農村污水治理現狀及一體化水處理設施的應用

吳娜 薛曉莉 張志立

摘要? ? 為了妥善處理農村污水治理問題，找到合適的水處理工藝解決農村生活污水問題至關重要。本文介紹了以“A2/O+MBR+微納米氣泡深度處理”為核心的一體化水處理設施，其作為近幾年新興的技術，具有抗沖擊負荷的能力強、占地小、低能耗、出水水質穩定、便于完成自動控制等優點，為農村生活污水的處理提供了一種新的解決方法。

關鍵詞? ? 農村污水處理;一體化水處理設施;A2/O;MBR;微納米氣泡

中圖分類號? ? X505? ? ? ? 文獻標識碼? ? A

我國城鄉之間差距較大，村鎮前期對生活污水處理的重視程度及投入的資金比例均非常少。隨著國家對農村污水處理的重視，找到合適的水處理工藝解決農村生活污水問題顯得尤為重要。一體化水處理設施作為近幾年新興的技術，其具有抗沖擊負荷能力強、占地小、低能耗、出水水質穩定、便于完成自動控制等優點，對農村生活污水的處理起到重要作用。

1? ? 農村污水治理現狀

與城市污水性質不同，由于村莊在地理上分散，所以污水處理措施缺乏，污水對農村環境影響嚴重，也阻礙了農村的經濟發展[1]。農村生活污水具有面廣、分散的特點，同時污水的產量較小、波動較明顯、變化系數較大[2]。因此，根據村鎮的地理分布特點，采取有效的污水處理和收集方式是解決農村污水問題的根本。目前，村鎮污水處理模式主要采用分散處理模式、集中處理模式及管網截污模式。農村水處理技術則多樣化，處理工藝多采用組合工藝，根據實際情況進行優化組合。

1.1? ? 農村污水處理技術

目前，農村生活污水采用的技術方法主要有以下幾種：土壤滲濾法、人工濕地、生物濾池、穩定塘技術、一體化處理設施和生物膜法等[3]。其中膜生物反應器技術在農村水處理中應用最多，其次是活性污泥相關工藝，最后是人工濕地和生物膜工藝等技術。其主要工藝如表1所示。

1.2? ? 農村污水處理現存問題

雖然新農村污水處理取得了一定的效果，但在某些方面仍存在著問題。一是環境保護機構不健全，缺乏專業的環保人才;二是農村水處理工藝推廣較難;三是技術工藝單一，無區分度;四是水質不達標，出水水質易波動，氨氮值較高，不能持續滿足排放標準;五是后期運行無專業人士維護。

2? ? 一體化水處理設施

農村污水處理如果依賴集中式污水處理，則需要興建污水管網，這給污水處理建設投資帶來壓力。基于我國農村實際情況，分散式污水是行之有效的處理方式。基于分散式污水處理技術理念，為了減少基建設施和縮短工程建設周期，一體化污水處理設施也逐漸在市場上取得一定地位。

一體化成套技術是近年來比較新興的技術，其具有抗沖擊負荷能力強、占地小、低能耗、出水水質穩定、便于完成自動控制等優點，對農村生活污水的處理起到重要作用[4-5]。

2.1? ? 一體化水處理設施— A2/O+MBR+微納米氣泡深度處理

本次介紹的一體化水處理技術采用“A2/O+MBR+微納米氣泡深度處理”的組合工藝，是在傳統A2/O工藝與MBR工藝基礎上的改良與創新，是一種新型脫氮、除磷、好氧生化處理技術與微納米氣泡深度處理專有技術的結合，并將微納米氣泡技術與臭氧高級氧化技術進行工藝集成，同時增加在線監測及智能控制，其性能穩定、工藝成熟。A2/O工藝設置了厭氧、缺氧和好氧反應器，與MBR膜分離技術結合其脫氮效率更高，最后在末端用微納米臭氧氣泡進行高級氧化及消毒，亦可根據實際情況將微納米臭氧氣泡組合至工藝前端，降低前期污水生物負荷。該工藝是污水高標準排放的一個獨特的高效裝置。

