一體化設(shè)備應(yīng)用于農(nóng)村污水處理的探討

王 昊

（沈陽建筑大學(xué) 市政與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 沈陽110168）

近些年來，雖然我國大部分城市的污水廠數(shù)量在不斷增多，污水處理效果也越來越好，但我國許多農(nóng)村及鄉(xiāng)鎮(zhèn)的污水卻無法及時被處理，對環(huán)境造成了嚴(yán)重的影響[1-6]。由于農(nóng)村污水的性質(zhì)及排放因素等影響，使我們不能完全照搬城市污水處理的模式，必須開辟出一種新型處理道路。農(nóng)村和小城鎮(zhèn)具有以下特點：人口數(shù)量少、污水處理標(biāo)準(zhǔn)低、污水處理規(guī)模較小，但變化系數(shù)大，因此需要選擇穩(wěn)定性好低負(fù)荷的處理工藝[2]。而一體化污水處理設(shè)備具有耐沖擊負(fù)荷能力強、易于實現(xiàn)自動化控制、后期維修方便等特點，因此在農(nóng)村污水處理方面得到了廣泛的應(yīng)用，但由于各種原因，將其具體推進到農(nóng)村污水處理的實際應(yīng)用中，仍有一些設(shè)備及工藝需要在實踐中不斷完善，還仍未形成科學(xué)合理的治理系統(tǒng)，所以在一體化設(shè)備具體應(yīng)用中還需進一步的探索。

1 農(nóng)村污水處理現(xiàn)狀

農(nóng)村中的污水來源主要是日常洗浴洗滌污水、廚余廢水及沖廁水。排水體制多為合流制排水，排水管道不夠完善。農(nóng)村污水的排放有以下特征：

1）水質(zhì)水量差異較大，時變化系數(shù)較大[14]。

2）工業(yè)廢水含量較低，通常不會含有化學(xué)有毒物質(zhì)，但是可能含有大量的致病細(xì)菌等[8]。

3）一般沒有固定的排污口[9-10]，污水直接就近排入河流或土壤中[15]。

由于不同地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展不平衡，各個農(nóng)村的水質(zhì)水量及排放方式差別較大，因此在研究不同地區(qū)的污水處理工藝時，不能采用單一的方式，應(yīng)因地制宜選出投資少、維護管理方便的污水處理技術(shù)。

2 一體化污水處理工藝

污水處理主要有活性污泥法和生物膜法，一體化污水處理也是在這些工藝的基礎(chǔ)上將一些核心處理模塊整合到一個容器中，提高了空間利用率，也便于安裝及后期維護，更適應(yīng)于農(nóng)村污水處理。

2.1 一體化A2/O 工藝

一體化A2/O 工藝也叫厭氧-缺氧-好氧工藝，是一種常見的活性污泥法，通過推流式或者往復(fù)式使污水依次通過各個反應(yīng)區(qū)，可充分提高設(shè)備的脫氮除磷效率[8]。它抗沖擊負(fù)荷能力強，脫氮除磷效果顯著，同時運營成本低，污泥不易膨脹[7]。

圖1 一體化A2/O 工藝圖

2.2 一體化MBR 工藝

一體化MBR 工藝也叫膜生物反應(yīng)器，是把膜過濾與活性污泥法結(jié)合一起的生物處理技術(shù)[7]，發(fā)揮了單獨的活性污泥法和膜過濾不能發(fā)揮的功能，能較好地處理難降解有機物及其他病原微生物[4]。它通過膜分離工藝代替二沉池功能，可以較好地將混合液與回流污泥分離各自回流到相應(yīng)的反應(yīng)模塊中。但其投資成本相對較高，還容易產(chǎn)生膜污染，對于后期維護造成了很大的困難。

圖2 一體化MBR 工藝圖

2.3 一體化SBR 工藝

一體化SBR 工藝也稱間歇式活性污泥法，由于每個反應(yīng)池都能進行曝氣和沉淀，因此無需設(shè)置二沉池及污泥回流系統(tǒng)[16-20]。主要以進水、反應(yīng)、沉淀、排水、閑置5 個階段為一個運行周期。相對于傳統(tǒng)A2/O 來說，整個設(shè)備更加緊湊，自動化程度高，但同時對工作人員的技術(shù)要求也較高[21-23]。

圖3 一體化SBR 工藝圖

3 一體化污水處理設(shè)備

3.1 EBF 一體化設(shè)備

在端艷[24]的研究中，設(shè)計了一種外形為圓柱體的一體化設(shè)備。該設(shè)備在一個反應(yīng)器內(nèi)復(fù)合“降流式預(yù)處理反硝化膨脹床生物濾池（A）、升流式流化床曝氣生物濾池（O）、降流式脫氮除磷膨脹床生物濾（A）”等多種工藝，在同一設(shè)備內(nèi)實現(xiàn)了去除懸浮物質(zhì)和同步脫氮除磷等多種效果。EBF 一體化設(shè)備如圖4 所示。

