一體化設備應用于農村污水處理的探討

王 昊

（沈陽建筑大學 市政與環境工程學院，遼寧 沈陽110168）

近些年來，雖然我國大部分城市的污水廠數量在不斷增多，污水處理效果也越來越好，但我國許多農村及鄉鎮的污水卻無法及時被處理，對環境造成了嚴重的影響[1-6]。由于農村污水的性質及排放因素等影響，使我們不能完全照搬城市污水處理的模式，必須開辟出一種新型處理道路。農村和小城鎮具有以下特點：人口數量少、污水處理標準低、污水處理規模較小，但變化系數大，因此需要選擇穩定性好低負荷的處理工藝[2]。而一體化污水處理設備具有耐沖擊負荷能力強、易于實現自動化控制、后期維修方便等特點，因此在農村污水處理方面得到了廣泛的應用，但由于各種原因，將其具體推進到農村污水處理的實際應用中，仍有一些設備及工藝需要在實踐中不斷完善，還仍未形成科學合理的治理系統，所以在一體化設備具體應用中還需進一步的探索。

1 農村污水處理現狀

農村中的污水來源主要是日常洗浴洗滌污水、廚余廢水及沖廁水。排水體制多為合流制排水，排水管道不夠完善。農村污水的排放有以下特征：

1）水質水量差異較大，時變化系數較大[14]。

2）工業廢水含量較低，通常不會含有化學有毒物質，但是可能含有大量的致病細菌等[8]。

3）一般沒有固定的排污口[9-10]，污水直接就近排入河流或土壤中[15]。

由于不同地區的經濟發展不平衡，各個農村的水質水量及排放方式差別較大，因此在研究不同地區的污水處理工藝時，不能采用單一的方式，應因地制宜選出投資少、維護管理方便的污水處理技術。

2 一體化污水處理工藝

污水處理主要有活性污泥法和生物膜法，一體化污水處理也是在這些工藝的基礎上將一些核心處理模塊整合到一個容器中，提高了空間利用率，也便于安裝及后期維護，更適應于農村污水處理。

2.1 一體化A2/O 工藝

一體化A2/O 工藝也叫厭氧-缺氧-好氧工藝，是一種常見的活性污泥法，通過推流式或者往復式使污水依次通過各個反應區，可充分提高設備的脫氮除磷效率[8]。它抗沖擊負荷能力強，脫氮除磷效果顯著，同時運營成本低，污泥不易膨脹[7]。

圖1 一體化A2/O 工藝圖

2.2 一體化MBR 工藝

一體化MBR 工藝也叫膜生物反應器，是把膜過濾與活性污泥法結合一起的生物處理技術[7]，發揮了單獨的活性污泥法和膜過濾不能發揮的功能，能較好地處理難降解有機物及其他病原微生物[4]。它通過膜分離工藝代替二沉池功能，可以較好地將混合液與回流污泥分離各自回流到相應的反應模塊中。但其投資成本相對較高，還容易產生膜污染，對于后期維護造成了很大的困難。

圖2 一體化MBR 工藝圖

2.3 一體化SBR 工藝

一體化SBR 工藝也稱間歇式活性污泥法，由于每個反應池都能進行曝氣和沉淀，因此無需設置二沉池及污泥回流系統[16-20]。主要以進水、反應、沉淀、排水、閑置5 個階段為一個運行周期。相對于傳統A2/O 來說，整個設備更加緊湊，自動化程度高，但同時對工作人員的技術要求也較高[21-23]。

圖3 一體化SBR 工藝圖

3 一體化污水處理設備

3.1 EBF 一體化設備

在端艷[24]的研究中，設計了一種外形為圓柱體的一體化設備。該設備在一個反應器內復合“降流式預處理反硝化膨脹床生物濾池（A）、升流式流化床曝氣生物濾池（O）、降流式脫氮除磷膨脹床生物濾（A）”等多種工藝，在同一設備內實現了去除懸浮物質和同步脫氮除磷等多種效果。EBF 一體化設備如圖4 所示。

圖4 EBF 一體化設備

污水首先進入降流式缺氧生物濾池，與池內的填料反應后去除大量懸浮物質；再進入升流式好氧生物濾池，進行硝化反應將氨態氮轉化為硝態氮；最后一小部分回流至第一反應器，其他則進入降流式厭氧生物濾池，進行強化脫氮除磷。該設備在實際應用工程中，對COD、懸浮物質去除率可達86.8%、86.4%，達到一級B 標準，但氨態氮及總氮仍需進一步完善處理方可達到排放標準[25-28]。

3.2 基于以MSBR 為工藝主體的一體化設備

在史會欣[29]等的研究中，將連續流的空間控制（A2/O）和間歇的時間控制（SBR）巧妙地結合起來，通過連續進水 AAO 工藝可以保持較高的反應速率，SBR 則可以穩定出水水質。設備既可以保持穩定連續運行，又能隨著水質波動調節系統的缺氧、好氧反應時間，具備良好的運行性能。基于以MSBR為工藝主體的一體化設備如圖5 所示。

圖5 基于以MSBR 為工藝為主體的一體化設備

污水首先在厭氧池內混合回流污泥，使得難降解的大分子物質被轉化為易生物降解的有機物；隨后進入缺氧池發生硝化反應；最后進入到好氧池發生吸收磷及有機物降解反應；好氧出水后進入兩個交替運行的兼氧池，一個處于反應過程、一個處于沉淀出水過程。處于反應狀態的兼氧池依次完成缺氧攪拌、好氧曝氣和預沉淀[29]。最后通過氣提裝置進入污泥濃縮池；沉淀后的污泥進入前置缺氧池發生硝化反應。該一體化設備在對流量波動有一定的緩沖能力，出水COD、氨態氮、總氮濃度均符合一級A 標準，總磷符合一級B 標準。

3.3 懸掛填料AmOn 一體化設備

在閻寧寧[30]的研究中，設計一種懸掛填料AmOn 的一體化裝置。通過調節曝氣頭的位置來調節m、n（缺氧/厭氧、好氧區）的大小。該設備做到了活性污泥法和生物膜法的結合。懸掛填料AmOn 一體化設備如圖6 所示。

圖6 懸掛填料AmOn 一體化設備

污水在進入裝置的底部后，首先與厭、缺氧區發生反應，通過泵的攪拌及水流作用實現與活性污泥的充分混合，這一過程厭、缺氧區中實現釋放磷及反硝化作用；反應后的污水繼續上流至好氧區，好氧區懸掛填料，并處于活性污泥和生物膜共生的狀態；污水最后經導流區進入沉淀區，自由沉淀后上層上清液通過兩側的溢流孔排出，下部分的污泥一部分進入厭、缺氧區，一部分排出裝置。該設備在最佳填料比的條件下，COD、氨態氮、總氮、總磷的去除率分別為89.8%、99.02%、48.59%、32.47%。

4 結 論

農村污水治理是美麗鄉村建設計劃的重要一環，應當結合當下形勢及不同村莊的特點，選出更適應農村污水處理的設備。污水一體化處理工藝是一種簡便化的污水處理技術，可將復雜的傳統污水處理方法整合到一個一體化設備中[31-34]，在一定程度上更適用于農村污水處理。筆者認為由于農村發展水平相比于城市較落后，因此設備的維護方面無法做到及時處理，并且處理深度很難達到設備的最大利用化，因此需要定期清理老舊膜的膜工藝不太適用，建議把研究重心放在后期維修及清理工序方面，制造出一種更便于農村廣大群眾處理的一體化設備。