MBR以及MBR+人工濕地組合工藝在農(nóng)村生活污水處理中的應(yīng)用

劉微微

(上海韻水工程設(shè)計(jì)有限公司，上海 201707)

0 引 言

上海市的新農(nóng)村建設(shè)立足于國(guó)際大都市郊區(qū)的定位和特點(diǎn)，在功能、風(fēng)格、設(shè)施等方面著眼于人與自然和諧相處，凸顯海派風(fēng)格、都市風(fēng)格和江南水鄉(xiāng)風(fēng)格。以改善農(nóng)民生活質(zhì)量為前提，制定科學(xué)合理的發(fā)展規(guī)劃及公用設(shè)施、村民住房、環(huán)境建設(shè)等基本標(biāo)準(zhǔn)，確保新農(nóng)村建設(shè)健康、穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展。長(zhǎng)期以來(lái)，郊縣農(nóng)村生活污水由于沒(méi)有市政管網(wǎng)的覆蓋，主要為經(jīng)簡(jiǎn)易化糞池處理后就近排入河道，其水質(zhì)未達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)水環(huán)境造成不同程度的不良影響。

自2000年以來(lái)，上海市已連續(xù)實(shí)施以三年為一輪的4輪環(huán)保行動(dòng)計(jì)劃，在環(huán)境綜合整治方面取得顯著的成效，大大改善了農(nóng)村居民的居住環(huán)境以及周?chē)拥赖乃|(zhì)。根據(jù)上海市2015-2017年環(huán)境保護(hù)和建設(shè)三年行動(dòng)計(jì)劃——水環(huán)境治理與保護(hù)專(zhuān)項(xiàng)實(shí)施計(jì)劃，為進(jìn)一步鞏固前期農(nóng)村生活污水治理的成果，計(jì)劃2018年進(jìn)行新一輪的農(nóng)村生活污水治理工程。本文以奉賢區(qū)水環(huán)境治理與保護(hù)專(zhuān)項(xiàng)實(shí)施計(jì)劃中的農(nóng)村生活污水改造項(xiàng)目為例，對(duì)MBR以及MBR+人工濕地組合工藝在農(nóng)村生活污水處理中的應(yīng)用進(jìn)行研究，分析其凈化效果以及在農(nóng)村生活污水中應(yīng)用的適應(yīng)性。

1 研究區(qū)概況

奉賢區(qū)莊行鎮(zhèn)是上海市新農(nóng)村建設(shè)試點(diǎn)鎮(zhèn)，自2009年以來(lái)，部分村已實(shí)施了地埋式土壤滲濾系統(tǒng)、MBR(膜生物反應(yīng)器)和納管到市政管網(wǎng)等工程，解決了部分村民農(nóng)村生活污水集中處理問(wèn)題，加之農(nóng)村水環(huán)境綜合治理工程，大大提高了農(nóng)村水環(huán)境質(zhì)量。本文以2018年新一輪農(nóng)村生活污水治理工程中莊行鎮(zhèn)馬路村、張?zhí)链濉⑵中愦鍨槔芯縈BR和MBR+人工濕地兩種工藝在農(nóng)村生活污水中的應(yīng)用，分析兩種工藝的凈化效果，具體情況見(jiàn)表1。

表1 污水處理情況統(tǒng)計(jì)表

2 研究區(qū)水質(zhì)狀況

本工藝處理對(duì)象以居民生活污水為主，污水主要來(lái)源于村內(nèi)居民日常生活排放的衛(wèi)生間糞便沖洗水、淋浴水、廚房污水以及日常清洗廢水等[1]。農(nóng)村生活污水中，污染物以有機(jī)物為主，含纖維素、淀粉、糖類(lèi)、脂肪、蛋白質(zhì)等，還含有氮、磷等無(wú)機(jī)鹽類(lèi)，基本上不含有重金屬和有毒、有害物質(zhì)，污水的可生化性好[2]。

雖然未取得本項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)農(nóng)村居民生活污水的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，但是奉賢區(qū)已實(shí)施多年農(nóng)村生活污水處理工程，已經(jīng)積累了一定量的水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)，所以本文參考近幾年奉賢區(qū)農(nóng)村生活污水處理工程的進(jìn)水水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)作為設(shè)計(jì)依據(jù)。見(jiàn)表2。

表2 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)一覽表 /mg·L-1

3 處理工藝

3.1 平板膜——MBR處理工藝

考慮項(xiàng)目區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和管理水平的現(xiàn)狀，對(duì)于規(guī)模相對(duì)較大且人口相對(duì)集中的自然村，采用平板膜——MBR處理工藝，流程見(jiàn)圖1。

