的分離作用可以使生物反應器中的水力停留時間（HRT）和污泥停留時間（SRT）完全分開，從而使系統中生長緩慢、世代時間較長的微生物（如硝化細菌）在反應器中有足夠時間生存，強化了反應器的硝化作用；4）受污泥膨脹問題影響小，污泥膨脹會使傳統的活性污泥的出水固液分離效果不好，而MBR采用膜進行固液分離，因此污泥膨脹對MBR出水的固液分離影響小；5）MBR設備在高容積負荷、低污泥負荷、長泥齡的條件下運行，反應器內營養物質相對缺乏，微生物處在內源呼吸階段，污泥產率低，剩余污泥的產生量很少，節省污泥處理處置費用。

3.3 應用情況

市場上的MBR一體化污水處理設備多用于農村生活污水，主要分布在北京、天津、江蘇、浙江、云南、廣東、江西、四川、山東、湖南、重慶等地區，結合化學除磷方式，出水水質一般能穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A標準。MBR一體化污水處理設備對于出水水質要求較高或經濟發達地區，具有明顯的優勢。北京市生態環境局的調研[11]顯示，北京市的農村生活污水處理工藝有70多種，在調查的1104座污水處理設施中，采用MBR工藝的污水處理設施達641座，占總數的58.1%，而其他工藝占比均小于10%，這主要是與其他地區相比，北京市對農村污水有明確的排放標準，且要求更加嚴格。

4 結語

綜上所述，隨著政府不斷推進深化農村污水治理工作，MBR一體化污水處理設備因出水水質良好且穩定，應用會更加廣泛。隨著MBR工藝的廣泛應用，更多的科研機構、環保企業、工程公司加入研究與應用中，MBR一體化污水處理設備的發展方向主要包括：1）擴大應用領域，向有機廢水、高濃度廢水處理領域拓展；2）與多種傳統工藝耦合優化，創新工藝，提高污水處理效率；3）提高膜抗污染性，降低系統能耗；4）設備結構優化，進一步提高集成度，減少占地面積。因此，隨著MBR工藝的不斷應用創新，MBR一體化污水處理設備在污水處理的應用中將更為普遍。