红庙镇一体化污水处理装置研究背景及技术分析

朱克景

中铁四局集团市政工程有限公司

摘要:通过分析一体化污水处理装置的发展历程，了解当下适合中国农村的一体化污水处理装置，以红庙镇污水处理终端A²O-MBR一体化设备为研究对象，通过其工艺、设备结构分析处理农村分散式污水的效果。

关键词：一体化装置，分散式，农村污水

绪论

为了响应习近平总书记在2018年召开的深入推动长江经济带发展座谈会，推动长江经济带发展，保护生态环境，中铁四局市政公司勇担长江大保护重任，于芜湖无为市成立城乡污水一体化PPP项目部。该项目部是芜湖市长江经济带共抓大保护战略行动和绿色发展示范区建设项目。其新建七个镇污水处理终端，采用的主要处理设备是由国祯环保提供的A²O-MBR一体化设备。

当前,我国乡镇水环境的问题概括起来主要是以下几点：局部问题比较突出；缺少基础的污水处理设施；乡镇排放的污水中是不含重金属和有毒有害物质；处理难度相对较小。乡镇污水的来源主要是生活污水和小型轻工业污水，这种污水中含有的可能导致水体富营养化的有机物、悬浮物、氮和磷等污染物的含量较高，如果直接排放到自然水体中不加任何处理会导致乡镇的水环境恶化，影响其中动植物的生长，破坏生态平衡，从而影响乡镇居民的生活环境，制约乡镇的经济发展的同时还降低了人民的生活水平。

目前国内乡镇污水处理处于初期发展阶段,并未制定专业的污水处理设计规范的标准，倘若照搬城镇污水处理技术与工艺，必然会出现后期操作和运行难度大等现实问题，这和乡镇经济、技术、人才水平并不相符，难以最大化实现应有的效益。所以,在研究污水处理现状的基础上，必须针对其特征和存在的具体问题予以深入剖析，并针对具体问题提出科学高效的技术决策分析，以保证乡镇的健康可持续发展。

一些经济发展较好的农村地区，研发了地埋式、无需耗能的厌氧污水处理技术，并积极推进雨污分流，污水管网建设，采用生物-生态耦合的方式治理农村生活污水，为农村生活污水治理提供了很多新思路和新方法。

所以，我们要从大规模的处理污水转型到小规模来完成分散处理，既高效又环保，而且其建成周期短，各个设备模块化以后也方便操作和维修，这就体现出了一体化设备处理的重要性。

1.一体化污水处理装置研究历程

1.1国外发展历程

美国环保局于1987年修正了清洁水法，强调了分散处理污水系统的重要性，通过了十年的时间，向环保局总结归纳了分散处理系统未能发挥预料中作用的原因，并于2003年发布了《分散处理系统管理指南》，适用于人口稀疏的居民区，且得到了不错的成效^[2]。

在20世纪60年代，日本某公司提出净化槽技术与设备，用以改善由于经济起飞带来的环境与卫生健康问题；且日本于1983年正式出台了《净化槽法》，由政府提供财政支持，为改善乡村地区环境质量提供便利^[3]。

韩国农村人口居住比较分散，生活污水集中处理也面临着很多问题，所以耗能低，成本低，运行维护简单且具有一定的观赏价值的人工湿地就是韩国农村处理生活污水的首选工艺^[4]。1996年，韩国将简易污水处理设施改名为农村排水系统，并于次年制定了排水系统统筹方针，在接下来几年的实践中，总结归纳农村污水处理的经验后，在2002年修订了该方针，并制定了关于实施、运行、管理的详细步骤^[5]。

德国于1969年制定《水法》，1976年颁布并实施了《排污费法》，在得到有效的治理效果之后，于2001年，着重于小型污水处理设施的研究，在膜生物反应器方面处理偏远村镇生活污水获得了不错的成就^[6]。

北欧地区国家地广人稀，居民居住分散，部分国家研究出生物处理与化学絮凝除磷相结合的一体化污水处理装置，卓有成效^[7]。

1.2国内发展历程

中国的生活污水处理技术研究总体来说比国外要晚好些年，近几年我国的经济实力增强了以后，各地区开始越来越重视研究处理技术，寻找合适的处理工艺，因地适宜，集中和分散处理两头抓，在国家和地方倡导下，一些经济条件不怎么发达的地区也意识到了处理农村生活污水的重要性，若任其乱排乱放，将会阻碍农村经济的发展，还可能引发一些医疗等农村基础设施保障问题。近年来，全国都在重视处理农村生活污水问题，并且有很多科研人员都在这方面进行了大量的研究。

