生態循環膜生物反應器在農村污水處理中的應用

摘要：農村生活污水收集率與處理率偏低，其治理迫在眉睫。本文開展試驗，將生態循環膜生物反應器（ECR）應用于農村生活污水處理中。結果表明，進水化學需氧量（CODCr）、氨氮、總磷（TP）的平均濃度分別為300 mg/L、24 mg/L和10 mg/L，設備出水濃度分別為16.3 mg/L、0.29 mg/L和0.42 mg/L。運行時，污泥濃度為8 000～12 000 mg/L，跨膜壓差上升速率約為0.5 kPa/d，在線維護性清洗周期為14 d，排泥周期為20 d。ECR將立體生態技術與傳統膜生物反應器（MBR）工藝相結合，具有處理效果好、產泥量少等優點，適用于農村分散式污水處理。

關鍵詞：ECR；兼氧區；仿植物根系填料；農村污水處理

中圖分類號：X703.3 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）03-0-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.03.050

Abstract： The collection rate and treatment rate of rural domestic sewage is low， and its treatment is urgent. In this paper， an experiment is carried out to apply the eco-friendly and circular reactor （ECR） to the treatment of rural domestic sewage. The results show that the average concentrations of chemical oxygen demand （CODCr）， ammonia nitrogen and total phosphorus （TP） in influent water are 300 mg/L， 24 mg/L and 10 mg/L respectively， and the concentrations of effluent water from the equipment are 16.3 mg/L， 0.29 mg/L and 0.42 mg/L respectively. During operation， the sludge concentration is 8 000～12 000 mg/L， the rise rate of transmembrane differential pressure is about 0.5 kPa/d， the online maintenance cleaning cycle is 14 d， and the sludge discharge cycle is 20 d. ECR combines three-dimensional ecological technology with traditional membrane bioreactor （MBR） process， which has the advantages of good treatment effect and low sludge production， and is suitable for rural decentralized sewage treatment.

Keywords： ECR; facultative oxygen zone; imitation plant root filler; rural sewage treatment

農村經濟的快速發展帶來生活方式的改變，自來水的普及率不斷提升，用水量和污水排放量都在增加。農村生活污水的無序排放帶來水體變黑變臭、蚊蠅滋生等一系列問題，農村生態環境受到一定程度的破壞[1-2]。農村環境綜合整治是美麗鄉村建設的客觀要求，近年來，我國逐步開展農村生活污水的收集和處置工作，但收集率和處理率仍處于比較低的水平，農村生活污水治理迫在眉睫。

目前，集中式城鎮污水處理技術已經較為成熟，但分散式農村污水處理研究比較少。現有的農村污水處理形式多樣，工藝包括人工濕地、膜生物反應器（MBR）、土地滲濾、厭氧-缺氧-好氧法（A2O）等[3-6]，大多由集中式污水處理借鑒而來。農村污水處理面臨的具體情況更為復雜，運行、管理和維護的條件比較欠缺，農村生活污水處理設施正常運行率偏低[7-8]。因此，在技術選擇上，應綜合考慮環境效益、經濟效益、社會效益等因素[9]，選擇占地面積小、工藝簡單、投資少且出水穩定的處理工藝。生態循環膜生物反應器（ECR）將立體生態技術與傳統MBR工藝相結合，具有運行操作簡單、處理效果好、產泥量少、系統穩定等優點。本文開展長期的運行試驗，為該工藝的應用及推廣提供一定的數據支撐。

1 材料與方法

1.1 原水水質

試驗地點位于東莞市虎門鎮，設備進水為經格柵、調節池（沉砂池）處理后的生活污水，試驗時間為2018年9—11月。試驗期間，進水CODCr濃度為114～550 mg/L，氨氮濃度為9.8～34.4 mg/L，TP濃度為4.02～17.6 mg/L。

1.2 工藝流程

ECR分散式處理工藝流程如圖1所示，ECR的立體結構和仿植物根系填料如圖2所示。污水經收集管道進入調節池前端的格柵，去除水中大體積的固體雜質，然后經原水提升泵進入ECR。首先進入高效兼氧區，此區域內部設有仿植物根系填料，底部微曝氣，主要起到去除CODCr、氨氮、TP的作用；隨后進入MBR區，該區域采用強曝氣方式，除起到沖刷膜表面及提供溶解氧（DO）的作用外，還起到汽提的作用，使膜區的混合液回流到兼氧區。膜出水進入清水池，經消毒后達標排放。

