东北地区村镇污水中一体化污水处理设备的应用

谷成国 王松 崔鑫 姜诗慧

（辽宁省环保集团有限责任公司，辽宁沈阳 110161）

1 引言

国家统计局调查数据显示，2019 年中国城镇化率达到60.60%，比2018 年提高1.02%，城镇化已经成为一种必然的发展趋势。在城镇化发展的过程中，应将环境保护工作摆在首位，改变以往只注重大中型城市的环保工程建设而忽略数量众多的村镇环保设施建设发展的模式，谋求村镇环保设施的“平衡发展、协同发展”。东北地区村镇污水种类主要是生活污水，处理时要求达到的指标较为简单，但是由于北方地区气候寒冷，村镇污水处理效率低，水质不均匀，同时由于村镇居民生活相对分散，某些地区的村镇居民人数较少，不利于集中处理和收集污水，导致污水分布不均匀，许多地区不能以城市的标准建立管网收集系统［1］。

辽河作为东北地区南部最大河流，其环境质量安全具有重要的意义。辽河流域周边现有村镇普遍存在污水处理基础设施建设不足、管理机制缺乏等问题，村镇水环境污染对辽河流域水质产生不同程度的影响。村镇污水治理是改善辽河流域环境质量的重要组成部分，应全面提升村镇污水治理技术水平，改变以往“重建设、轻管理”现象，通过对现有村镇污水治理技术的集成优化，实现因地制宜地治理不同种类、不同区域村镇污水。

村镇污水最大的特点就是污水量少，而且波动性很大，并随着季节的变化而变化。由于一些村镇没有完善的排水管网和收集管道，与城市排水管网间的距离远，而污水管网系统的投资费用较高，污水的收集与集中处理困难，因此宜采用分散式的处理方法［2］。村镇污水的治理方法目前主要有2 种，一种是人工湿地方案，包括潜流式和表面流式；另一种被称作一体化设备工艺方案。其中人工湿地方案需要占用大量土地，而且容易受到温度的影响，适合在气候变化不大并且拥有大量的土地资源的南方地区应用，并不适合在寒冷的北方地区应用。一体化污水处理设备工艺具有占地面积小、处理污水量较大、适合北方气候、施工方便等优点，因而目前村镇污水处理总体往该工艺方面发展。

2 一体化污水处理设备工艺

2.1 工艺原理

一体化污水处理设备主要工作原理在于废水可生化性，即通过微生物作用改变污水结构，使其物理性能逐渐趋于稳定与有序，并达到有效的净水效果［3］。

2.2 工艺种类

2.2.1 MBR 工艺

一体化过滤膜MBR 污水处理工艺，是在传统活性污泥处理法和生物膜处理法基础之上，增加了更高等级的过滤薄膜，可以有效过滤农村污水当中的污染物，并且具有良好的污染物截留效果，有效提高了反应器内部的污泥量，为后续的二次沉淀处理工作打下了良好的基础。该项技术的应用，处理效果非常明显，同时污泥的产量相对较低，但是实际的施工成本投入相对较高，并且要求相关工作人员具有较强的工作技术优势，因此适用于一些对污水处理质量较高同时对水体环境比较敏感的水体处理工作［4-5］。

2.2.2 A2/O 工艺

在村镇污水处理工艺中，A2/O 处理技术是比较常见的技术类型。A2/O 处理工艺具有较强的耐冲击性，同时污水经处理之后的出水质量较好，方便后续的污水更深层次的处理以及相关的管理工作。该工艺的运营成本相对较低，基于污水水流形态来讲，一体化A2/O 处理技术通过推流式或者往复式设置方式，使污水依次经过厌氧区域、耗氧区域以及部分回流区域，可以充分提高污水的脱氮工作效率，有效地实现农村污水的初步处理效果［4］。

2.2.3 生物接触氧化工艺

生物接触氧化法是以附着在载体（俗称“填料”）上的生物膜为主，净化有机废水的一种高效水处理工艺，是具有活性污泥法特点的生物膜法，兼有活性污泥法和生物膜法的优点。在可生化条件下，不论应用于工业废水，还是养殖污水、生活污水的处理，都取得了良好的经济效益。该工艺因具有高效节能、占地面积小、耐冲击负荷、运行管理方便等特点而被广泛应用于各行各业的污水处理系统［6-7］。

3 应用实例

3.1 一体化污水处理设备集成化设计

本文中一体化污水处理设备集成化主体工艺采用第一缺氧＋厌氧＋好氧＋第二缺氧；深度处理采用MBR 膜过滤系统或沉淀过滤系统，同时辅以生物接触氧化模块强化系统脱氮除磷能力。工艺流程见图1（图1 中深度处理以膜区表示）。

图1 一体化污水处理设备结构示意

本项目电气设计采用西门子PLC 控制单元，包括CPU 中央处理器和输入输出扩展模块。通过人机界面可实现对系统的实时监控、报警显示和统计处理。工艺控制由PLC 和各系统内的执行器完成。