此外，一些经济发展较好的农村地区，研发了地埋式、无需耗能的厌氧污水处理技术，并积极推进雨污分流，污水管网建设，采用生物—生态耦合的方式治理农村生活污水，为农村生活污水治理提供了很多新思路和新方法。

综上可知，目前我国许多农村地区都没有合适的污水处理设施，或只用单一的化粪池进行简单处理后直接排放，处理效果差。由于农村人口居住分散，对于分散村民所产生的生活污水若都采用集中的方式进行处理，存在着管网投资成本大的问题，为此目前我国对于农村分散式生活污水主要采用的是分散式小型污水处理设备。

2.A²O-MBR一体化污水处理设备

2.1处理原理

A²O-MBR工艺脱氮除磷效果较好，在污水处理中运用的比较多，经常被用于污水的二级和三级处理,具有很多优势。该工艺操作简单，水力停留时间较其他工艺大大缩短，因为有缺氧及好氧段的交替运行，可以有效抑制水中丝状菌的有效繁殖，没有产生污泥膨胀的隐患，减少了运行成本。产生的污泥经过沉淀后含有的磷较多，经过无害化处理后可以当做肥料，实现废物的资源化利用，有利于乡镇生态环境的建设。该项工艺的运行要把握好各个阶段的溶解氧的含量，缺氧段和厌氧段的溶解氧含量要求不高，用搅拌机搅拌即可达到要求，好氧段对溶解氧的浓度有一定的要求，需要在池底铺设曝气系统，维持溶解氧的含量。但是该工艺仍然存在不足的地方，在除磷的效果方面在此基础上很难提升，如果需要达到一定的磷排放标准，则需要再进行深度处理。经过处理后的水经过沉淀池也要注意维持水中溶解氧的浓度,减少停留时间，不然可能会产生厌氧及污泥释磷的问题，但是溶解氧浓度偏高也会造成回流污泥对缺氧段的干扰。

农村生活污水现有的工艺流程有许多问题如污泥活性差、生化系统去除率不高、N:P营养元素比例失衡等，无法满足出水要求，为了使出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002 )中一级标准的A标准，故结合红庙镇实际情况采用A²O-MBR工艺，从而大大提高红庙镇生活污水的处理效果。

2.2工艺流程图

1、红庙污水处理终端工艺流程图

图1： 红庙污水处理终端工艺流程图

首先，将收集起来的农村生活污水通过格栅，将大的悬浮物初步的去除，随后，进入调节池进行水解，调节至中温（34～38℃）的污水泵入A²O-MBR一体化设备，在这一步中将进行COD、NH₃-N和TP去除，经过生化池处理之后出水进入MBR膜系统，随后再经过次氯酸钠进行出水前消毒，然后达标排放，而排放的污泥在污泥浓缩池经过脱水处理进入新增加的污泥干化系统，将污泥的含水率降至40％左右之后用专门的污泥托运车外运至安全区。

在系统上，该工艺是最简单的除磷脱氮工艺，在厌氧、缺氧、好氧交替运行的条件下，可抑制丝状菌的繁殖，克服污泥膨胀，使得SVI值一般小于100，有利于泥水分离，在厌氧和缺氧段内只设搅拌机。由于厌氧、缺氧和好氧三个区严格分开，有利于不同微生物菌群的繁殖生长，脱氮除磷效果好。目前，该法在国内外广泛使用，运行效果良好。

2. A²O-MBR一体化设备工艺流程图

图2：一体化设备工艺流程图

2.3 处理效果分析

表1.污染物去除指标

表2.基本控制项目最高允许排放浓度（日均值） 单位 mg/L

表3：一体化设备内部各池体数据

2.4处理工艺分析

膜生物反应器具有对污染物去除效率高、硝化能力强，可同时进行硝化、反硝化、脱氮效果好、出水水质稳定、剩余污泥产量低、设备紧凑、占地面积少(只有传统工艺的1/3-1/2)、增量扩容方便、自动化程度高、操作简单等优点。由于MBR膜的存在大大提高了系统固液分离的能力，从而使经过系统处理之后的出水水质和容积负荷都得到大幅度提高，而且经膜处理后的水水质标准高(超过国家一级A标准)，随后经过一体化设备处理的生活污水经过次氯酸钠消毒，最后形成水质和生物安全性高的优质再生水，可直接作为新生水源。由于膜的过滤作用，微生物被完全截留在MBR膜生物反应器中，实现了水力停留时间与活性污泥泥龄的彻底分离，消除了传统活性污泥法中污泥膨胀问题。

