MBR一体化污水处理设备在农村污水处理中的应用

卢凤华，赖志鹏

（福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000）

1 前言

据《2016年城乡建设统计公报》[1]显示，“十三五”期间全国城市共有污水处理厂2039座，污水处理率93.44%；县城共有污水处理厂1513座，污水处理率87.38%。我国城市污水处理事业取得了较好的发展，但城市污水管网收集系统难以延伸的区域处理率相对较低，2016年我国行政村的污水处理率只有20%，远远落后于城市和县城。“十三五”期间，国家和各级政府提出要进一步改善农村生活环境，加快农村污水设施的建设，这就为小型一体化污水处理设备提供广阔的发展空间。膜生物反应器（MBR）工艺因出水效果稳定、自动化程度高，成为市政污水处理厂提标改造的主要技术之一[2～4]。近几年，随着国家对农村环境整治力度的加大，MBR工艺已在农村污水处理领域得到应用并吸引了广泛研究[5～8]。

因此，作者将分析MBR一体化污水处理设备，并介绍其在农村污水的项目应用情况，为实际的工程提供参考依据。

2 传统农村污水处理法的不足

农村污水传统的处理工艺包括：A/O、A2/O、氧化沟、生物转盘、生物接触氧化、SBR法和人工湿地等。传统农村污水处理工艺主要采用重力沉降进行固液分离，对污水中的碳、氮、磷具有一定的处理效果，但不能稳定达标，原因有：1）农村污水水质水量昼夜变化大，传统的生物处理法抗冲击负荷差，出水水质不稳定；2）曝气池内污泥浓度为2000～3000mg/L，污泥浓度不高，限制生物降解能力；3）出水受到二沉池固液分离效果限制，容积负荷低，占地面积大；4）剩余污泥产生量大，增加污泥处理费用；5）微生物易随水流流失，对某些特殊污染物降解能力有限；6）水质不够稳定，处理设施多，管理复杂。

3 MBR一体化污水处理在农村污水处理中的应用

3.1 工艺介绍

MBR工艺是一种生物处理与膜分离相结合的新型处理技术，包括超细格栅、生化池、膜池、回流系统、曝气系统、消毒系统等模块，同时配合电气控制系统，实现全自动智能化管理。按照好氧池和膜组件的放置形式主要分为合并式和分体式，通过向好氧池和膜池曝气，使大量微生物降解水中的有机物、氧化氨氮，并利用膜截留悬浮物和大分子有机物，降低出水中有机物和氨氮等污染物的含量。

在实际项目中，MBR一体化污水处理设备的工艺以缺氧-好氧MBR（即AO/MBR）、兼氧MBR（即FMBR）为主，同时伴有少量的好氧MBR（即O/MBR）工艺。

3.1.1 AO/MBR一体化污水处理设备

AO/MBR一体化污水处理设备在分散式污水处理项目中应用最广泛，该工艺由缺氧区、好氧区和膜区组成，其中好氧区和膜区一般为合并式。将缺氧池设置在除碳过程的前面，先将废水引入缺氧池，反硝化菌利用原污水中的有机物作为碳源，将回流液中大量的硝态氮还原成氮气，从而达到脱氮的目的。废水进入后续的好氧池，亚硝化菌和硝化菌将氨氮转化为硝态氮，并回流至缺氧池进行反硝化。该方法优点是处理效率高，流程简单，投资省，操作费用低，但对总磷有更高要求时，应设置化学加药除磷设备。

3.1.2 FMBR一体化污水处理设备

兼氧MBR工艺（简称为FMBR），业内认为是AO/MBR工艺的变型。兼氧膜生物反应器内培养大量的兼性复合菌群，水中的污染物在兼性复合菌群的作用下得到分解，最后混合液通过膜的过滤，出水排放或回用。FMBR工艺碳、氮污染物的降解机理与传统工艺类似，但对于磷元素的去除机理，市面上的设备厂家认为主要是靠气化除磷，并非是传统的厌氧释磷、好氧吸磷机理，从而系统不排泥也可以达到除磷的效果[9]。

