據(jù)統(tǒng)計，截至2018年6月底，浙江省農(nóng)村污水日處理量約120萬噸，全省已有20456個治理村完成了接收運維，共計接收48968個設(shè)施。浙江省在農(nóng)村污水治理領(lǐng)域取得階段性的成果，在實踐中摸索，總結(jié)方法和經(jīng)驗，不斷探索新的農(nóng)村污水治理工藝。
調(diào)查顯示，浙江省農(nóng)村污水治理工程主要采用的污水處理工藝為厭氧+人工濕地、A/O，分別占48.4%和40.3%，在經(jīng)濟條件相對較好，出水水質(zhì)要求較高的村莊則推行了A2/O(A/O)+人工濕地組合工藝。傳統(tǒng)的分散式農(nóng)村水處理工藝存在工程占地面積大、工藝流程長、泥水分離效率及生化反應(yīng)速率低的缺點，系統(tǒng)相對復(fù)雜，對后期運維存在較大挑戰(zhàn)。隨著農(nóng)村水污染治理標(biāo)準(zhǔn)的提高，以及對傳統(tǒng)生化工藝的改進(jìn)和創(chuàng)新，不斷衍生出新的低能耗、模塊化工藝技術(shù)，近年來興起的膜曝氣生物膜反應(yīng)器(MABR)技術(shù)是一種將中空纖維膜與生物膜有機結(jié)合而成的新型、高效污水處理技術(shù)，因其高效的氧利用效率和內(nèi)外分層的特殊生物膜結(jié)構(gòu)，便于實現(xiàn)發(fā)展集裝箱化和模塊化的水處理系統(tǒng)，受到越來越多的關(guān)注。
1、MABR示范應(yīng)用項目
該地區(qū)各村落分布較為分散，生活污水通過污水管網(wǎng)進(jìn)行集中處理會大大增加污水治理工程的復(fù)雜性和建造成本。因此各村落適合采用分散式污水處理裝置。農(nóng)村生活污水排放量穩(wěn)定，污染負(fù)荷小，水質(zhì)特征簡單，不含重金屬等難降解物質(zhì)，可生化性強，適用于生物法污水處理工藝。MABR污水處理一體化設(shè)備占地面積小、污水處理效率高，運行穩(wěn)定，其濾料模塊化預(yù)制設(shè)計使之后期維護(hù)簡單，對比傳統(tǒng)的污水治理工藝能更好地滿足農(nóng)村污水處理的特征。
1.1 生活污水排放特征分析
該示范項目所在村落日污水排放量如圖1所示。春節(jié)期間水量偏高，生活污水日均排放量在20～35m3/d，水量間歇排放特征明顯，水量變化系數(shù)大。
該農(nóng)村生活污水的pH穩(wěn)定在7.2～7.9，COD為50～170mg/L，BOD5為20～80mg/L，NH4+-N質(zhì)量濃度為10～50mg/L，TN質(zhì)量濃度為18～96mg/L，TP、SS質(zhì)量濃度分別為1.34～9.94、25～59mg/L。COD偏低，需要通過投加碳源等措施進(jìn)行調(diào)控，NH4+-N和TN質(zhì)量濃度波動較大，水質(zhì)不穩(wěn)定，不同時間段水質(zhì)差別大，主要污染物為COD、SS、氮、磷以及致病微生物，可生化性強。
1.2 工藝流程
該示范項目工藝流程如圖2所示，污水經(jīng)過管網(wǎng)收集到污水收集池，污水提升泵提升污水經(jīng)過自清洗細(xì)格柵過濾進(jìn)入MABR反應(yīng)池中，污泥在MABR反應(yīng)池和二沉池進(jìn)行不間斷循環(huán)，反應(yīng)后污水在二沉池進(jìn)行泥水分離，污泥回流或排至污泥池，污泥回流率在50%～100%調(diào)整。
二沉池上部清液自流至中間水池，再依次經(jīng)過砂濾器過濾、次氯酸鈉消毒后進(jìn)入出水池(T03)達(dá)標(biāo)排放。二沉池底部污泥通過污泥泵輸送至污泥濃縮池，污泥經(jīng)濃縮后進(jìn)入污泥存儲池后定期清運。
為了更好地基于物料平衡來監(jiān)測運行表現(xiàn)，示范項目放置在一個混泥土箱內(nèi)進(jìn)行，MABR反應(yīng)池、二沉池、中間水池、出水池和污泥池采用一體化混凝土結(jié)構(gòu)。MABR模塊布置在MABR反應(yīng)池內(nèi)，預(yù)處理池、曝氣風(fēng)機、排泥泵、砂濾系統(tǒng)等設(shè)備布置在水池周邊。進(jìn)入MABR系統(tǒng)的水為經(jīng)過細(xì)格柵過濾的生活污水和回流污泥的混合流，流速為10m3/h。MABR系統(tǒng)采用一體化布置，整體布局緊湊合理，系統(tǒng)順暢，節(jié)省占地面積。
2、運行效果分析
2.1 COD的去除效果
MABR生活污水處理系統(tǒng)在2月21日至3月18日進(jìn)行調(diào)試工作，MABR生活污水處理系統(tǒng)進(jìn)水水量穩(wěn)定在20～35m3/d，進(jìn)水COD偏低，波動在50～170mg/L。
