用于處理農村生活污水的A3O(MBBR)工藝設計及運行效果

＊劉積容

（福建乾澤環保技術有限公司 福建 350002）

近年來，隨著人民生活水平日益改善，農村生活污水排放量不斷增加，并且開始呈現出低碳源高氮磷化趨勢，如果任由大量農村生活污水無組織排放將會對生態環境造成嚴重的危害[1]。目前處理農村生活污水常用的A/A/O（即A2/O）工藝存在占地面積大、反硝化過程受限、除磷效果差、生物量小、抗負荷沖擊能力弱等缺點。因此，開發一種因地制宜、低耗高效、脫氮除磷、抗沖擊強的農村生活污水生化工藝勢在必行。

A3O工藝是在傳統A/A/O污水生物處理技術基礎上進行提升，該技術將整體生物處理分為四個階段，分別是預脫硝階段、厭氧階段、缺氧階段和好氧階段，在原有厭氧-缺氧-好氧階段前加入了預脫硝階段，強化了脫氮除磷的效果[2]。MBBR是移動床生物膜反應器（Moving Bed Biofilm Reactor）的簡稱，又稱懸浮填料生物膜工藝，是一種新型高效的水處理技術，其結合了流化床和接觸氧化兩種技術優點。其優點在于處理COD以及脫氮高效、抗負荷沖擊強、排泥量少、占地小等[3-4]。

1.項目概況

本農村污水處理項目為福建省某市9個鄉鎮的污水處理工程，設計總規模5000m3/d，共計建設11座規模不一的污水處理設施。鄉鎮無完善的污水處理設施和污水管網，已建成的200t/d的小型污水處理設施，出水水質為《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）二級標準，無法達到最新一級A標準，大部分污水仍舊直排，對鄉鎮的衛生環境造成一定的影響，嚴重影響了鄉容、鄉貌和鄉鎮旅游業的發展。

本項目設計出水水質為《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A類排放標準，并盡量通過農田、溝渠等消納方式解決尾水排放問題。本項目設計進、出水表見表1。

表1 生活污水處理站設計進、出水水質要求

2.工程設計

本項目盡量根據各片區的排水工程規劃和建設情況統一布置，充分利用現有的污水管道，合理利用地形地貌。根據項目進水水質情況、建設運行成本、建設占地面積等因素對處理工藝進行比選和設計。如圖1所示，本項目主要處理構筑物有格柵集水池、一體化污水處理設備、污泥池和標準化排放口等。

圖1 主要處理構筑物

(1)工藝比選

一級處理、二級處理、三級處理是根據不同需要而采用的不同污水處理方法。

一級處理一般采用物理法采用機械分離的方式去除水中的懸浮固體、浮油等，主要技術手段有格柵、物理沉淀、氣浮等。本項目根據進水懸浮物性質和后續生物處理單元的要求，在格柵渠內設一道機械格柵，以便定期清理進水中的垃圾、雜物等。污水中的砂粒通過設置沉砂池去除。

本項目采用二級生化處理工藝為的A3O（MBBR）技術。

A3O（MBBR）污水生化技術工藝特點如下：

①污水污泥同步處理

A3/O（MBBR）技術可實現污水污泥的同步處理，在高負荷污水處理同時減少剩余活性污泥量。在好氧階段，由于填充有大量生物填料，填料在曝氣作用下呈流化狀態，為微生物營造出多相生存條件，新生的活性污泥可將老化污泥消化和礦化，實現了污泥的自動消化和降解平衡，減小有機污泥排放。

②強化脫氮除磷

A3/O（MBBR）系統中增加了預脫硝池，擴大缺氧區池容，有效增強脫氮除磷效果。同時引入MBBR工藝技術，在好氧段加入懸浮載體，填料在曝氣作用下呈流化狀態，為微生物營造出多相生存條件，提高功能微生物量及豐富生物種類，為同步硝化反硝化創造必要的條件，大大減少了硝化反硝化反應時間，提高脫氮除磷效果[5]。

三級處理是在前兩級處理基礎上為實現達標排放進行的進一步深度處理。本項目所設計的生活污水一級A類排放標準要求農村生活污水必須進行消毒處理。因此，本項目三級處理以消毒處理為主。本項目采用紫外線消毒工藝。

(2)工藝設計

通過工藝比選，因此本項目選擇占地面積小、運行成本低、脫氮除磷效果好、抗負荷沖擊強的A3O（MBBR）生化工藝，前端采用格柵沉砂預處理，后端采用紫外線消毒，污泥采用板框壓濾的方式對污泥進行濃縮后委外處置。具體工藝設計圖如圖2所示。

圖2 工藝設計圖

本項目設計處理總量為5000t/d，分為11個污水處理站進行處理。本文以800m3/d污水處理站設計為例進行詳細分析。

①組合池設計

格柵渠、沉砂池、調節池和污泥池合建，平面尺寸23.75m×6.45m，采用鋼筋混凝土結構。

A.格柵渠：設備設計參數包括，設計流量：Qmax=72.3 m3/h（總變化系數Kz=2.17），過柵流速：Vmax=0.8m/s，柵條間隙：b=5mm，柵前水深：h=0.5m。

