FMBR技術在農村廢水處置中的應用研究

劉佳元

(大禹節水集團股份有限公司，中國 天津 301712)

我國農村生活污染情況嚴重，大量農村生活污水自由排放，最后流入河湖中，不僅污染了土壤，危害了農村農作物的生長[1- 2]；還威脅了區域水生態環境，導致區域水生態環境嚴重破壞，出現水體富營養化、水中生物數量減少等問題[3- 5]。因此，開展農村生活污水治理研究、有效管理污水排放，對居民生活質量、身體健康以及區域經濟發展十分重要。

部分學者認為農村污水治理中，系統的管理方法和管理制度十分重要，并依據此展開了大規模的深入調查，指出“五個協同”等治理模式在農村污水治理中的重要性[6- 8]。更多的學者則從技術啟示角度開展了研究，并指出人工濕地治理技術、分散式農村污水一體化處理技術以及該治理技術在農村生活污水治理中的應用可行性和高效性[9- 11]。

上述研究成果均為我國農村污水治理提供了一定的指導作用，然而，我國現應用較為廣泛的是FMBR治理技術并取得了較好的成果，因此，考慮在原有建設基礎上優化污水處置則更為經濟合理。因此，本文基于FMBR技術，深入探討了溶解氧濃度對廢水污染物去除效果的影響。

1 工程背景

本項目為天津市某區農村生活污水的新一輪治理項目，是296個自然村(7個鎮上村和289個自然村)的農村生活污水收集和達標治理工作。建設內容單體規模小、數量多，涉及面廣，并且要求在較短的時間內完成，這給實施機構提出了很高的要求。因此，方案建議采用一期成功采用的模式，引入建設和運營管理技術領先、實力強、資金雄厚的社會資本參與本項目的投融資、建設和運營。本方案將24個鎮中296個村莊農村生活污水處理站及污水管網總和為項目包進行方案設計。為完成上述建設目標與農村污水處置要求，本次試驗主要作為前置試驗，分析FMBR技術在農村生活污水處置中的應用效果，并分析在不同試驗條件下，結合區域實際情況，分析、探討得出更加高效的區域農村生活污水處置辦法。

2 試驗設計

2.1 廢水樣品測試

2.2 試驗裝備與主要材料

本次試驗依托于天津市某區的農村廢水處理實際工程，基于FMBR處置技術，對該區農村廢水進行采樣分析以及測試，以深入研究FMBR技術在污水處理中的應用效果。根據資料調查和現場走訪發現，該區域廢水的處置方式是先將廢水通過管道匯入到集水調節池中，再通過控制水泵將廢水被按照一定流速、流量輸送到農村廢水處置裝備(FMBR反應裝置)進行處理。在FMBR反應裝置中，通過植入一定數量的微生物，利用微生物的新陳代謝作用，實現污水中污染物的去除，也能保證微生物的生長。FMBR系統的主要設備組成：①FMBR反應裝置：尺寸Φ2.8×10.5×3.55m，體積約200m3；②膜組件：PVDF聚偏氟乙烯中空纖維膜；③控制系統：PLC全自動控制系統，可自動、手動控制曝氣、進出水。

2.3 試驗方法

3 試驗結果分析

3.1 COD去除率

圖1試樣過程污水中COD值隨著溶解氧下降的變化趨勢。由圖1可知，隨著溶解氧含量的下降，污水中COD的去除率也隨之而降低。當污水中的溶解氧量從>2.3mg/L區間內下降到1.1～1.4mg/L區間內之后，污水出水的COD濃度則從72.32mg/L逐漸上升到148.95mg/L，而相對應的，COD去除率則從93.82%逐漸下降到87.92%；而當溶解氧從1.1～1.4mg/L區間下降到0.3～0.6mg/L區間之后，污水出水COD濃度值則出現了小幅度的下降現象，COD的去除率則出現了小幅度的上升，回升至93%。當溶解氧濃度下降至0.3mg/L以下，出水COD濃度上升，去除率則對應下降至85%以下。

進一步觀察可以發現，在不同溶解氧濃度條件下，FMBR技術對污水中的COD均有較好的去除效果，去除效率始終在70%以上，且根據整體變化趨勢分析可知，溶氧量越大，則COD去除效果越好。分析認為，這是由于溶解氧較低時集成污水處理設備內溶解氧無法滿足微生物代謝需求，有機物降解速率隨微生物活性降低而降低；而隨著溶氧量的逐漸增大，微生物的新陳代謝速率也變得更快，因此對污水中COD的去除效率也要更大。

圖1 不同溶氧量條件下污水COD值去除效果

圖2 不同溶氧量條件下污水值去除效果

N的去除是正相關的，分析認為，這是由于溶解氧濃度能夠直接影響反應器中硝化反應的發生速率。當溶解氧濃度過低時，硝化菌將轉化為的過程將會被抑制，因此去除率較低。

3.3 TN去除率

圖3展示了不同溶氧量條件下污水TN去除效果。由圖可知，隨著溶解氧的下降，污水中TN的去除率則隨之升高。由圖3可以發現，溶解氧從1.1～1.4mg/L下降到0.3～0.6mg/L期間，TN濃度下降，TN去除率則在78%左右。分析認為，由于總氮主要成分為氨氮，且其濃度隨溶解氧濃度的升高而升高，說明SND過程中硝化反應不再受到抑制，能徹底反應。當溶解氧濃度下降至0.3mg/L以下后，出水TN濃度再次上升，去除率下降至66.97%。此時出水總氮中主要組成為氨氮及有機氮，且此時濃度均處于較低水平，能夠抑制硝化反應和有機物反應速率。

圖3 不同溶氧量條件下污水TN值去除效果

4 結語

(1)在不同溶解氧濃度條件下，FMBR技術對污水中的COD均有較好的去除效果，去除效率始終在70%以上，且根據整體變化趨勢分析可知，溶氧量越大，則COD去除效果越好。當污水中的溶解氧量>2.3mg/L時，COD去除率最大達到93.82%。