東北地區村鎮污水中一體化污水處理設備的應用

谷成國 王松 崔鑫 姜詩慧

（遼寧省環保集團有限責任公司，遼寧沈陽 110161）

1 引言

國家統計局調查數據顯示，2019 年中國城鎮化率達到60.60%，比2018 年提高1.02%，城鎮化已經成為一種必然的發展趨勢。在城鎮化發展的過程中，應將環境保護工作擺在首位，改變以往只注重大中型城市的環保工程建設而忽略數量眾多的村鎮環保設施建設發展的模式，謀求村鎮環保設施的“平衡發展、協同發展”。東北地區村鎮污水種類主要是生活污水，處理時要求達到的指標較為簡單，但是由于北方地區氣候寒冷，村鎮污水處理效率低，水質不均勻，同時由于村鎮居民生活相對分散，某些地區的村鎮居民人數較少，不利于集中處理和收集污水，導致污水分布不均勻，許多地區不能以城市的標準建立管網收集系統［1］。

遼河作為東北地區南部最大河流，其環境質量安全具有重要的意義。遼河流域周邊現有村鎮普遍存在污水處理基礎設施建設不足、管理機制缺乏等問題，村鎮水環境污染對遼河流域水質產生不同程度的影響。村鎮污水治理是改善遼河流域環境質量的重要組成部分，應全面提升村鎮污水治理技術水平，改變以往“重建設、輕管理”現象，通過對現有村鎮污水治理技術的集成優化，實現因地制宜地治理不同種類、不同區域村鎮污水。

村鎮污水最大的特點就是污水量少，而且波動性很大，并隨著季節的變化而變化。由于一些村鎮沒有完善的排水管網和收集管道，與城市排水管網間的距離遠，而污水管網系統的投資費用較高，污水的收集與集中處理困難，因此宜采用分散式的處理方法［2］。村鎮污水的治理方法目前主要有2 種，一種是人工濕地方案，包括潛流式和表面流式；另一種被稱作一體化設備工藝方案。其中人工濕地方案需要占用大量土地，而且容易受到溫度的影響，適合在氣候變化不大并且擁有大量的土地資源的南方地區應用，并不適合在寒冷的北方地區應用。一體化污水處理設備工藝具有占地面積小、處理污水量較大、適合北方氣候、施工方便等優點，因而目前村鎮污水處理總體往該工藝方面發展。

2 一體化污水處理設備工藝

2.1 工藝原理

一體化污水處理設備主要工作原理在于廢水可生化性，即通過微生物作用改變污水結構，使其物理性能逐漸趨于穩定與有序，并達到有效的凈水效果［3］。

2.2 工藝種類

2.2.1 MBR 工藝

一體化過濾膜MBR 污水處理工藝，是在傳統活性污泥處理法和生物膜處理法基礎之上，增加了更高等級的過濾薄膜，可以有效過濾農村污水當中的污染物，并且具有良好的污染物截留效果，有效提高了反應器內部的污泥量，為后續的二次沉淀處理工作打下了良好的基礎。該項技術的應用，處理效果非常明顯，同時污泥的產量相對較低，但是實際的施工成本投入相對較高，并且要求相關工作人員具有較強的工作技術優勢，因此適用于一些對污水處理質量較高同時對水體環境比較敏感的水體處理工作［4-5］。

2.2.2 A2/O 工藝

在村鎮污水處理工藝中，A2/O 處理技術是比較常見的技術類型。A2/O 處理工藝具有較強的耐沖擊性，同時污水經處理之后的出水質量較好，方便后續的污水更深層次的處理以及相關的管理工作。該工藝的運營成本相對較低，基于污水水流形態來講，一體化A2/O 處理技術通過推流式或者往復式設置方式，使污水依次經過厭氧區域、耗氧區域以及部分回流區域，可以充分提高污水的脫氮工作效率，有效地實現農村污水的初步處理效果［4］。

2.2.3 生物接觸氧化工藝

生物接觸氧化法是以附著在載體（俗稱“填料”）上的生物膜為主，凈化有機廢水的一種高效水處理工藝，是具有活性污泥法特點的生物膜法，兼有活性污泥法和生物膜法的優點。在可生化條件下，不論應用于工業廢水，還是養殖污水、生活污水的處理，都取得了良好的經濟效益。該工藝因具有高效節能、占地面積小、耐沖擊負荷、運行管理方便等特點而被廣泛應用于各行各業的污水處理系統［6-7］。

3 應用實例

3.1 一體化污水處理設備集成化設計

本文中一體化污水處理設備集成化主體工藝采用第一缺氧＋厭氧＋好氧＋第二缺氧；深度處理采用MBR 膜過濾系統或沉淀過濾系統，同時輔以生物接觸氧化模塊強化系統脫氮除磷能力。工藝流程見圖1（圖1 中深度處理以膜區表示）。

圖1 一體化污水處理設備結構示意

本項目電氣設計采用西門子PLC 控制單元，包括CPU 中央處理器和輸入輸出擴展模塊。通過人機界面可實現對系統的實時監控、報警顯示和統計處理。工藝控制由PLC 和各系統內的執行器完成。