3.2 工艺创新

（1）采用改良A2/O 工艺，即AAOA 工艺，设置第二缺氧区，继续消耗污水中的有机物和氮，充分利用微生物的内源碳增强TN 去除效果，强化脱氮除磷效果的同时，有效降低硝化液内回流比，节约能耗。

（2）生物接触氧化设置为立方格，便于快速更换与调整至其他区域。

（3）深度处理模块采用膜处理模块或沉淀过滤处理模块，可采用替换或组合模式。

3.3 工艺效果

分别设计了改良A2/O、生物接触氧化、MBR、A2/O＋MBBR＋MBR 工艺，并记录了23 d 的COD 和氨氮的进出水量，得到相应工艺的COD 和氨氮去除率。不同工艺类型COD、氨氮平均去除率见表1。

表1 不同工艺类型COD、氨氮平均去除率 %

不同工艺类型出水中平均COD、氨氮含量见表2。

表2 不同工艺类型出水中平均COD、氨氮含量 mg/L

3.3.1 改良A2/O 工艺

改良A2/O 工艺可以同时达到去除有机物、脱氮、除磷的目的，而且工艺流程较简单，基建费用、运行费用与传统的活性污泥法相比增加不多，比其他生物脱氮除磷工艺均节省［8］。图2 为改良A2/O 工艺的COD 和氨氮去除率。由图2 可以看出，该工艺对COD 的去除效果较好，去除率平均达到88.68%，出水水质平均为33.8 mg/L，达到辽宁省地方标准《农村生活污水处理设施水污染物排放标准》［9］中的一级标准，但是氨氮的去除率平均只有75.69%，出水水质平均为11.44 mg/L，只达到辽宁省地方标准《农村生活污水处理设施水污染物排放标准》中的二级标准。根据监测结果可知，改良A2/O 工艺适合用于对氨氮排放标准要求不高、日处理规模较大的水污染处理系统。

图2 改良A2/O 工艺的COD 和氨氮去除率

3.3.2 生物接触氧化工艺

生物接触氧化是小型污水处理设施常用工艺，其占地面积小，抗冲击负荷能力强，无污泥膨胀，维护管理方便，动力消耗少［10］。图3 为接触氧化工艺的COD 和氨氮去除率。由图3 可以看出，该工艺对COD 的去除效果较好，去除率平均达到89.52%，出水水质平均为31.06 mg/L，同时氨氮的去除率平均为93.67%，出水水质平均为3.31 mg/L，均达到辽宁省地方标准《农村生活污水处理设施水污染物排放标准》中的一级标准。根据监测结果可知，生物接触氧化工艺适合用于排放标准要求高、能源消耗少、生态环境不稳定的地区。

3.3.3 MBR 工艺

图4 MBR 工艺的COD 和氨氮去除率

MBR 法污泥负荷高，占地面积小，有机物、悬浮物去除率高，出水水质好［11］。图4 为MBR 工艺的COD 和氨氮去除率。由图4 可以看到，该工艺达到93%和96%的COD 和氨氮去除率，这也证明其他文献中所述的该工艺去除率高，而且出水中仅有29.26 mg/L COD 和1.94 mg/L 氨氮含量，均已达到辽宁省地方标准《农村生活污水处理设施水污染物排放标准》中的一级标准。但是由于膜组件易受污染，需要定期清洗及更换，维护管理复杂，因而MBR 工艺适合经济条件好、有中水回用需求的地区［8］。

3.3.4 改良A2/O＋MBR＋MBBR 工艺

图5 为 采 用 改 良A2/O ＋MBR ＋MBBR 工 艺 的COD 和氨氮去除率。与之前的单个工艺相比，复合工艺的COD 和氨氮平均去除率分别达到92.85%，97.19%。从图5 中也可以看出，较之前的单个工艺，改良A2/O＋MBR＋MBBR 工艺的稳定性更高，在氨氮的去除方面，最后的出水水质中氨氮含量仅有1.43 mg/L，同时在COD 的去除方面表现更加优异，出水水质中COD 含量降低到19.83 mg/L，比之前的单个工艺COD 含量降低10 mg/L 以上，说明复合工艺的处理效率更高，尤其在COD 处理方面更加优异。由于其成本更高、工艺更为复杂，不适合大规模推广使用，但是其较高的处理效率和稳定性，使得一些对水质要求高的生态保护区、饮用水水源等地区的安全性得到保障［12-13］。

图5 改良A2/O＋MBR＋MBBR 工艺的COD 和氨氮去除率

4 结语

一体化污水处理设备集成化通过对AAOA＋MBR＋MBBR 设备的有效运用，在很大程度上提高了污水处理工作的质量和效率，比如污水处理中COD的去除率从单一的AAOA 工艺的88.68%达到了92.85%，同时氨氮的去除率从单一的AAOA 工艺的75.69%达到了97.19%，并且COD 和氨氮的排放均达到了辽宁省地方标准《农村生活污水处理设施水污染物排放标准》中的一级标准。通过一体化污水处理设备集成化工艺的有效应用，可以充分发挥出该设备的优势，在东北地区村镇污水处理工作当中表现出的效果非常明显，对提高东北地区村镇范围内的水体质量和改善水体环境发挥着重要的作用。