在兼氧池中，底部精細曝氣形成好氧環境，中間填裝新型的仿植物根系填料，采用特殊的微纖維結構，補充植物根部功能，大多數微生物以吸附的形式存在，在填料最外端形成好氧微生物菌群，中間形成兼氧微生物菌群，最里面形成厭氧微生物菌群，從而豐富污水微生物的種群，提高CODCr、氨氮、TP的去除效果。頂部的植物根系結構和專有的生物纖維介質為獨特和多樣化的生物膜提供理想的棲息地。在反應器內，泥齡長，總懸浮固體濃度較低，產泥量少，利于后續微濾的固液分離。

1.3 主要設備的基本參數

格柵寬度為5 mm。提升泵流量為1.5 m3/h，揚程為10 m。高效兼氧區水力停留時間為4.5 h，內設仿植物根系填料。MBR膜組件水力停留時間為3.1 h，中空纖維膜面積為90 m2。污泥回流比為30%。膜通量為16 L/（m2·h）。污泥濃度為8 000～12 000 mg/L。

1.4 分析方法

ECR裝有在線監測系統，實時記錄并保存設備運行過程的DO、液位、流量、壓差等參數數據。CODCr采用重鉻酸鹽法進行檢測，氨氮采用納氏試劑分光光度法進行檢測，TP采用鉬酸銨分光光度法進行檢測，SS采用重量法進行檢測。

2 設備運行情況

2.1 ECR對污染物的去除效果

試驗地點周圍存在工業區，污水管網納入部分工廠自行處理后的工業廢水，來水水質波動較大。從圖3可以看出，設備運行期間，進水CODCr濃度最低為114 mg/L，最高達550 mg/L，平均濃度為300 mg/L。出水CODCr濃度基本低于20 mg/L，平均濃度為16.3 mg/L，達到《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）的Ⅲ類水要求，可作為景觀水使用。結果表明，ECR對CODCr的去除效果非常好，平均去除率高于90%，系統具有很好的耐沖擊負荷能力，進水CODCr濃度發生變化時，它仍能保持比較好的CODCr去除效果。

設備運行期間，進出水氨氮濃度變化如圖4所示。與CODCr類似，進水氨氮濃度波動較大，最低時約為10 mg/L，最高時達35 mg/L，平均濃度為24.1 mg/L。設備出水氨氮濃度比較穩定，基本低于0.5 mg/L，平均濃度為0.29 mg/L，達到《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）的Ⅲ類水要求。

設備運行期間，進出水TP濃度變化曲線如圖5所示。設備進水TP濃度高于普通生活污水，最低為4 mg/L，最高達18 mg/L，平均濃度為10 mg/L，原因可能是周圍工業廢水混入。在使用除磷劑的條件下，設備出水TP濃度基本低于0.5 mg/L，達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的一級A標準。

經檢驗，設備出水SS濃度低于常規方法的檢出限（2 mg/L）。本試驗主要針對分散式農村污水處理，TN指標并未納入考核，但仍進行達標驗證。本試驗原水CODCr濃度較高，進水碳氮比基本滿足脫氮要求，出水TN濃度低于15 mg/L，達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的一級A標準。

2.2 ECR膜運行情況

設備運行期間，膜通量為12～17 L/（m2·h），平均膜通量為16 L/（m2·h）；污泥濃度為8 000～12 000 mg/L，跨膜壓差在3～11 kPa波動，壓差的上升速率約為0.5 kPa/d。在線維護性清洗周期為14 d，采用濃度500 mg/L的NaClO作為清洗液，清洗時間為40 min。在線清洗可以將跨膜壓差由11 kPa降低至3 kPa，之后緩慢上升至11 kPa左右。排泥周期約為20 d一次，每萬噸水的產泥量約為2 t（含水率75%）。

3 結論

ECR將立體生態技術與MBR工藝相結合，具有處理效果好、排泥量少、操作維護簡單等優點，適用于農村分散式污水處理。運行期間，設備進水CODCr、氨氮、TP的平均濃度分別為300 mg/L、24 mg/L和10 mg/L，設備出水濃度分別為16.30 mg/L、0.29 mg/L和0.42 mg/L；污泥濃度為8 000～12 000 mg/L，跨膜壓差上升速率約為0.5 kPa/d，在線維護性清洗周期為14 d，排泥周期為20 d。

參考文獻

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2 于美娜，張鴻剛.農村生活污水處理現狀及其方法研究[J].天津城建大學學報，2020（6）：440-444.

3 彭 彬，胡思源，王 鑄，等.農村生活污水分散式處理現狀與問題探討[J].農業現代化研究，2021（2）：1-12.

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