3.2 工藝創新

（1）采用改良A2/O 工藝，即AAOA 工藝，設置第二缺氧區，繼續消耗污水中的有機物和氮，充分利用微生物的內源碳增強TN 去除效果，強化脫氮除磷效果的同時，有效降低硝化液內回流比，節約能耗。

（2）生物接觸氧化設置為立方格，便于快速更換與調整至其他區域。

（3）深度處理模塊采用膜處理模塊或沉淀過濾處理模塊，可采用替換或組合模式。

3.3 工藝效果

分別設計了改良A2/O、生物接觸氧化、MBR、A2/O＋MBBR＋MBR 工藝，并記錄了23 d 的COD 和氨氮的進出水量，得到相應工藝的COD 和氨氮去除率。不同工藝類型COD、氨氮平均去除率見表1。

表1 不同工藝類型COD、氨氮平均去除率 %

不同工藝類型出水中平均COD、氨氮含量見表2。

表2 不同工藝類型出水中平均COD、氨氮含量 mg/L

3.3.1 改良A2/O 工藝

改良A2/O 工藝可以同時達到去除有機物、脫氮、除磷的目的，而且工藝流程較簡單，基建費用、運行費用與傳統的活性污泥法相比增加不多，比其他生物脫氮除磷工藝均節省［8］。圖2 為改良A2/O 工藝的COD 和氨氮去除率。由圖2 可以看出，該工藝對COD 的去除效果較好，去除率平均達到88.68%，出水水質平均為33.8 mg/L，達到遼寧省地方標準《農村生活污水處理設施水污染物排放標準》［9］中的一級標準，但是氨氮的去除率平均只有75.69%，出水水質平均為11.44 mg/L，只達到遼寧省地方標準《農村生活污水處理設施水污染物排放標準》中的二級標準。根據監測結果可知，改良A2/O 工藝適合用于對氨氮排放標準要求不高、日處理規模較大的水污染處理系統。

圖2 改良A2/O 工藝的COD 和氨氮去除率

3.3.2 生物接觸氧化工藝

生物接觸氧化是小型污水處理設施常用工藝，其占地面積小，抗沖擊負荷能力強，無污泥膨脹，維護管理方便，動力消耗少［10］。圖3 為接觸氧化工藝的COD 和氨氮去除率。由圖3 可以看出，該工藝對COD 的去除效果較好，去除率平均達到89.52%，出水水質平均為31.06 mg/L，同時氨氮的去除率平均為93.67%，出水水質平均為3.31 mg/L，均達到遼寧省地方標準《農村生活污水處理設施水污染物排放標準》中的一級標準。根據監測結果可知，生物接觸氧化工藝適合用于排放標準要求高、能源消耗少、生態環境不穩定的地區。

3.3.3 MBR 工藝

圖4 MBR 工藝的COD 和氨氮去除率

MBR 法污泥負荷高，占地面積小，有機物、懸浮物去除率高，出水水質好［11］。圖4 為MBR 工藝的COD 和氨氮去除率。由圖4 可以看到，該工藝達到93%和96%的COD 和氨氮去除率，這也證明其他文獻中所述的該工藝去除率高，而且出水中僅有29.26 mg/L COD 和1.94 mg/L 氨氮含量，均已達到遼寧省地方標準《農村生活污水處理設施水污染物排放標準》中的一級標準。但是由于膜組件易受污染，需要定期清洗及更換，維護管理復雜，因而MBR 工藝適合經濟條件好、有中水回用需求的地區［8］。

3.3.4 改良A2/O＋MBR＋MBBR 工藝

圖5 為 采 用 改 良A2/O ＋MBR ＋MBBR 工 藝 的COD 和氨氮去除率。與之前的單個工藝相比，復合工藝的COD 和氨氮平均去除率分別達到92.85%，97.19%。從圖5 中也可以看出，較之前的單個工藝，改良A2/O＋MBR＋MBBR 工藝的穩定性更高，在氨氮的去除方面，最后的出水水質中氨氮含量僅有1.43 mg/L，同時在COD 的去除方面表現更加優異，出水水質中COD 含量降低到19.83 mg/L，比之前的單個工藝COD 含量降低10 mg/L 以上，說明復合工藝的處理效率更高，尤其在COD 處理方面更加優異。由于其成本更高、工藝更為復雜，不適合大規模推廣使用，但是其較高的處理效率和穩定性，使得一些對水質要求高的生態保護區、飲用水水源等地區的安全性得到保障［12-13］。

圖5 改良A2/O＋MBR＋MBBR 工藝的COD 和氨氮去除率

4 結語

一體化污水處理設備集成化通過對AAOA＋MBR＋MBBR 設備的有效運用，在很大程度上提高了污水處理工作的質量和效率，比如污水處理中COD的去除率從單一的AAOA 工藝的88.68%達到了92.85%，同時氨氮的去除率從單一的AAOA 工藝的75.69%達到了97.19%，并且COD 和氨氮的排放均達到了遼寧省地方標準《農村生活污水處理設施水污染物排放標準》中的一級標準。通過一體化污水處理設備集成化工藝的有效應用，可以充分發揮出該設備的優勢，在東北地區村鎮污水處理工作當中表現出的效果非常明顯，對提高東北地區村鎮范圍內的水體質量和改善水體環境發揮著重要的作用。