東北地區(qū)村鎮(zhèn)污水中一體化污水處理設(shè)備的應(yīng)用

谷成國 王松 崔鑫 姜詩慧

（遼寧省環(huán)保集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧沈陽 110161）

1 引言

國家統(tǒng)計局調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2019 年中國城鎮(zhèn)化率達(dá)到60.60%，比2018 年提高1.02%，城鎮(zhèn)化已經(jīng)成為一種必然的發(fā)展趨勢。在城鎮(zhèn)化發(fā)展的過程中，應(yīng)將環(huán)境保護(hù)工作擺在首位，改變以往只注重大中型城市的環(huán)保工程建設(shè)而忽略數(shù)量眾多的村鎮(zhèn)環(huán)保設(shè)施建設(shè)發(fā)展的模式，謀求村鎮(zhèn)環(huán)保設(shè)施的“平衡發(fā)展、協(xié)同發(fā)展”。東北地區(qū)村鎮(zhèn)污水種類主要是生活污水，處理時要求達(dá)到的指標(biāo)較為簡單，但是由于北方地區(qū)氣候寒冷，村鎮(zhèn)污水處理效率低，水質(zhì)不均勻，同時由于村鎮(zhèn)居民生活相對分散，某些地區(qū)的村鎮(zhèn)居民人數(shù)較少，不利于集中處理和收集污水，導(dǎo)致污水分布不均勻，許多地區(qū)不能以城市的標(biāo)準(zhǔn)建立管網(wǎng)收集系統(tǒng)［1］。

遼河作為東北地區(qū)南部最大河流，其環(huán)境質(zhì)量安全具有重要的意義。遼河流域周邊現(xiàn)有村鎮(zhèn)普遍存在污水處理基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不足、管理機(jī)制缺乏等問題，村鎮(zhèn)水環(huán)境污染對遼河流域水質(zhì)產(chǎn)生不同程度的影響。村鎮(zhèn)污水治理是改善遼河流域環(huán)境質(zhì)量的重要組成部分，應(yīng)全面提升村鎮(zhèn)污水治理技術(shù)水平，改變以往“重建設(shè)、輕管理”現(xiàn)象，通過對現(xiàn)有村鎮(zhèn)污水治理技術(shù)的集成優(yōu)化，實現(xiàn)因地制宜地治理不同種類、不同區(qū)域村鎮(zhèn)污水。

村鎮(zhèn)污水最大的特點(diǎn)就是污水量少，而且波動性很大，并隨著季節(jié)的變化而變化。由于一些村鎮(zhèn)沒有完善的排水管網(wǎng)和收集管道，與城市排水管網(wǎng)間的距離遠(yuǎn)，而污水管網(wǎng)系統(tǒng)的投資費(fèi)用較高，污水的收集與集中處理困難，因此宜采用分散式的處理方法［2］。村鎮(zhèn)污水的治理方法目前主要有2 種，一種是人工濕地方案，包括潛流式和表面流式；另一種被稱作一體化設(shè)備工藝方案。其中人工濕地方案需要占用大量土地，而且容易受到溫度的影響，適合在氣候變化不大并且擁有大量的土地資源的南方地區(qū)應(yīng)用，并不適合在寒冷的北方地區(qū)應(yīng)用。一體化污水處理設(shè)備工藝具有占地面積小、處理污水量較大、適合北方氣候、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，因而目前村鎮(zhèn)污水處理總體往該工藝方面發(fā)展。

2 一體化污水處理設(shè)備工藝

2.1 工藝原理

一體化污水處理設(shè)備主要工作原理在于廢水可生化性，即通過微生物作用改變污水結(jié)構(gòu)，使其物理性能逐漸趨于穩(wěn)定與有序，并達(dá)到有效的凈水效果［3］。

2.2 工藝種類

2.2.1 MBR 工藝

一體化過濾膜MBR 污水處理工藝，是在傳統(tǒng)活性污泥處理法和生物膜處理法基礎(chǔ)之上，增加了更高等級的過濾薄膜，可以有效過濾農(nóng)村污水當(dāng)中的污染物，并且具有良好的污染物截留效果，有效提高了反應(yīng)器內(nèi)部的污泥量，為后續(xù)的二次沉淀處理工作打下了良好的基礎(chǔ)。該項技術(shù)的應(yīng)用，處理效果非常明顯，同時污泥的產(chǎn)量相對較低，但是實際的施工成本投入相對較高，并且要求相關(guān)工作人員具有較強(qiáng)的工作技術(shù)優(yōu)勢，因此適用于一些對污水處理質(zhì)量較高同時對水體環(huán)境比較敏感的水體處理工作［4-5］。