气化除磷[10]是指特种菌在兼性条件下将污水中的磷转化为气态的PH3，由于PH3非常不稳定，曝气过程中瞬间氧化为磷的氧化物被带入空气中，进入磷的自然生态循环，从而将磷元素从污水中去除。污水处理中的气化除磷理论从1988年提出以来，一直存在较大争议，如何控制苛刻的反应条件及妥善收集、处理剧毒的PH3，学术界目前仍无明确的共识。

3.1.3 O/MBR一体化污水处理设备

O/MBR工艺由好氧和膜分离组合，是MBR一体化设备中最简单的工艺（见右图）。该工艺与AO/MBR工艺相比，没有缺氧池和硝化液回流系统，微生物主要在好氧池和膜池中降解氨氮和有机物，同时利用膜截留悬浮物和大分子有机物。通常O/MBR一体化污水处理设备可以满足《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T 18920—2002）要求，但系统对总氮与总磷去除效果有限，因此O/MBR一体化污水处理设备主要用于临时性污水治理（如建筑工地）、突发性应急污水治理（如溢流污水、微污染河道、黑臭水体快速整治）、过渡性的污水治理（如城乡接合部等）。

3.2 设备优势

与传统工艺的一体化污水处理设备相比，MBR一体化污水处理设备是以生物处理和膜截留组合的反应器，采用膜过滤替代重力分离，提高曝气池污泥浓度，同时强化微生物降解能力，运行操作方便，实现1+1＞2的效果。

MBR模块图

MBR一体化污水处理设备的主要优势有：1）对污染物去除率高，由于膜组件的膜孔径非常小，可将生物反应器内全部的悬浮物和污泥截留下来，对SS有良好的去除效果，同时反应器内的污泥浓度可达到较高水平，也提高了MBR对有机物的去除效率；2）耐冲击负荷，由于膜组件的高效截留作用，使反应器内微生物浓度高，生物种群多样性好，耐冲击负荷；3）强化硝化作用，膜组件的分离作用可以使生物反应器中的水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）完全分开，从而使系统中生长缓慢、世代时间较长的微生物（如硝化细菌）在反应器中有足够时间生存，强化了反应器的硝化作用；4）受污泥膨胀问题影响小，污泥膨胀会使传统的活性污泥的出水固液分离效果不好，而MBR采用膜进行固液分离，因此污泥膨胀对MBR出水的固液分离影响小；5）MBR设备在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄的条件下运行，反应器内营养物质相对缺乏，微生物处在内源呼吸阶段，污泥产率低，剩余污泥的产生量很少，节省污泥处理处置费用。

3.3 应用情况

市场上的MBR一体化污水处理设备多用于农村生活污水，主要分布在北京、天津、江苏、浙江、云南、广东、江西、四川、山东、湖南、重庆等地区，结合化学除磷方式，出水水质一般能稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标准。MBR一体化污水处理设备对于出水水质要求较高或经济发达地区，具有明显的优势。北京市生态环境局的调研[11]显示，北京市的农村生活污水处理工艺有70多种，在调查的1104座污水处理设施中，采用MBR工艺的污水处理设施达641座，占总数的58.1%，而其他工艺占比均小于10%，这主要是与其他地区相比，北京市对农村污水有明确的排放标准，且要求更加严格。

4 结语

综上所述，随着政府不断推进深化农村污水治理工作，MBR一体化污水处理设备因出水水质良好且稳定，应用会更加广泛。随着MBR工艺的广泛应用，更多的科研机构、环保企业、工程公司加入研究与应用中，MBR一体化污水处理设备的发展方向主要包括：1）扩大应用领域，向有机废水、高浓度废水处理领域拓展；2）与多种传统工艺耦合优化，创新工艺，提高污水处理效率；3）提高膜抗污染性，降低系统能耗；4）设备结构优化，进一步提高集成度，减少占地面积。因此，随着MBR工艺的不断应用创新，MBR一体化污水处理设备在污水处理的应用中将更为普遍。