新型一體化生物反應器在鄉鎮廢水處理中的設計應用

龔淑芬

摘?要：控制污染物的排放濃度，防治水質污染是我國水環境保護的首要任務，以及國家對污水排放標準的提高，污水處理系統設備化成為環保行業發展的重要研究方向。針對鄉鎮生活廢水水質水量波動大的特點，文中以一種新型的無動力內循環一體化生物反應器作為研究對象，提出該設備設計的要點和對策，即：包含高效的微生物強化技術，無動力，內循環，從而達到降低產品設備投資和運行成本的目的，為新型設備的研發和推廣提供依據，促進其產業化及其在污水處理中的應用。

關鍵詞：無動力;內循環;一體化設備

隨著城鄉一體化的推進，農業綜合開發和鄉鎮企業對水資源的利用和規模日益擴大，農村水生態環境不斷惡化，[1]目前專門針對農村地區的廢水處理技術還不夠完善，存在水量分散、基礎建設成本高等方面的問題，一體化污水處理設備具有預處理、二級處理，深度處理等眾多功能，成本低、效率高，較適合農村地區廢水處理。[2]如何選擇適宜的污水處理技術和設備對生活污水進行處理已經成為鄉村振興，生態文明建設的關鍵問題之一。[3]文中針對農村生活污水的水質水量波動大的特點，論述了一種新型無動力內循環一體化生物反應器在鄉鎮污水處理中的設計及應用，為以后新型、高效設備的研發與推廣提供依據。

1 鄉鎮生活廢水特點

1.1 鄉鎮生活廢水排放特點

鄉鎮生活的居民多數居住不集中，產生的生活污水較分散，由于排水管網系統建設不全和經濟薄弱等原因，導致廢水未能完全收集，直接排入地表水體，對環境造成危害，間接影響人類健康，而產生的過度污水排放也由于分散的原因，增加了污水收集處理的實際工作困難程度。[4]

1.2 鄉鎮生活廢水水質水量特點

鄉鎮生活污水一般水量較小，變化幅度大，排水時間主要集中在早、中、晚，水質主要與當地地形條件、經濟發展水平以及當地生活習慣有關，[5]污水來源主要為生活廢水，主要包含洗菜、洗碗、廁所等活動產生的廢水等，大部分鄉鎮生活廢水的水質相差不大，污水的水質也相對較穩定，相對于城市污水，其有機物、氮、磷等營養物含量較高。[6]

2 一體化污水處理設備現狀概述

一體化污水處理設備自20世紀80年代初引進我國以來，初步形成了以江蘇、浙江兩省為代表的設備生產制造和工藝開發企業，[7]一體化設備具有占地面積小，相應的基礎配套設施簡單，采用模塊化組裝設計，具有安裝簡易，運輸方便快捷，可實現全封閉式設計，防止氣味的溢出，而且可以先在室內進行加工運輸到現場直接組裝，施工不受氣候條件等因素的影響，還可實現遠程控制及自動化設計，解決了鄉鎮地區相關技術人員缺失這一問題。在河道治理廢水中通過一體化設備的處理河道廢水可從劣五類水質達到四類水質，并可實現可移動多次現場安裝，可重復使用。另一方面在工業處理廢水中，工業企業的廢水具有水量小、成分復雜等特點，大部分采用一體化污水處理設備的方式對廢水進行處理降解。一體化污水處理設備廣泛使用在農村生活污水的治理中，它具有效率高，占地面積小，投資低、易管理等優點。[8]

3 案例分析

3.1 工藝路線分析

安徽省六安市某小鎮為典型山區地形，水量不能統一收集到市政污水處理廠進行處理，所以需要單獨新建一座污水處理站處理污水。根據本文作者在現場調研情況和政府提供的相關數據，得出該小鎮處理的水量為200t/d，出水要求達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中的一級B，進出水水質具體如下表。

從上表可以看出，污染物指標為CODCr、BOD5、SS等，B/C比為0.67，可生化性良好。鑒于水量不大，考慮建設和維護的便利性及節能的要求，污水處理站主體可采用無動力內循環一體化生物反應器。污水處理站整體工藝流程主要是：進水-格柵渠-調節池-無動力內循環一體化生化反應器-達標排放。

