改良一体化MBR工艺农村污水处理工程运行效果研究*

周 娟，丁 勇，黄 霞，朱明石，周少奇▲

(1贵州大学资源与环境工程学院，贵州 贵阳 550025；2贵州科学院，贵州 贵阳 550001；3清华大学环境学院，北京 100084；4贵州沁扬农业科技开发有限公司，贵州 兴义 562400)

近年来，随着城镇化的加速发展，各类污染物的排放标准越来越严格，农村地区的水资源污染状况也变得尤为突出。目前农村污水中的变化系数大且处理技术过程相对较为复杂，导致农村地区的水资源污染状况不断加剧[1-3]，传统的污水处理工艺优化改造方法花费时间长，投入经费大，并且还存在不可预测的风险。这给农村污水处理带来严峻考验，为确保农村水源安全和绿化周围环境，农村污水治理刻不容缓。

根据我们的研究与工程实践，可以认为：农村污水处理主要分为乡镇级、村组级、散户级三个层次。乡镇级农村污水处理，因水量较大，可以考虑采用传统的污水处理工艺包括活性污泥法、氧化沟工艺、A/O(厌氧好氧工艺法)、SBR(序批式活性污泥法)、A2/O(厌氧-缺氧-好氧工艺法)以及MBR(膜生物反应器法)等，A2/O污水处理工艺可实现同步脱氮除磷，具有结果简单、运行成本较低等优点，是我国运用最广泛的污水处理工艺之一[4-5]。而MBR(膜生物反应器)是一种新型的污水处理技术，能有效的处理生活污水和工业废水，MBR在实际工程中得到普遍运用，能将膜分离技术与生物处理技术有机结合起来，被认为是当今世界最前沿高效的污水处理与资源化技术之一[6，7]。与传统的活性污泥法相比，MBR具有去除效率高、占地面积小、剩余污泥产量少等优点。本研究通过改良一体化MBR工艺设备，设计适用于农村乡镇级或村组级污水处理的高效工艺及其装备，在一定程度上对推动改良一体化MBR工艺设备在农村地区的规模化应用具有一定的指导意义。

1 工艺流程

针对贵州喀斯特农村乡镇级及村组级污水处理需要，设计该MBR反应器处理规模为50 m3/d，适用于农村村组污水集中处理。污水经格栅去除污水中的较大颗粒和悬浮杂质，流入调节池初步处理后，进入厌氧池与污泥回流液混合后再依次进入缺氧池和好氧池(MBR)，其中，缺氧池底部设有穿孔管，好氧池设有微孔曝气器，对污水进行曝气处理，且污水处理终端位置设有回流通道。

图1 改良一体化MBR工艺流程图

改良一体化MBR工艺是通过清理好氧区池底老污泥，同时投加适量的活性污泥，缺氧区通过曝气方式代替搅拌机，在一定程度上节省了成本，增设回流泵，调节缺氧区和好氧区内的曝气量。

2 水质与检测方法

污水厂出水水质符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级A排放标准，设计进出水水质及检测方法见表1。

表1 设计进出水水质指标及检测方法

3 结果与分析

3.1 改良一体化MBR工艺对COD去除效果

由图2可以看出，3月份至6月份进水COD浓度在80.89～133.56 mg/L之间，COD进水浓度高，且波动大。由于季节的变换，降雨量逐渐增多，7月份至9月份的进水COD浓度有所下降，10月份至12月份COD的进水浓度总体波动不大，但比7月份至9月份的进水浓度高，全年COD进水平均值为99.38 mg/L，COD出水浓度在30 mg/L以下，全年COD去除率在85%以上，其中最高去除率为95%，平均去除率为91.22%，可见MBR运行稳定且对COD的变化有着较强的抗冲击能力，能够达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级A排放标准。

图2 进出水COD值

3.2 改良一体化MBR工艺对氨氮去除效果

由图3可以看出，3月份至6月份，随着季节的变化，温度逐渐升高，生化池内的微生物的活性增强，导致代谢速率加快，促进了氨氮的反应，氨氮进水浓度在10.23～23.56 mg/L之间波动，且波动范围较广。7月份至9月份，一方面由于雨季雨水量的增多，生活污水中会渗入少量的雨水，另一方面夏季居民用水量的增加导致氨氮进水浓度减小，9月份至12月份，氨氮进水浓度逐渐增大，波动范围低。氨氮进水浓度最高在3月份为21.22 mg/L，最低在7月份为9.61 mg/L，氨氮进水平均值为14.73 mg/L。氨氮出水浓度维持在5 mg/L以下，出水平均值为1.39 mg/L。氨氮平均去除率为90.97%。