农村污水不同于城市污水水质，大部分时间排放的污水浓度低且往往出现水量波动大的问题，本次A²O-MBR一体化污水处理设备采用多台设备终端并联使用，能够很好的应对进水量波动对设备的影响，根据进水量开启一台或多台设备。既能满足设计水量的处理能力，又能在水量不足的情况下，对设备运行参数进行调整，保持在低水量的情况下，依然保持生化系统处理的稳定性。

本次工艺确定是根据乡镇污水低浓度的预测值，细化生物相区的分级，增加推流分段，确定盘片的纹路与比表面积，形成独特的水利条件，创造有机底物的浓度低度，增强混合菌种生长的独立性，提高处理效率。生化处理单元由多个模块并联组成，实际运行中可根据水量的变化调整开启的模块个数，运行管理较为灵活，整个处理工艺中运行稳定，管理简单，盘片、轴承、动力系统故障率低，自动化程度高，即使进水水质水量波动较大也能稳定运行。

3.结论

围绕红庙镇生活污水处理这一问题，根据现有的污水处理工艺以及红庙镇的日产生生活污水的处理水量，采用AAO-MBR一体化设备，既节省了基本建设成本，又只占据相对较小的面积。通过计算，确定各个污水处理构筑物的尺寸，选择合适的附属设备。此次设计，污水出水质量按照《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002 )中一级标准的A标准。该设计充分利用了先进的先进污水处理工艺，并结合红庙镇当地经济概况和地理以及地质条件，设计并计算了农村集中化的生活污水处理厂，整个处理过程以AAO-MBR一体化设备为主体，污水通过格栅后去除较大的颗粒物，在初级沉淀池中沉淀后进入调节池进行水解随后进入一体化设备，在那里进行脱氮除磷处理以净化污水，随后排入二沉池再次排除污泥最后经消毒后排除完成污水的处理。

本着经济可行的原则进行红庙镇的生活污水的处理，经过处理进一步减少了生活污水中的BOD、COD的含量，设计排水完全达到排放要求，而且污水达标排放后可以重复利用，能有效节约水资源，缓解环境压力，对环境和经济建设均有益处，同时对相关农村生活污水的处理都有一定的借鉴之处，更重要的是有利于红庙镇发展。

此次设计得出的主要结论如下：

1、生化池即AAO法为厌氧-缺氧-好氧区，在厌氧池，原生活污水与从沉淀池排除的含磷回流污泥同步进入，在这部分进行释放P，同时部分有机物进行氨化；在缺氧池，首先功能是脱氮，硝态氮是通过内循环由好氧反应池送来的，循环的混合液量较大；好氧区主要是去除BOD，消化和吸收P等。也就是说在生化反应区主要是进行COD、NH₃-N和TP去除，其出水进入MBR膜系统，产水经过次氯酸钠消毒之后进行排放；

2、本工艺在系统上是同步脱氮除磷工艺，且总水力停留时间少于其他类工艺，因为在厌氧-缺氧-好氧交替运行条件下，丝状菌不能大量增殖，不易发生污泥丝状膨胀；

3、工艺中的厌氧处理系统将废水中复杂的、大分子有机物水解酸化成易于被后续工艺处理的简单的、小分子有机物；

4、经过AAO-MBR一体化处理设备的生活污水处理工艺中的部分工艺中采用污泥回流，进一步提高曝气池污泥浓度，同时污泥含P量高，具有较高肥效；污泥浓缩池污泥经脱水进入新增的污泥干化系统干化至含水率40%左右后会被送至砖瓦厂等一些地方参与制造建筑用材，变废为宝；

5、本次一体化污水处理设备采用多台设备终端并联使用，针对农村污水分散的问题，能够很好的应对进水量波动对设备的影响，既能满足设计水量的处理能力，又能在水量不足的情况下，对设备运行参数进行调整，保持在低水量的情况下，依然保持生化系统处理的稳定性；此处理过程中无鼓风机的噪音污染，对厂区周边环境影响较小。

参考文献

[1] 姜珊，李想，姜彩红等. 农村生活污水处理的现状分析和对策建议[J]. 安徽农学通报，2019，25(23):122-125.

[2] 美国管理分散污水处理系统的政策和经验，2004,1-12

[3]美国和日本乡村污水治理的组织管理与启示，2008,12-11

[4] Development of Natural and Ecological Wastewater Treatment System for Decentralized Regions and Rural Communities.

[5] 周律，韩国农村排水系统的建设和管理，环境污染与防治，2009,06:89~91+95.

[6] 德国水资源管理启示-2007-12-19,2008，02：192-197，水利水电工程，资源科学。

[7] 艾晨亮，小型一体化农村生活污水处理设施研究及应用[J]，建筑与预算，2018.08.