A/OˉMBBR工藝一體化設(shè)備在鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水處理中的應(yīng)用研究

陶 鎮(zhèn)，毛春奎，冉靜鳳，田 晨，伍雪瑜，楊偉琪

（1．湖南省和清環(huán)境科技有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000；2．長(zhǎng)沙理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410114）

0 引言

根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《2020年城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》顯示，截至2020年，我國(guó)現(xiàn)有建制鎮(zhèn)18 822個(gè)，建制鄉(xiāng)8876個(gè)。能否做好鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水的處理工作是水環(huán)境防治工作的關(guān)鍵。然而我國(guó)建制鎮(zhèn)和建制鄉(xiāng)的污水處理率分別為65.35%和34.87%[1]，未經(jīng)處理的鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水的直接排放給鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量帶來了極大壓力，給美麗新農(nóng)村的建設(shè)、農(nóng)村人居環(huán)境的改善帶來了挑戰(zhàn)。

湖南省長(zhǎng)沙市某郊區(qū)生活污水處理廠處理規(guī)模約為500 m3/d，該污水處理廠的污水主要來源于長(zhǎng)沙市某郊區(qū)周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生活污水，采用A2/O工藝，出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)[2]，后續(xù)計(jì)劃將出水標(biāo)準(zhǔn)提高為一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。基于鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村、景區(qū)、展館等小規(guī)模應(yīng)用場(chǎng)景，湖南省和清環(huán)境科技有限公司開發(fā)了一套A/OˉMBBR工藝的一體化生活污水處理設(shè)備，為了驗(yàn)證該設(shè)備的性能、穩(wěn)定性、處理效果、成本以及優(yōu)化迭代細(xì)節(jié)，在長(zhǎng)沙市某郊區(qū)生活污水處理廠進(jìn)行為期4個(gè)月的應(yīng)用試驗(yàn)研究。

A/O工藝也叫缺氧/好氧工藝，在缺氧段，厭氧菌將生活污水中可溶性有機(jī)物水解酸化，將大分子有機(jī)物降解成小分子有機(jī)物，提高后續(xù)好氧處理能力。A/O工藝具有流程簡(jiǎn)單、投資較少、TN去除效果較好的特點(diǎn)。移動(dòng)床生物膜法（MBBR）是目前應(yīng)用較為成熟的一種生物膜污水處理工藝。通過選擇穩(wěn)定、高密度性的載體，生物膜可輸送至全反應(yīng)器，增加生物膜、氧氣和反應(yīng)底物的接觸反應(yīng)概率，提高了降解效率，具有活性污泥法的優(yōu)點(diǎn)。MBBR與傳統(tǒng)的活性污泥法耦合可實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的深度處理，達(dá)到提高出水水質(zhì)或改進(jìn)污水處理工藝的效果[3]。

A/OˉMBBR工藝應(yīng)用于生活污水處理具有以下優(yōu)勢(shì)：①可有效深化脫氮除磷效果，尤其是對(duì)提升TN的脫除效果最為顯著。②對(duì)于有需要的提標(biāo)改造工程而言，無須增加新的構(gòu)筑物，僅需新增MBBR反應(yīng)器即可，不僅節(jié)約用地，而且節(jié)約了改造費(fèi)用。③可有效提高水力負(fù)荷，并改善生物系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

MBBR的特點(diǎn)在于所采用的懸浮填料比表面積較大，且填料比重接近于水，填料的性能直接決定了反應(yīng)體系的總微生物量、掛膜的效率和難易程度，對(duì)處理效率有顯著影響[4]。為保證懸浮填料能在反應(yīng)系統(tǒng)中均勻循環(huán)式移動(dòng)，達(dá)到良好的混合效果，要根據(jù)具體項(xiàng)目水質(zhì)狀況選擇匹配的填料投加比例[5]。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件及材料可獲取的便利性、經(jīng)濟(jì)性，本套設(shè)備采用蜂窩式高密度聚氨酯懸浮載體填料，規(guī)格φ25 mm，空隙率70%，缺氧區(qū)、好氧區(qū)整體填充率約為40%。

1 污水水質(zhì)

設(shè)備設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)與該污水處理廠4個(gè)月實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)比對(duì)情況如表1所示。