图3 进出水氨氮值

3.3 改良一体化MBR工艺对TN去除效果

由图4可以看出，改良一体化MBR工艺在3月份至12月份的运行期间，TN进水浓度较高，TN进水浓度在16.13～32.12 mg/L之间，TN进水浓度平均值为22.11 mg/L，TN平均去除率为55.81%，其中夏季平均去除率最高为60.06%。

图4 进出水TN值

3.4 改良一体化MBR工艺对TP去除效果

由图5可以看出，进水TP浓度在1.21～4.01 mg/L之间。7月份至9月份TP进水浓度都比较偏低，波动范围也较小。TP出水浓度在4月份至10月份相对较为平稳，维持在0.5 mg/L以下，全年TP出水平均值为0.29 mg/L，TP平均去除率为84.71%，TP去除主要是通过聚磷菌在好氧环境下，分解污水中的有机物，一部分生成的能量用于磷的汲取和聚磷的发生，另一部分能量被聚磷菌将ADP转化为ATP的形式储存起来，在厌氧环境下，聚磷菌体内的ATP进行水解，释放出磷酸盐和能量，这一过程称为聚磷菌磷的释放[8]。

图5 进出水TP值

3.5 一体化MBR工艺改良前后脱氮除磷效果对比

由图6可以看出，改良后一体化MBR工艺的脱氮除磷效果有了明显的改变。改良前的一体化MBR工艺的COD去除率为80.7%，氨氮去除率为84.34%，TN去除率为5.45%，TP去除率为31.8%，改良后一体化MBR工艺在3月份至12月份的COD去除率由改良前的80.7%提高至91.22%，氨氮去除率由改良前的84.34%提高至90.97%，TN去除率由改良前的5.45%提高至55.81%，TP去除率由改进前的31.8%提高到84.71%。

图6 MBR改进前后污染物去除率对比图

改良后一体化MBR工艺在9月份至12月份的COD去除率由改良前的80.7%提高至91.76%，氨氮去除率由改良前的84.34%提高到91.71%，TN去除率由改良前5.45%提高至57.08%，TP去除率由改良前的31.8%提高至85.24%。由于在改良后的一体化MBR工艺中增加回流泵，使得聚磷菌体内的ATP在厌氧环境下发生水解反应，释放出磷酸盐，从而转化为PHB和部分能量。从而使磷在好氧环境下被聚磷菌吸收得以去除[9-11]，缺氧区和厌氧区中的活性污泥通过厌氧环境在反硝化菌的作用下将污水中的N转化为N2而被去除[12]，从而提高了TN的去除率。

改良后一体化MBR工艺在贵州高原喀斯特地区农村乡镇级、村组级污水处理方面有较好的实用性。工程应用后，总体出水指标能达到一级A排放标准，但在不同季节呈现出一定的差异，即夏秋季温度高时，总氮总磷去除效果更好，冬春季去除率稍低，这些有待于在今后的工程化应用中，进一步开展优化设计和设备的优化运行管理。

4 结论

通过清理好氧池内的老污泥，重新投泥，系统增设污泥回流泵，调节好氧区与缺氧区内的曝气量，改良后的一体化MBR相对于改进前对污水中的污染物有着明显的去除效果。

1)改良一体化MBR工艺在污水厂运行稳定，对COD、NH4-N、TN、TP具有很好的去除率，且具有较强的抗冲击性能。

2)进水的水质指标COD为80.89～133.56 mg/L、NH4-N为10.23～23.56 mg/L、TN为16.13～32.12 mg/L、TP为1.21～4.01 mg/L时，通过调试运行，出水水质指标COD≤30 mg/L、NH4-N≤5 mg/L、TN≤20 mg/L、TP≤5 mg/L，可稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)的一级 A 标准。

3)改良一体化MBR工艺的出水平均值0.29 mg/L，平均去除率84.71%，改良后的一体化MBR工艺相比于改良前一体化MBR工艺的平均去除率提高了52.91%。