農村生活污水經過收集管道先通過格柵除去污水中顆粒較大的懸浮物，進入污水調節池進行均化和儲存，在液位控制器的控制下污水被定量的提升到“A2/O+MBR+微納米氣泡深度處理”一體化污水處理設備中，污水通過厭氧、兼氧、好氧、膜池、微納米氣泡深度處理達標后排放或回用。其工藝流程圖見圖1。

本工藝好氧段設置成固定填料（碳素纖維或復合填料）生物濾池，并在好氧段和MBR池采用微納米氣泡曝氣提供氧源，微納米氣泡具有穩定性強、帶負電荷、產生自由基離子、氧傳質效率高等特點，在優化的運行條件下，氧利用率可能接近100%。微納米曝氣對污水的作用與普通曝氣有所不同，不是對污染物質的去除，而是在微納米曝氣條件下可以提高污水中溶解性有機物（DOM）的含量，進而提升污水的可生化性能，且在曝氣中大大提高了反應池的生物量和生物活性，顯著提高污水的處理效率。

“A2/O+MBR+微納米氣泡深度處理”工藝中對微納米氣泡粒徑和Zeta電位進行了測定，并對其穩定性和帶負電荷進行了驗證。檢測結果顯示，在曝氣15 min后，微納米氣泡裝置產生的空氣納米氣泡的尺寸90%小于288.7 nm，納米級氣泡數量為3.98×107～5.20×107個/mL;衰減測試為113 h后空氣源納米氣泡的尺寸90%小于322.4 nm，納米級氣泡數量為1.19×108個/mL;納米氣泡的Zeta電位檢測為-25.9 mV。

選擇最小的底部曝氣方式和微納米氣泡快速發生裝置為例進行對比分析，2種曝氣方式所需的設備和耗電量情況比較見表2。

可以看出，以對生活污水中污染物的最大去除率為標準考量。當使用微納米氣泡曝氣作為A2/O工藝的曝氣方式時，消耗每度電能處理的生活污水量為1 818.2 L;當使用底部曝氣作為A2/O工藝的曝氣方式時，消耗每度電能處理的生活污水量僅為62.5 L。在A2/O工藝處理生活污水的曝氣方式選擇中，與底部曝氣相比，微納米曝氣每天處理的水量也多于前者。當今大多數污水處理廠的電耗中，曝氣的電耗占到整個電耗的50%～70%，所以微納米氣泡曝氣活性污泥法工藝在生活污水處理中的運用，對提高污水處理廠的處理效率、降低能耗具有很重要的現實意義。

在MBR膜池中，膜組件對反應池中的微生物，尤其是對周期較長的硝化、反硝化菌種以及存在于小污泥顆粒中的微生物具有良好的截留作用，可提高微生物種群的豐富性與多樣性;同樣由于膜的截留，其活性污泥濃度較高，使其具有更加優異的脫氮除磷效果，對COD、TP、NH3-N的去除效率更高，排放水質更加穩定可靠。

在終端，用微納米氣泡臭氧對膜池出水進行氧化深度處理，并具有消毒及充氧作用。在深度處理池中，利用微納米氣泡將臭氧轉化為羥基自由基，氧化效果大大提高，將生物處理后廢水中難降解的有機物及N化合物進行氧化。在生化過程無法達標的情況下，對其COD、氨氮等進一步降低，保證高質量出水。另在水質負荷較高、生化性較差的原水中，可通過閥門控制在進水階段對其進行微納米臭氧氧化，降低進水COD及不宜生化的有機物，提高生化性能。