圖1 平板膜-膜生物反應(yīng)器農(nóng)村污水處理工藝流程圖

農(nóng)村生活污水進(jìn)入化糞池，在池內(nèi)停留約1～2 d，通過(guò)沉淀和消化的作用，主要去除污水中的懸浮性固體污染物、COD，TN、TP也會(huì)有一定的削減。化糞池出水經(jīng)新建污水收集管網(wǎng)收集后進(jìn)入格柵井，格柵井的主要功能是均衡水量和水質(zhì)，同時(shí)在其前端設(shè)置粗細(xì)格柵，攔截水中粗大的懸浮物和漂浮物，保護(hù)提升泵和后續(xù)工藝的正常運(yùn)行。

污水通過(guò)格柵井進(jìn)入沉渣池，再到平板膜-膜生物反應(yīng)器一體化設(shè)備處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由反應(yīng)池體、平板膜MBR組件、曝氣風(fēng)機(jī)、膜出水泵、除磷加藥等部分組成。缺氧池主要使有機(jī)物發(fā)生水解、酸化和甲烷化，主要去除總氮，提高污水的可生化性；將具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的浸沒(méi)式膜組件置于曝氣池中，經(jīng)好氧曝氣，主要讓活性污泥進(jìn)行有氧呼吸，進(jìn)一步使有機(jī)物分解為無(wú)機(jī)物；膜池主要為氨氮的硝化，實(shí)現(xiàn)水泥分離，減小出水懸浮物濃度，同時(shí)也去除大幅的細(xì)菌和病毒；生態(tài)除磷池主要去除總磷；MBR系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥經(jīng)排泥泵泵入MSTD池，MSTD池主要在污泥濃縮的同時(shí)實(shí)現(xiàn)污泥消化，使剩余污泥排放量大幅減少；設(shè)備房放置水泵、風(fēng)機(jī)、加藥裝置、電控柜等。

3.2 人工濕地

人工濕地作為對(duì)有機(jī)物凈化效果好、對(duì)脫氮除磷效果優(yōu)的處理技術(shù)，在污水處理上被廣泛應(yīng)用。結(jié)合口袋公園的同步建設(shè)，本次馬路村13號(hào)、14號(hào)以及浦秀村13號(hào)處理站后再設(shè)置一定面積的人工濕地。人工濕地配合美麗鄉(xiāng)村建設(shè)，作為口袋公園景觀之一，后期養(yǎng)護(hù)由村負(fù)責(zé)，濕地植物一年收割一次。

濕地?cái)嗝鎸? m，其中生物除磷填料池寬1.5 m，濕地池寬6.14 m，池壁厚120 mm；斷面高0.82 m，底板厚200 mm，池高0.62 m。主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土，碎石填充層150 mm，陶粒填充層250 mm，細(xì)土填充層150 mm，上部為濕地作物種植，濕地?cái)嗝鎴D見(jiàn)圖2。濕地作物主要采用菖蒲、美人蕉、麥冬草混種，其中菖蒲、美人蕉占據(jù)濕地上部空間生長(zhǎng)，麥冬草占據(jù)下部空間。利用濕地內(nèi)的微生物和植物對(duì)水中微生物進(jìn)行進(jìn)一步的吸附[3]。

4 結(jié)果與分析

4.1 水質(zhì)處理指標(biāo)

根據(jù)《上海市污水處理出水水質(zhì)暫行規(guī)定》(滬水務(wù)[2017]1077號(hào))中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，對(duì)于III類(lèi)及以上水質(zhì)控制區(qū)，處理尾水應(yīng)達(dá)到規(guī)定中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)于其他地區(qū)，處理尾水應(yīng)達(dá)到規(guī)定中的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)[4]。根據(jù)奉賢區(qū)各鎮(zhèn)建設(shè)的要求，處理尾水應(yīng)達(dá)到一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。見(jiàn)表3。

表3 上海市農(nóng)村生活污水處理工程出水水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

4.2 運(yùn)行效果

4.2.1 MBR工藝出水水質(zhì)分析

對(duì)馬路村、張?zhí)链濉⑵中愦逍陆∕BR工藝處理效果，選取氨氮(NH4+-N)、總氮(TN)、懸浮物(SS)、化學(xué)需氧量(CODCr)、陰離子表面活性劑(LAS)、動(dòng)植物油、總磷(TP)幾項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)值，分析系統(tǒng)對(duì)污染物的去除效果，結(jié)果見(jiàn)圖3-圖6。

圖3 馬路村凈化效果

圖4 張?zhí)链鍍艋Ч?9月20日)

圖5 張?zhí)链鍍艋Ч?11月20日)