由表1可知，根據(jù)1個(gè)月每日進(jìn)水檢測(cè)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，該污水處理廠進(jìn)水平均BOD5/CODCr為0.47，污水可生化性良好。

表1 設(shè)備設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)與該污水處理廠4個(gè)月實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)比對(duì)情況 單位：mg/L

2 工藝流程

本次應(yīng)用試驗(yàn)的工藝流程如圖1所示，本研究在該污水處理廠內(nèi)開展，A/OˉMBBR一體化設(shè)備放置于廠區(qū)生化池旁邊的空地處。

圖1 A/OˉMBBR工藝一體化設(shè)備的工藝流程

A/OˉMBBR一體化設(shè)備的進(jìn)水取自經(jīng)過該污水處理廠曝氣沉砂池處理后的出水，采用進(jìn)水泵將曝氣沉砂池出水送至一體化設(shè)備MBBR缺氧池，同時(shí)好氧池混合液經(jīng)污泥泵1回流至缺氧池，缺氧池內(nèi)裝填填料，填料在推流及混合液回流的作用下不斷移動(dòng)，進(jìn)行充分的反硝化反應(yīng)過程，以降低水中氮的含量，同時(shí)去除水中的部分有機(jī)物。污水經(jīng)過好氧區(qū)時(shí)經(jīng)懸浮污泥與生物膜雙重作用，實(shí)現(xiàn)水中有機(jī)物、NH3ˉN的降解，去除污水中的CODCr，并發(fā)生硝化反應(yīng)，生物膜內(nèi)層由兼性厭氧菌反硝化作用實(shí)現(xiàn)部分污水的同步反硝化脫氮，同時(shí)在好氧池中間位置投加三氯化鐵溶液進(jìn)行化學(xué)除磷。污水分別經(jīng)過缺氧、好氧、沉淀工序后，上清液進(jìn)入中間水池，中間水池的水位達(dá)到高液位后，砂濾自動(dòng)啟動(dòng)，濾后的清水再經(jīng)紫外線消毒后達(dá)標(biāo)排放。沉淀池的一部分底泥經(jīng)污泥泵2回流至缺氧池，保障水處理系統(tǒng)污泥量污泥濃度，另一部分底泥經(jīng)排泥管的電磁閥啟閉實(shí)現(xiàn)間歇排放。

應(yīng)用試驗(yàn)研究直接采用該污水處理廠現(xiàn)有80%含水率的剩余污泥進(jìn)行培養(yǎng)與馴化。調(diào)試10 d，后續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行90 d，每日取進(jìn)出水水樣送污水處理廠實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析檢測(cè)，每日主要分析指標(biāo)有CODCr、NH3ˉN、TN、TP、SS，每周抽樣檢測(cè)糞大腸菌群指標(biāo)1~2次。每日工藝監(jiān)測(cè)指標(biāo)主要有好氧區(qū)混合液懸浮污泥（MLSS）、好氧區(qū)DO、缺氧區(qū)DO、SV30、進(jìn)出水流量計(jì)顯示水量、電耗、藥耗、設(shè)備儀表運(yùn)行狀況等。

A/OˉMBBR工藝一體化設(shè)備在100 m3/d水力負(fù)荷條件下各參數(shù)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 A/OˉMBBR工藝一體化設(shè)備在100 m3/d水力負(fù)荷條件下各參數(shù)數(shù)據(jù)

3 處理效果分析

在試驗(yàn)研究期間對(duì)主要污染物去除率、去除效果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，具體情況如下。

3.1 COD的去除效果

盡管進(jìn)水COD波動(dòng)較大，但出水COD值較為穩(wěn)定，COD平均去除率為92%，一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)率100%。COD去除率高，說明在該反應(yīng)系統(tǒng)中，前端MBBR缺氧池將大分子有機(jī)物水解酸化為較小分子的有機(jī)物。后端MBBR好氧池供氧充足，異氧細(xì)菌含量高，這些異氧菌通過呼吸作用攝取水中的有機(jī)物為自身的新陳代謝提供能量并完全分解為CO2和H2O，從而降低水中COD的含量[6]。