2.2.2 A2/O 工藝

在村鎮(zhèn)污水處理工藝中，A2/O 處理技術(shù)是比較常見的技術(shù)類型。A2/O 處理工藝具有較強(qiáng)的耐沖擊性，同時污水經(jīng)處理之后的出水質(zhì)量較好，方便后續(xù)的污水更深層次的處理以及相關(guān)的管理工作。該工藝的運(yùn)營成本相對較低，基于污水水流形態(tài)來講，一體化A2/O 處理技術(shù)通過推流式或者往復(fù)式設(shè)置方式，使污水依次經(jīng)過厭氧區(qū)域、耗氧區(qū)域以及部分回流區(qū)域，可以充分提高污水的脫氮工作效率，有效地實現(xiàn)農(nóng)村污水的初步處理效果［4］。

2.2.3 生物接觸氧化工藝

生物接觸氧化法是以附著在載體（俗稱“填料”）上的生物膜為主，凈化有機(jī)廢水的一種高效水處理工藝，是具有活性污泥法特點(diǎn)的生物膜法，兼有活性污泥法和生物膜法的優(yōu)點(diǎn)。在可生化條件下，不論應(yīng)用于工業(yè)廢水，還是養(yǎng)殖污水、生活污水的處理，都取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。該工藝因具有高效節(jié)能、占地面積小、耐沖擊負(fù)荷、運(yùn)行管理方便等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的污水處理系統(tǒng)［6-7］。

3 應(yīng)用實例

3.1 一體化污水處理設(shè)備集成化設(shè)計

本文中一體化污水處理設(shè)備集成化主體工藝采用第一缺氧＋厭氧＋好氧＋第二缺氧；深度處理采用MBR 膜過濾系統(tǒng)或沉淀過濾系統(tǒng)，同時輔以生物接觸氧化模塊強(qiáng)化系統(tǒng)脫氮除磷能力。工藝流程見圖1（圖1 中深度處理以膜區(qū)表示）。

圖1 一體化污水處理設(shè)備結(jié)構(gòu)示意

本項目電氣設(shè)計采用西門子PLC 控制單元，包括CPU 中央處理器和輸入輸出擴(kuò)展模塊。通過人機(jī)界面可實現(xiàn)對系統(tǒng)的實時監(jiān)控、報警顯示和統(tǒng)計處理。工藝控制由PLC 和各系統(tǒng)內(nèi)的執(zhí)行器完成。

3.2 工藝創(chuàng)新

（1）采用改良A2/O 工藝，即AAOA 工藝，設(shè)置第二缺氧區(qū)，繼續(xù)消耗污水中的有機(jī)物和氮，充分利用微生物的內(nèi)源碳增強(qiáng)TN 去除效果，強(qiáng)化脫氮除磷效果的同時，有效降低硝化液內(nèi)回流比，節(jié)約能耗。

（2）生物接觸氧化設(shè)置為立方格，便于快速更換與調(diào)整至其他區(qū)域。

（3）深度處理模塊采用膜處理模塊或沉淀過濾處理模塊，可采用替換或組合模式。

3.3 工藝效果

分別設(shè)計了改良A2/O、生物接觸氧化、MBR、A2/O＋MBBR＋MBR 工藝，并記錄了23 d 的COD 和氨氮的進(jìn)出水量，得到相應(yīng)工藝的COD 和氨氮去除率。不同工藝類型COD、氨氮平均去除率見表1。

表1 不同工藝類型COD、氨氮平均去除率 %

不同工藝類型出水中平均COD、氨氮含量見表2。

表2 不同工藝類型出水中平均COD、氨氮含量 mg/L

3.3.1 改良A2/O 工藝

改良A2/O 工藝可以同時達(dá)到去除有機(jī)物、脫氮、除磷的目的，而且工藝流程較簡單，基建費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用與傳統(tǒng)的活性污泥法相比增加不多，比其他生物脫氮除磷工藝均節(jié)省［8］。圖2 為改良A2/O 工藝的COD 和氨氮去除率。由圖2 可以看出，該工藝對COD 的去除效果較好，去除率平均達(dá)到88.68%，出水水質(zhì)平均為33.8 mg/L，達(dá)到遼寧省地方標(biāo)準(zhǔn)《農(nóng)村生活污水處理設(shè)施水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》［9］中的一級標(biāo)準(zhǔn)，但是氨氮的去除率平均只有75.69%，出水水質(zhì)平均為11.44 mg/L，只達(dá)到遼寧省地方標(biāo)準(zhǔn)《農(nóng)村生活污水處理設(shè)施水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的二級標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果可知，改良A2/O 工藝適合用于對氨氮排放標(biāo)準(zhǔn)要求不高、日處理規(guī)模較大的水污染處理系統(tǒng)。