圖4 EBF 一體化設(shè)備

污水首先進入降流式缺氧生物濾池，與池內(nèi)的填料反應(yīng)后去除大量懸浮物質(zhì)；再進入升流式好氧生物濾池，進行硝化反應(yīng)將氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮；最后一小部分回流至第一反應(yīng)器，其他則進入降流式厭氧生物濾池，進行強化脫氮除磷。該設(shè)備在實際應(yīng)用工程中，對COD、懸浮物質(zhì)去除率可達86.8%、86.4%，達到一級B 標(biāo)準(zhǔn)，但氨態(tài)氮及總氮仍需進一步完善處理方可達到排放標(biāo)準(zhǔn)[25-28]。

3.2 基于以MSBR 為工藝主體的一體化設(shè)備

在史會欣[29]等的研究中，將連續(xù)流的空間控制（A2/O）和間歇的時間控制（SBR）巧妙地結(jié)合起來，通過連續(xù)進水 AAO 工藝可以保持較高的反應(yīng)速率，SBR 則可以穩(wěn)定出水水質(zhì)。設(shè)備既可以保持穩(wěn)定連續(xù)運行，又能隨著水質(zhì)波動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的缺氧、好氧反應(yīng)時間，具備良好的運行性能?；谝訫SBR為工藝主體的一體化設(shè)備如圖5 所示。

圖5 基于以MSBR 為工藝為主體的一體化設(shè)備

污水首先在厭氧池內(nèi)混合回流污泥，使得難降解的大分子物質(zhì)被轉(zhuǎn)化為易生物降解的有機物；隨后進入缺氧池發(fā)生硝化反應(yīng)；最后進入到好氧池發(fā)生吸收磷及有機物降解反應(yīng)；好氧出水后進入兩個交替運行的兼氧池，一個處于反應(yīng)過程、一個處于沉淀出水過程。處于反應(yīng)狀態(tài)的兼氧池依次完成缺氧攪拌、好氧曝氣和預(yù)沉淀[29]。最后通過氣提裝置進入污泥濃縮池；沉淀后的污泥進入前置缺氧池發(fā)生硝化反應(yīng)。該一體化設(shè)備在對流量波動有一定的緩沖能力，出水COD、氨態(tài)氮、總氮濃度均符合一級A 標(biāo)準(zhǔn)，總磷符合一級B 標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 懸掛填料AmOn 一體化設(shè)備

在閻寧寧[30]的研究中，設(shè)計一種懸掛填料AmOn 的一體化裝置。通過調(diào)節(jié)曝氣頭的位置來調(diào)節(jié)m、n（缺氧/厭氧、好氧區(qū)）的大小。該設(shè)備做到了活性污泥法和生物膜法的結(jié)合。懸掛填料AmOn 一體化設(shè)備如圖6 所示。

圖6 懸掛填料AmOn 一體化設(shè)備

污水在進入裝置的底部后，首先與厭、缺氧區(qū)發(fā)生反應(yīng)，通過泵的攪拌及水流作用實現(xiàn)與活性污泥的充分混合，這一過程厭、缺氧區(qū)中實現(xiàn)釋放磷及反硝化作用；反應(yīng)后的污水繼續(xù)上流至好氧區(qū)，好氧區(qū)懸掛填料，并處于活性污泥和生物膜共生的狀態(tài)；污水最后經(jīng)導(dǎo)流區(qū)進入沉淀區(qū)，自由沉淀后上層上清液通過兩側(cè)的溢流孔排出，下部分的污泥一部分進入?yún)?、缺氧區(qū)，一部分排出裝置。該設(shè)備在最佳填料比的條件下，COD、氨態(tài)氮、總氮、總磷的去除率分別為89.8%、99.02%、48.59%、32.47%。

4 結(jié) 論

農(nóng)村污水治理是美麗鄉(xiāng)村建設(shè)計劃的重要一環(huán)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合當(dāng)下形勢及不同村莊的特點，選出更適應(yīng)農(nóng)村污水處理的設(shè)備。污水一體化處理工藝是一種簡便化的污水處理技術(shù)，可將復(fù)雜的傳統(tǒng)污水處理方法整合到一個一體化設(shè)備中[31-34]，在一定程度上更適用于農(nóng)村污水處理。筆者認(rèn)為由于農(nóng)村發(fā)展水平相比于城市較落后，因此設(shè)備的維護方面無法做到及時處理，并且處理深度很難達到設(shè)備的最大利用化，因此需要定期清理老舊膜的膜工藝不太適用，建議把研究重心放在后期維修及清理工序方面，制造出一種更便于農(nóng)村廣大群眾處理的一體化設(shè)備。