B.沉砂池：設計參數包括，設計流量：Qmax=72.3m3/h（總變化系數Kz=2.17）。沉砂池尺寸：5.0m×4.0m×3.9m，格柵排砂量約為0.08m3/d，沉砂池需定期清掏。

C.調節池：設計參數包括，設計流量：Qmax=72.3m3/h（總變化系數Kz=2.17）。調節池平面尺寸為14.0m×8.0m，總高度3.9m。

D.污泥池：設計參數包括，剩余污泥體積：0.08m3/d，進泥含水率：99.0%，出泥含水率：98.0%。平面尺寸8.0m×5.25m，有效水深為2.0m，總高度為3.9m，鋼筋砼結構。

多池合建可實現功能分區明確，構筑物布置緊湊，減少占地面積。

②一體化污水處理設備整體設計

本設備處理工藝為A3/O+MBBR工藝，由預脫硝段、厭氧段、缺氧段、MBBR段、沉淀池組成。依次流經預脫硝池（A1池）、厭氧池（A2池）、缺氧池（A3池）去除部分有機物，然后流入好氧池（O池），好氧池（O池）內填裝高效好氧填料（填充率為50%的生物量遞增海綿體CC-20B型填料），實現有機物降解、氨氮硝化。

設計參數包括，設計總流量：Q=800m3/d，生化停留時間：t=10.4h，好氧池氣水比：8:1，BOD5容積負荷：0.4 kg/m3，混合液回流比：200%，供氣量：4.44m3/min。

③MBBR設計

移動床生物反應器MBBR并不簡單是在好氧池中加入生物填料，而是一個完整的生物處理系統，其是一種兼具傳統活性污泥法和生物接觸氧化法有點的先進處理技術。有研究表明MBBR可為異養反硝化過程提供反應條件，能強化系統的脫氮效果，MBBR系統相較于普通生物膜法不需要反沖洗，通過增加生物載體的填充百分比來提高操作能力[5-7]。MBBR設計上包括生物填料的篩選、生物填料填充率的確定、填料區流態設計。

本項目選用的生物量遞增海綿體CC-20B型填料，其具有高比表面積，大大增加系統內微生物的質與量，這樣的結構利于反應器開始階段的填料掛膜，同時還能對好氧池中曝氣產生的氣泡起到切割攪拌的作用。

從流化角度考慮，好氧池填充率應＜67%，從運行能耗及運行維護管理角度考慮，一般要求填充率＞15%。為了保證填料在反應器中均勻循環移動以達到較好的混合效果，本項目通過實驗驗證，選擇填料填充率為50%。

MBBR系統中曝氣強弱及方式決定了填料的循環移動狀態、氧氣傳遞效率和氧氣利用率。本項目曝氣系統采用EPDM三元乙丙橡膠材質的微孔曝氣盤，單盤曝氣量0～5m3/h，一組設備68套，采用漸進曝氣方式進行排列。該方式很好的控制了DO的濃度生物膜厚度的變化，使其可以形成表面DO高，內層DO低的一個濃度梯度，進而形成不同的溶解氧條件，進而給同步硝化反硝化創造必要的條件，大大減少反應時間和反應器的容積，提高氨氮總氮去除效果。

3.運行效果

該項目2022年6月正式開始調試運行，整套工藝運行穩定，出水穩定達到一級A排放標準。2022年6—9月調試運行數據如表2所示。

表2 2022年6—9月進、出水調試運行數據

如表2所示，實際進水水質普遍低于設計值，但水質波動較大。但從出水水質情況來看，出水指標可以穩定達到一級A標準。這說明A3O（MBBR）工藝處理水質波動較大的農村生活污水具有很好的處理效果，尤其是在脫氮除磷方面。

4.經濟情況分析

本項目共修建11個農村生活污水處理廠，處理水量5000t/d，總投資約4754萬元，平均每噸水運營成本約0.55元，投資成本及運營成本均低于傳統A2O法。

該項目格柵渠、沉砂池、調節池和污泥池合建，建設噸水占地面積僅0.26m2/(m3·d-1)，相較于傳統農村污水處理方法具有較大優勢。

5.結論

福建某農村生活污水處理項目因其規劃建設面積有限、進水水質不穩定且波動大、氮磷含量高等情況，設計采用“格柵沉沙預處理+A3O（MBBR）生化工藝+紫外線消毒”的工藝技術，好氧池加入填充率為50%的生物量遞增海綿體CC-20B型填料。實際運行階段，出水穩定達到GB18918-2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》中一級A類排放標準。本項目A3O（MBBR）生化工藝技術對同類型生活污水廠建設具有較大參考意義。