由圖3可見，在實驗運行的20d內(nèi)，盡管進(jìn)水COD有較大變化，但出水COD穩(wěn)定，出水COD一直維持在較低水平，說明MABR系統(tǒng)啟動速度快，經(jīng)過馴化處理的MABR系統(tǒng)已經(jīng)具備了對COD的良好去除能力。其出水COD雖低于40mg/L，達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)，但其綜合去除效率較低，主要原因在于該生活污水COD偏低。一方面低濃度有機物導(dǎo)致異養(yǎng)菌在和自養(yǎng)菌競爭中占據(jù)優(yōu)勢不明顯，異養(yǎng)菌增殖較慢，導(dǎo)致MABR系統(tǒng)細(xì)菌的拷貝數(shù)較小，沒有到達(dá)優(yōu)異的COD去除效果。另一方面污水中低濃度有機物導(dǎo)致COD度差小，減弱了生物膜對有機質(zhì)的吸附，該生物膜吸附過程的快慢將直接影響有機底物在生物膜內(nèi)部的傳質(zhì)和生物降解作用，進(jìn)而擴散傳遞效率降低，導(dǎo)致生物膜內(nèi)部COD降解效率降低。
2.2 NH4+-N的去除效果
MABR系統(tǒng)對NH4+-N的去除效果如圖4所示?？梢钥闯?，MABR系統(tǒng)進(jìn)水中NH4+-N質(zhì)量濃度波動范圍較大，但出水可以穩(wěn)定滿足一級A排放標(biāo)準(zhǔn)要求。在測試開始階段，由于MABR內(nèi)的硝化細(xì)菌還未完全馴化，出水中，隨后隨著硝化細(xì)菌富集，出水中NH4+-N質(zhì)量濃度為0，去除效果明顯。測試第14天時，由于進(jìn)水NH4+-N質(zhì)量濃度大幅提高，抑制了氨氧化細(xì)菌的活性，進(jìn)而導(dǎo)致氨氧化速率下降，NH4+-N去除效果變差，出水NH4+-N質(zhì)量濃度升高。當(dāng)生物膜逐步適應(yīng)了高氨氮沖擊，氨氧化細(xì)菌也相應(yīng)得到增殖，生理活性開始出現(xiàn)反彈，氨氮去除率也隨之增加隨后逐漸降低，出水NH4+-N質(zhì)量濃度降為0，測試數(shù)據(jù)證明MABR具備良好的氨氮去除能力和較大的抗沖擊負(fù)荷緩沖能力。
2.3 TN的去除效果
MABR系統(tǒng)對TN去除效果如圖5所示。進(jìn)水TN波動較大，且濃度偏高，測試前期出水TN質(zhì)量濃度偏高，直達(dá)測試第11天，TN質(zhì)量濃度才降到15mg/L以下，達(dá)到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。TN的去除是氨化、亞硝化、硝化和反硝化共同作用的效果，其中與反硝化關(guān)系最為密切，當(dāng)C/N較小時，反硝化過程所必需的碳源減少，NO2--N不能被迅速利用，造成TN的去除率也較低，當(dāng)C/N提高時，碳源供應(yīng)充足，反硝化過程能迅速利用碳源還原NO2--N，此時TN去除率也迅速提高。該進(jìn)水COD偏低，因調(diào)整投加量是滯后的，所以出水TN在測試前期會偏高。因此需要時刻根據(jù)TN和COD的含量補充碳源，防止出現(xiàn)C/N降低導(dǎo)致的出水TN偏高。
2.4 SS的去除效果
MABR對SS的去除效果如圖6所示，但經(jīng)MABR處理后生活污水的出水SS質(zhì)量濃度較小、出水SS變化幅度不大，穩(wěn)定在2mg/L以下。MABR對生活污水中SS具有較好的去除效果，反應(yīng)器中空纖維膜和附著在中空纖維膜上的生物膜會對污水中的微生物和懸浮固體起到攔截的作用，此外生物膜由于具有較高活性，它釋放出的EPS也會對懸浮物具有一定的黏附作用。出水低濃度SS也說明MABR中生物膜活性與纖維膜牢固結(jié)合，較少發(fā)生脫落，保證了出水中SS質(zhì)量濃度較低。
3、結(jié)論
浙江省農(nóng)村污水治理市場廣闊，治理需求較大，分散式污水處理作為一種新型的農(nóng)村污水治理方式，具備較高的發(fā)展?jié)摿?。MABR裝置是集中了預(yù)制化，集裝箱化和模塊化的水處理系統(tǒng)，簡化了系統(tǒng)設(shè)計，節(jié)省了構(gòu)筑物容積，其占地面積小、曝氣能耗低、運行穩(wěn)定、管理費用低、維修方便，逐漸成為農(nóng)村新型污水處理技術(shù)的發(fā)展方向。
該示范項目測試了MABR裝置對生活污水COD、NH4+-N、TN和SS的去除性能及其規(guī)律。COD和氨氮始終穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，經(jīng)初期的碳源補充和反硝化菌的自然生長，TN可穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，出水指標(biāo)正常，出水水質(zhì)達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB18918-2012一級A標(biāo)準(zhǔn)，MABR系統(tǒng)具有一定的抗高氨氮沖擊性，但是相對抗高COD沖擊的能力較弱，MABR同步硝化反硝化過程不僅減少了堿度的消耗，更縮短脫氮時間，提高污水處理效率。
該示范工程成果不僅加深了技術(shù)人員對MABR農(nóng)村生活污水污染物降解和去除過程的認(rèn)識，也進(jìn)一步為該技術(shù)今后在農(nóng)村污水治理的應(yīng)用和發(fā)展提供了一定的實踐和理論支持。( >
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