A/OˉMBBR工艺一体化设备在乡镇生活污水处理中的应用研究

陶 镇，毛春奎，冉静凤，田 晨，伍雪瑜，杨伟琪

（1．湖南省和清环境科技有限公司，湖南 长沙 410000；2．长沙理工大学化学化工学院，湖南 长沙 410114）

0 引言

根据住房和城乡建设部发布的《2020年城乡建设统计年鉴》显示，截至2020年，我国现有建制镇18 822个，建制乡8876个。能否做好乡镇污水的处理工作是水环境防治工作的关键。然而我国建制镇和建制乡的污水处理率分别为65.35%和34.87%[1]，未经处理的乡镇生活污水的直接排放给乡镇生态环境质量带来了极大压力，给美丽新农村的建设、农村人居环境的改善带来了挑战。

湖南省长沙市某郊区生活污水处理厂处理规模约为500 m3/d，该污水处理厂的污水主要来源于长沙市某郊区周边乡镇的生活污水，采用A2/O工艺，出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中一级B标准[2]，后续计划将出水标准提高为一级A标准。基于乡镇、农村、景区、展馆等小规模应用场景，湖南省和清环境科技有限公司开发了一套A/OˉMBBR工艺的一体化生活污水处理设备，为了验证该设备的性能、稳定性、处理效果、成本以及优化迭代细节，在长沙市某郊区生活污水处理厂进行为期4个月的应用试验研究。

A/O工艺也叫缺氧/好氧工艺，在缺氧段，厌氧菌将生活污水中可溶性有机物水解酸化，将大分子有机物降解成小分子有机物，提高后续好氧处理能力。A/O工艺具有流程简单、投资较少、TN去除效果较好的特点。移动床生物膜法（MBBR）是目前应用较为成熟的一种生物膜污水处理工艺。通过选择稳定、高密度性的载体，生物膜可输送至全反应器，增加生物膜、氧气和反应底物的接触反应概率，提高了降解效率，具有活性污泥法的优点。MBBR与传统的活性污泥法耦合可实现对污水的深度处理，达到提高出水水质或改进污水处理工艺的效果[3]。

A/OˉMBBR工艺应用于生活污水处理具有以下优势：①可有效深化脱氮除磷效果，尤其是对提升TN的脱除效果最为显著。②对于有需要的提标改造工程而言，无须增加新的构筑物，仅需新增MBBR反应器即可，不仅节约用地，而且节约了改造费用。③可有效提高水力负荷，并改善生物系统的稳定性。

MBBR的特点在于所采用的悬浮填料比表面积较大，且填料比重接近于水，填料的性能直接决定了反应体系的总微生物量、挂膜的效率和难易程度，对处理效率有显著影响[4]。为保证悬浮填料能在反应系统中均匀循环式移动，达到良好的混合效果，要根据具体项目水质状况选择匹配的填料投加比例[5]。根据现场条件及材料可获取的便利性、经济性，本套设备采用蜂窝式高密度聚氨酯悬浮载体填料，规格φ25 mm，空隙率70%，缺氧区、好氧区整体填充率约为40%。

1 污水水质

设备设计进水水质指标与该污水处理厂4个月实际进水水质指标比对情况如表1所示。

由表1可知，根据1个月每日进水检测指标统计计算，该污水处理厂进水平均BOD5/CODCr为0.47，污水可生化性良好。

表1 设备设计进水水质指标与该污水处理厂4个月实际进水水质指标比对情况 单位：mg/L

2 工艺流程

本次应用试验的工艺流程如图1所示，本研究在该污水处理厂内开展，A/OˉMBBR一体化设备放置于厂区生化池旁边的空地处。

图1 A/OˉMBBR工艺一体化设备的工艺流程

A/OˉMBBR一体化设备的进水取自经过该污水处理厂曝气沉砂池处理后的出水，采用进水泵将曝气沉砂池出水送至一体化设备MBBR缺氧池，同时好氧池混合液经污泥泵1回流至缺氧池，缺氧池内装填填料，填料在推流及混合液回流的作用下不断移动，进行充分的反硝化反应过程，以降低水中氮的含量，同时去除水中的部分有机物。污水经过好氧区时经悬浮污泥与生物膜双重作用，实现水中有机物、NH3ˉN的降解，去除污水中的CODCr，并发生硝化反应，生物膜内层由兼性厌氧菌反硝化作用实现部分污水的同步反硝化脱氮，同时在好氧池中间位置投加三氯化铁溶液进行化学除磷。污水分别经过缺氧、好氧、沉淀工序后，上清液进入中间水池，中间水池的水位达到高液位后，砂滤自动启动，滤后的清水再经紫外线消毒后达标排放。沉淀池的一部分底泥经污泥泵2回流至缺氧池，保障水处理系统污泥量污泥浓度，另一部分底泥经排泥管的电磁阀启闭实现间歇排放。