圖6 浦秀村凈化效果

由圖3-圖6可知，該處理工藝均達(dá)到上海市農(nóng)村生活污水處理工程出水水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)該系統(tǒng)，基本可以削減該部分污染負(fù)荷。有個(gè)別點(diǎn)位的總氮和懸浮物的出水濃度略高，主要由于進(jìn)水水質(zhì)、水量的不穩(wěn)定，以及污水在系統(tǒng)中水力停留時(shí)間較短，整個(gè)系統(tǒng)作用時(shí)間不夠，截留作用不夠大，但仍對(duì)污染物有很大的去除效果，依然滿(mǎn)足出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2.2 工藝不足問(wèn)題

MBR工藝暫時(shí)運(yùn)行時(shí)間較短，初期出水水質(zhì)較好，后期隨著氣候變化，需時(shí)刻監(jiān)測(cè)水質(zhì)的變化情況，調(diào)整進(jìn)水水質(zhì)的水量，來(lái)穩(wěn)定MBR工藝的出水水質(zhì)。因MBR處理工藝出水水質(zhì)較好，人工濕地對(duì)有機(jī)物的進(jìn)一步去除率較低，暫時(shí)人工濕地主要體現(xiàn)在口袋公園的景觀效果上，后期需進(jìn)一步監(jiān)測(cè)MBR+人工濕地組合系統(tǒng)的處理效果。

4.3 效益分析

MBR工藝與傳統(tǒng)污水處理方法具有很大區(qū)別，由于膜的存在大大提高了系統(tǒng)固液分離的能力，從而使系統(tǒng)出水水質(zhì)和容積負(fù)荷都得到大幅度提高。由于膜(孔徑0.1 um)的過(guò)濾作用，微生物被完全截留在膜生物反應(yīng)器中，實(shí)現(xiàn)了水力停留時(shí)間與活性污泥泥齡的徹底分離，消除了傳統(tǒng)活性污泥法中污泥膨脹問(wèn)題。

本系統(tǒng)生活污水處理出水可作為中水用于灌溉用水，不僅節(jié)約了水資源，而且氮磷含量相對(duì)較高，可節(jié)省肥料。

作為因地制宜的小型污水處理系統(tǒng)，污水處理技術(shù)運(yùn)行費(fèi)用較低，改變了傳統(tǒng)污水處理模式將生活污水與工業(yè)污水統(tǒng)一輸送至污水處理廠，需要大量污水泵站接力，消耗大量動(dòng)力消解污染負(fù)荷。

柔性膜占地小、曝氣量低的特點(diǎn)，使能耗和后期運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用大大降低。

本系統(tǒng)的實(shí)施，將污水糞便全部收集處理，出水達(dá)標(biāo)排放，結(jié)合水系整治，將大大改善農(nóng)民的環(huán)境問(wèn)題，改善農(nóng)村的村容村貌，提高衛(wèi)生、生活水平，保護(hù)人民身體健康，促進(jìn)社會(huì)穩(wěn)定。

污水直接入河，給河道水環(huán)境造成極大威脅。采用生活污水分散處理的方式能使污水被就地處理和消耗掉，排入河道的出水符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)和《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)中規(guī)定的水環(huán)境保護(hù)要求，不給河道增加污染源，減輕河道水環(huán)境容量的壓力，有利于環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。水環(huán)境、水生態(tài)和水景觀的改善將促進(jìn)本地區(qū)資源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié) 論

針對(duì)莊行鎮(zhèn)3個(gè)村不能納管農(nóng)戶(hù)，采用平板膜-膜生物反應(yīng)器工藝技術(shù)進(jìn)行生活污水處理，經(jīng)運(yùn)行管理，MBR能有效攔截污染負(fù)荷，其出水水質(zhì)能夠符合《上海市污水處理出水水質(zhì)暫行規(guī)定》(滬水務(wù)[2017]1077號(hào))中一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。部分系統(tǒng)末端增加人工濕地處理技術(shù)，進(jìn)一步攔截削減入河污染負(fù)荷，同時(shí)濕地景觀還美化了農(nóng)村生態(tài)環(huán)境[5]。但該系統(tǒng)還會(huì)受進(jìn)水水質(zhì)、水量以及氣溫、水力停留時(shí)間的影響，還需進(jìn)一步優(yōu)化技術(shù)參數(shù)。但綜合其效益分析，本工藝技術(shù)占地省、技術(shù)先進(jìn)、管理方便，可以為周邊難以納入市政污水管網(wǎng)的污水處理提供工藝示范。同時(shí)該工藝可以有效改善周邊河浜的水體水質(zhì)，易于與新農(nóng)村建設(shè)理念相結(jié)合，打造美麗鄉(xiāng)村，促進(jìn)村鎮(zhèn)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，易于推廣使用。