圖2 改良A2/O 工藝的COD 和氨氮去除率

3.3.2 生物接觸氧化工藝

生物接觸氧化是小型污水處理設(shè)施常用工藝，其占地面積小，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，無污泥膨脹，維護(hù)管理方便，動力消耗少［10］。圖3 為接觸氧化工藝的COD 和氨氮去除率。由圖3 可以看出，該工藝對COD 的去除效果較好，去除率平均達(dá)到89.52%，出水水質(zhì)平均為31.06 mg/L，同時氨氮的去除率平均為93.67%，出水水質(zhì)平均為3.31 mg/L，均達(dá)到遼寧省地方標(biāo)準(zhǔn)《農(nóng)村生活污水處理設(shè)施水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果可知，生物接觸氧化工藝適合用于排放標(biāo)準(zhǔn)要求高、能源消耗少、生態(tài)環(huán)境不穩(wěn)定的地區(qū)。

3.3.3 MBR 工藝

圖4 MBR 工藝的COD 和氨氮去除率

MBR 法污泥負(fù)荷高，占地面積小，有機(jī)物、懸浮物去除率高，出水水質(zhì)好［11］。圖4 為MBR 工藝的COD 和氨氮去除率。由圖4 可以看到，該工藝達(dá)到93%和96%的COD 和氨氮去除率，這也證明其他文獻(xiàn)中所述的該工藝去除率高，而且出水中僅有29.26 mg/L COD 和1.94 mg/L 氨氮含量，均已達(dá)到遼寧省地方標(biāo)準(zhǔn)《農(nóng)村生活污水處理設(shè)施水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級標(biāo)準(zhǔn)。但是由于膜組件易受污染，需要定期清洗及更換，維護(hù)管理復(fù)雜，因而MBR 工藝適合經(jīng)濟(jì)條件好、有中水回用需求的地區(qū)［8］。

3.3.4 改良A2/O＋MBR＋MBBR 工藝

圖5 為 采 用 改 良A2/O ＋MBR ＋MBBR 工 藝 的COD 和氨氮去除率。與之前的單個工藝相比，復(fù)合工藝的COD 和氨氮平均去除率分別達(dá)到92.85%，97.19%。從圖5 中也可以看出，較之前的單個工藝，改良A2/O＋MBR＋MBBR 工藝的穩(wěn)定性更高，在氨氮的去除方面，最后的出水水質(zhì)中氨氮含量僅有1.43 mg/L，同時在COD 的去除方面表現(xiàn)更加優(yōu)異，出水水質(zhì)中COD 含量降低到19.83 mg/L，比之前的單個工藝COD 含量降低10 mg/L 以上，說明復(fù)合工藝的處理效率更高，尤其在COD 處理方面更加優(yōu)異。由于其成本更高、工藝更為復(fù)雜，不適合大規(guī)模推廣使用，但是其較高的處理效率和穩(wěn)定性，使得一些對水質(zhì)要求高的生態(tài)保護(hù)區(qū)、飲用水水源等地區(qū)的安全性得到保障［12-13］。

圖5 改良A2/O＋MBR＋MBBR 工藝的COD 和氨氮去除率

4 結(jié)語

一體化污水處理設(shè)備集成化通過對AAOA＋MBR＋MBBR 設(shè)備的有效運(yùn)用，在很大程度上提高了污水處理工作的質(zhì)量和效率，比如污水處理中COD的去除率從單一的AAOA 工藝的88.68%達(dá)到了92.85%，同時氨氮的去除率從單一的AAOA 工藝的75.69%達(dá)到了97.19%，并且COD 和氨氮的排放均達(dá)到了遼寧省地方標(biāo)準(zhǔn)《農(nóng)村生活污水處理設(shè)施水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級標(biāo)準(zhǔn)。通過一體化污水處理設(shè)備集成化工藝的有效應(yīng)用，可以充分發(fā)揮出該設(shè)備的優(yōu)勢，在東北地區(qū)村鎮(zhèn)污水處理工作當(dāng)中表現(xiàn)出的效果非常明顯，對提高東北地區(qū)村鎮(zhèn)范圍內(nèi)的水體質(zhì)量和改善水體環(huán)境發(fā)揮著重要的作用。