应用试验研究直接采用该污水处理厂现有80%含水率的剩余污泥进行培养与驯化。调试10 d，后续稳定运行90 d，每日取进出水水样送污水处理厂实验室进行分析检测，每日主要分析指标有CODCr、NH3ˉN、TN、TP、SS，每周抽样检测粪大肠菌群指标1~2次。每日工艺监测指标主要有好氧区混合液悬浮污泥（MLSS）、好氧区DO、缺氧区DO、SV30、进出水流量计显示水量、电耗、药耗、设备仪表运行状况等。

A/OˉMBBR工艺一体化设备在100 m3/d水力负荷条件下各参数数据如表2所示。

表2 A/OˉMBBR工艺一体化设备在100 m3/d水力负荷条件下各参数数据

3 处理效果分析

在试验研究期间对主要污染物去除率、去除效果进行统计与分析，具体情况如下。

3.1 COD的去除效果

尽管进水COD波动较大，但出水COD值较为稳定，COD平均去除率为92%，一级A标准达标率100%。COD去除率高，说明在该反应系统中，前端MBBR缺氧池将大分子有机物水解酸化为较小分子的有机物。后端MBBR好氧池供氧充足，异氧细菌含量高，这些异氧菌通过呼吸作用摄取水中的有机物为自身的新陈代谢提供能量并完全分解为CO2和H2O，从而降低水中COD的含量[6]。

3.2 TP的去除效果

TP的去除效果如图2所示。由图2可以看出，进水TP浓度平均为2.79 mg/L，出水TP浓度平均为0.28 mg/L，平均去除率为89.6%。在试验进行十几天后出现连续几天出水TP超标的现象，究其原因主要有两个：①三氯化铁投加量不足。②排泥量不够。系统除磷主要以化学除磷为主，且TP的开路方式是以剩余污泥的形式排出系统。出现TP超标情况后增加了三氯化铁用量，出水TP开始呈现下降趋势并达标。后经不断调整优化三氯化铁药剂用量后出水TP稳定保持在0.5 mg/L以内。在此进水水质条件下，三氯化铁用量为0.020~0.025 g/L，能保障出水TP达一级A标准。

图2 TP的去除效果

3.3 NH3ˉN的去除效果

NH3ˉN的去除效果如图3所示。由图3可以看出，出水NH3ˉN均值为3.04 mg/L，平均去除率为85%。期间有6个连续批次的出水NH3ˉN超标明显，经分析有两个原因：①风量不足。②氧的利用率不高。氧的利用率与曝气方式、气泡大小、池体结构、池体深度有关，工程项目上曝气池的深度比较固定，多为4.5~5 m。目前一体化设备进水100 m3/d的条件下，运行水深约为2.5 m，氧的利用率较低。当检测到出水NH3ˉN超标时，及时采取了加大风量、加大排泥量、提高排泥频率等措施，后续出水NH3ˉN均稳定达标。

图3 NH3ˉN的去除效果

一般大型市政污水处理厂曝气池气水比为（8~10）:1，经过对风机性能曲线、出口风量的测算，本套设备的曝气池气水比为（15~18）:1。在该气水比下，出水NH3ˉN、TN均能稳定满足一级A标准要求。

3.4 TN的去除效果

出水平均TN为8.55 mg/L，TN平均去除率为69.4%。经A/OˉMBBR工艺一体化设备处理，出水TN浓度能够稳定满足一级A标准要求，达标率为100%。

4 结语

采用A/OˉMBBR工艺一体化设备处理该污水处理厂的乡镇生活污水，在好氧区与缺氧区分别投加悬浮填料，控制调节曝气的大小，使系统中的填料和混合液实现循环流动。在系统稳定后，出水CODCr、NH3ˉN、TN、TP、SS等指标均可达到一级A标准要求。具体结论和建议如下。

（1）经过A/OˉMBBR一体化设备处理后，各水质指标能够很好地满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中一级A标准的要求，各主要污染物平均去除率分别为：COD 92%，TP 89.6%，NH3ˉN 85%，TN 69.4%，SS 95.6%。

（2）在应用试验研究过程中有部分出水NH3ˉN、TP指标超标的情况，后续采取了相应的应对措施，能够确保系统正常，各项指标稳定达标。

（3）人工监测设备运行状况工作量大且不便利，后续产品可以结合在线监控系统，配套在线ORP计、DO仪、MLSS浓度计等设备，收集各重要数据以及运行信号，实现对设备的远程监测和控制。

（4）经过用电量的核算，吨水电耗为0.40~0.45 kW·h，还有进一步优化的空间。