3.2 新型一體化生物反應器設計分析

無動力內循環一體化生物反應器由缺氧區、好氧區、沉淀區、內回流系統組成，缺氧區內布設懸掛式組合填料，好氧區內布設MBBR懸浮填料，沉淀區內布設斜板。該反應器利用氣提原理進行內回流，氣源來自好氧區的溢出的曝氣尾氣，通過好氧區上方的集氣罩進行收集，無需另外從曝氣管上引入空氣支管，這樣既不會降低好氧區曝氣量，也能保證氣提所需空氣量的要求。

3.2.1 污水處理流程分析

該生活廢水通過水泵提升進入無動力內循環生物反應器內經過物理過濾、生物吸附、生物降解、固液分離等過程將污水凈化達標排放，具體的處理過程如下：

（1）缺氧區中懸掛式組合填料上生長有大量兼性微生物的生物膜，生物膜中的反硝化細菌利用進水中有機物作為碳源，將來自于內回流液中的硝酸鹽還原成氮氣，以去除污水中總氮和部分有機物;

（2）好氧反MBBR懸浮填料上生長有大量嗜氧細菌和硝化細菌的生物膜，通過風機曝氣，為生物膜的生長和繁殖提供氧氣，通過微生物的好氧代謝作用，嗜氧細菌將污水中的有機物降解為二氧化碳和水，硝化細菌將污水中的氨氮轉化為硝酸鹽;

（3）好氧反應區處理后的污水中含有大量微小氣泡，被好氧反應區上部的集氣罩全部收集，通過集氣罩的隔離脫氣作用，一部分污水經過水縫進入沉淀區，另一部分污水與微小氣泡形成氣液混合物，由于密度比水低，氣液混合物在水壓的作用下通過集氣罩頂部的提升管進入氣水分離池;

（4）氣水分離池中微小氣泡在浮力的作用下從液體中散逸出來，從而使氣液分離;液體中含有大量硝酸鹽，在重力作用下經過回流管進入缺氧反應區底部。

（5）沉淀區污水利用斜板的淺層沉淀作用進行固液分離，污水中懸浮固體沉降于沉淀區底部污泥斗中，然后間歇排放至貯泥池中;澄清后污水進入通過清水區進入出水堰排放。

3.2.2 設計要點分析

本文中的無動力內循環一體化生物反應器整體為地上鋼制結構，反應器的高度不超過3m，寬度不超過2.8m，可以在工廠生產制作好，然后運輸到現場進行外部管路的連接安裝，施工快捷方便，周期短。

（1）缺氧區。缺氧區進水方式為穿孔布水管壓力進水，以保證布水均勻，并起到一定水力攪拌作用。懸掛式組合填料在水流的作用下隨機蠕動，能夠促進生物膜及時更新，有利于反硝化作用的進行。設計所選的停留時間為1h，上升流速為2.5m3/（m2·h）。

（2）好氧區。好氧區采用MBBR填料，具有比表面積大、親水性好、生物活性高等優點。由于填料密度接近于水，所以在曝氣的時候，與污水呈完全混合狀態，微生物生長的環境為氣、液、固三相。為保證充足的供氧量和處理效果，好氧區的選擇氣水比為12∶1，好氧區的停留時間選擇6h。

（3）內回流系統。好氧區上方的集氣罩要做成錐形，以利于曝氣尾氣的收集。為確保污水的氣提提升高度，集氣罩頂部到沉淀區液位的距離和提升管長度的比值應大于3∶4。提升管的出口應朝向下方，防止液體濺出。連接氣水分離池的回流管要有一定的斜度，防止管路中污泥淤積。

（4）沉淀區。為保證沉淀區沉淀效果，斜板區域上升流速選擇1.0m3/（m2·h）。斜板斜長為1m，斜板間隙為80mm。采用多斗排泥方式，以方便沉淀區整體布局。

3.2.3 設計總結

本次設計主要是基于無動力、內循環、高效微生物降解的思路深度處理鄉鎮污水，根據水質水量以及鄉鎮的特點提出設計思路和方案，并提出設計過程中的主要設計要點，保證水質穩定達標排放。

4 結論

傳統的污水處理裝置不僅耗能多，占地面積大，浪費的資源較高，[9]不適合長期的環保作業，對于一些生活污水水量波動大、分散收集困難，采用高耗能的污水處理設施不僅效果不好，浪費資源，新型無動力內循環一體化生物反應器的開發為反應器設備化提供了一條切實可行的新途徑，針對農村水質水量波動大的特征，無動力內循環一體化生物反應器設備具有占地面積小，能耗低、投資小等優勢具有很好的推廣應用作用。

參考文獻：

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