3.2 TP的去除效果

TP的去除效果如圖2所示。由圖2可以看出，進(jìn)水TP濃度平均為2.79 mg/L，出水TP濃度平均為0.28 mg/L，平均去除率為89.6%。在試驗(yàn)進(jìn)行十幾天后出現(xiàn)連續(xù)幾天出水TP超標(biāo)的現(xiàn)象，究其原因主要有兩個(gè)：①三氯化鐵投加量不足。②排泥量不夠。系統(tǒng)除磷主要以化學(xué)除磷為主，且TP的開路方式是以剩余污泥的形式排出系統(tǒng)。出現(xiàn)TP超標(biāo)情況后增加了三氯化鐵用量，出水TP開始呈現(xiàn)下降趨勢(shì)并達(dá)標(biāo)。后經(jīng)不斷調(diào)整優(yōu)化三氯化鐵藥劑用量后出水TP穩(wěn)定保持在0.5 mg/L以內(nèi)。在此進(jìn)水水質(zhì)條件下，三氯化鐵用量為0.020~0.025 g/L，能保障出水TP達(dá)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 TP的去除效果

3.3 NH3ˉN的去除效果

NH3ˉN的去除效果如圖3所示。由圖3可以看出，出水NH3ˉN均值為3.04 mg/L，平均去除率為85%。期間有6個(gè)連續(xù)批次的出水NH3ˉN超標(biāo)明顯，經(jīng)分析有兩個(gè)原因：①風(fēng)量不足。②氧的利用率不高。氧的利用率與曝氣方式、氣泡大小、池體結(jié)構(gòu)、池體深度有關(guān)，工程項(xiàng)目上曝氣池的深度比較固定，多為4.5~5 m。目前一體化設(shè)備進(jìn)水100 m3/d的條件下，運(yùn)行水深約為2.5 m，氧的利用率較低。當(dāng)檢測(cè)到出水NH3ˉN超標(biāo)時(shí)，及時(shí)采取了加大風(fēng)量、加大排泥量、提高排泥頻率等措施，后續(xù)出水NH3ˉN均穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

圖3 NH3ˉN的去除效果

一般大型市政污水處理廠曝氣池氣水比為（8~10）:1，經(jīng)過對(duì)風(fēng)機(jī)性能曲線、出口風(fēng)量的測(cè)算，本套設(shè)備的曝氣池氣水比為（15~18）:1。在該氣水比下，出水NH3ˉN、TN均能穩(wěn)定滿足一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.4 TN的去除效果

出水平均TN為8.55 mg/L，TN平均去除率為69.4%。經(jīng)A/OˉMBBR工藝一體化設(shè)備處理，出水TN濃度能夠穩(wěn)定滿足一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)要求，達(dá)標(biāo)率為100%。

4 結(jié)語(yǔ)

采用A/OˉMBBR工藝一體化設(shè)備處理該污水處理廠的鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水，在好氧區(qū)與缺氧區(qū)分別投加懸浮填料，控制調(diào)節(jié)曝氣的大小，使系統(tǒng)中的填料和混合液實(shí)現(xiàn)循環(huán)流動(dòng)。在系統(tǒng)穩(wěn)定后，出水CODCr、NH3ˉN、TN、TP、SS等指標(biāo)均可達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)要求。具體結(jié)論和建議如下。

（1）經(jīng)過A/OˉMBBR一體化設(shè)備處理后，各水質(zhì)指標(biāo)能夠很好地滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的要求，各主要污染物平均去除率分別為：COD 92%，TP 89.6%，NH3ˉN 85%，TN 69.4%，SS 95.6%。

（2）在應(yīng)用試驗(yàn)研究過程中有部分出水NH3ˉN、TP指標(biāo)超標(biāo)的情況，后續(xù)采取了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，能夠確保系統(tǒng)正常，各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

（3）人工監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀況工作量大且不便利，后續(xù)產(chǎn)品可以結(jié)合在線監(jiān)控系統(tǒng)，配套在線ORP計(jì)、DO儀、MLSS濃度計(jì)等設(shè)備，收集各重要數(shù)據(jù)以及運(yùn)行信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制。

（4）經(jīng)過用電量的核算，噸水電耗為0.40~0.45 kW·h，還有進(jìn)一步優(yōu)化的空間。