“A2/O+MBR+微納米氣泡深度處理”系統的污泥排放量很小，甚至可以做到不產泥。污泥自降解和污泥水解可降低傳統水處理系統的效率，但對“A2/O+MBR+微納米氣泡深度處理”反應系統卻非常有益。常規的活性污泥法通常采用的是生物周期處于穩定期末尾至衰亡期初始時的活性污泥，而由于膜生物反應器中的高污泥濃度，微生物的總量非常大，在消耗水中有機污染物的同時，還有許多的微生物處于“饑餓”狀態，因而相當一部分處于衰亡期的微生物依靠自身的內源呼吸進行代謝分解，在保持出水污染物低濃度的同時，消耗了污泥生長過程中的剩余量。其出水最高可達到地表準 Ⅳ類水：五日生化需氧量（BOD5）6 mg/L、化學需氧量（COD）30 mg/L、氨氮1.5 mg/L、總氮15 mg/L、總磷0.3 mg/L。

2.2? ? 一體化水處理設施的技術構成

A2/O+MBR+微納米氣泡深度處理技術方案主要分為以下部分構成。

2.2.1? ? 硬件構成。硬件構成包含厭氧池、缺氧池、好氧池、MBR池、深度處理池、微納米曝氣裝置、制氧機、臭氧發生器、污泥池、水泵、在線監測探頭、自控設備，主要有以下技術組成。①A2/O+MBR池體構筑物部分：包括池體大小、停留時間、回流比的設計，好氧段填料的選擇，MBR池膜的選擇。②曝氣部分：微納米氣泡快速發生技術、曝氣技術。③深度處理部分：包括臭氧充氣量的范圍、微納米氣泡快速發生技術、曝氣技術、池體催化劑的選擇。

2.2.2? ? 自控構成。在進水端、出水端及中間池體放入在線監測指標探頭，包括DO、pH值、溫度、液位、氨氮等指標，采用遠程終端單元實現遠程監控，再根據其數值的范圍及警戒值，通過提前預設其運營工藝參數，分析告警情況并將告警情況發送至授權終端，對其相應的進水泵、加藥泵、回流泵、提升泵、閥門等通過預先設定好的程序對其精準控制，實現對設備的控制功能。

2.3? ? 一體化水處理設施的適用范圍

A2/O+MBR+微納米氣泡深度處理技術主要針對農村污水處理，但也對園區生活污水、遠離市政管網的小股分散生活污水處理、部分工業廢水有一定的適用性。根據不同的水質計算出不同的運行數據及組合程度。

2.3.1? ? 小股分散生活污水性質。園區生活污水、農村生活污水、遠離市政管網的小股分散生活污水性質：該類生活污水負荷比較穩定、可生化性較高，部分園區對回用水也有一定的需求，因而部分出水可以按中水回用標準執行，部分排水按排水標準執行，臭氧微納米氧化集中在后端，當進水水質流量不穩定時，膜池出水水質也會少許不穩定，深度處理彌補出水不達標短板，將水質處理達標排放或回用。

2.3.2? ? 部分工業廢水性質。A2/O段前期可用部分微納米臭氧高級氧化，打斷工業廢水中生化性較差的大分子有機物，減輕A2/O段處理負荷，在后端加強深度處理力度，滿足一定的脫色要求（如有），提高出水水質標準。

3? ? 結語

農村污水處理發展的主要方向應該是利用多種工藝組合的方式。利用一體化處理裝置，有效利用微納米氣泡可以分解難降解污染物的優勢，同時與其他相關技術手段結合，提高其對難降解污染物分解能力。這種污水處理方式可以解決農村污水難降解、污染物多、環境復雜等導致農村污水處理特殊的問題，在今后農村污水處理中具有廣闊的應用前景。

4? ? 參考文獻

[1] 梁祝，倪晉仁.農村生活污水處理技術與政策選擇[J].中國地質大學學報，2017，7（3）：18-22.

[2] 孫瑞敏.我國農村生活污水排水現狀分析[J].能源與環境，2010（5）：33-34.

[3] 齊瑤，常杪.小城鎮和農村生活污水分散處理的適用技術[J].中國給水排水，2008，24（18）：24-27.

[4] 王睿，李亞，梅榮武.一體化成套技術在農村生活污水處理中的應用研究[J].環境與可持續發展，2018，43（2）：14-17.

[5] 白曉龍，顧衛兵，金勝哲，等.一體化農村生活污水處理工藝的設計與應用[J].中國給水排水，2011，27（4）：58-60.