MBBR-离子交换除磷工艺在农村生活污水处理中的应用分析

随着我国农民经济收入不断提高和生活方式的变化，卫生洁具、洗衣机、沐浴等设施已经走进平常百姓家，这使得农村人均生活用水量和污水排放量不断增加。这些污水大部分未经处理或经过简单处理就直接排放到环境中，不仅给周边流域水环境质量带来负面影响，而且逐步对人类健康形成威胁。移动床生物膜反应器(MBBR)-离子交换除磷工艺属于一种新型的农村生活污水处理组合工艺，本文介绍了该工艺在处理农村生活污水中的特点及优势，并结合实际工程案例加以说明。

一、农村生活污水概述

1.农村生活污水来源及主要污染物

农村生活污水是指在农村居民的生活过程中产生的污水，主要包括冲厕污水、厨房污水以及洗涤、洗浴污水，此外，还包括一些农村分散养殖过程中所产生的污水。研究表明，生活污水的污染物主要是有机物、氮和磷。其中，厨房污水和冲厕污水是有机物的主要来源，冲厕污水是氮的主要来源，洗涤、洗浴污水是磷的主要来源。

2.农村生活污水的特征

农村生活污水的排放水量变化大，排放不均匀。一般来讲，农村一天之中生活污水排放量有早、中、晚3个高峰期，而午夜到凌晨污水产生量很少甚至出现断流现象。

此外，农村生活污水的水质与居民的生活习惯和当地风俗息息相关，生化需氧量(BOD)、氮和磷的含量变化范围比较广，但农村生活污水水质不是很差，可生化性好，几乎不含有毒有害等有机污染物和重金属离子。

二、移动床生物膜反应器(MBBR)-离子交换除磷工艺分析

1.工艺选择原则

由于我国农村经济相比城市欠发达，很难配备专业的污水处理、运行管理人员，因此不能将过于复杂的城镇生活污水处理工艺照搬至农村。同时，考虑到农村人口居住特点以及生活污水的特征，选择农村污水处理工艺技术时，应考虑以下基本原则：自动化程度高，运行和后期维护管理简单；抗冲击负荷能力强，处理后的污水能达标排放；尽量减少污泥产量或者基本无污泥产生；优先考虑“适度集中处理”的模式，降低建设和运行费用。

2.MBBR处理农村生活污水的优势及缺点分析

（1）工艺优势分析

首先，相对于A2/0和膜生物反应器(MBR)工艺，MBBR操作运行简单，无需调试复杂的工艺参数，后期的运行维护方便。

同时，MBBR高性能填料上富集了大量的活性微生物，增加了活性污泥量，抗负荷能力提升，污水处理能力增强，即使短时间内无进水，其内部的生态环境也能使活性微生物保持休眠状态，并且一旦重新进水，活性微生物的恢复速度远快于普通悬浮状态的微生物，适合农村生活污水水量变化大、排放不均匀的特征。

此外，在农村生活污水处理工艺中，MBBR是一种微动力、低能耗工艺。曝气过程中，高性能填料之间的相互摩擦及剪切作用，可使气泡变得更小，增加氧气的利用率，提高曝气效率，降低曝气能耗。另一方面，在日处理量不大的农村生活污水处理过程中，MBBR工艺的曝气风机完全可以采用风量大、低耗能、噪音小的电磁鼓风机，最大程度地降低能耗及对周边环境的干扰。

最后，MBBR工艺的特点可以使其在高容积负荷、低污泥负荷下运行，工艺过程中剩余污泥产量低或长时间内可做到基本无剩余污泥的外排。因此，大大减少了污泥的产量，适合农村的基本情况，并且降低了污泥处理费用。

（2）工艺劣势分析

MBBR工艺用于农村生活污水的处理，与A2/0和MBR相比，目前唯一的劣势在于无法有效保证磷元素的去除，尤其是在进水磷含量高，出水磷含量低的情况下。由于生物法中磷元素的去除依托于剩余污泥的外排，而为了实现污泥减量化来适应农村的基本情况，MBBR工艺基本不排泥或者很长时间才排放一次从高性能填料中脱落的失活污泥，这就使得磷元素的去除成为MBBR工艺的一个劣势所在。

3.离子交换除磷工艺的优势

目前，水体除磷的主流工艺包括生物除磷、加药除磷、人工湿地除磷、离子交换除磷和电化学除磷等。

通过对比不同除磷技术的优缺点，选择离子交换除磷技术作为MBBR的补充除磷工艺形成农村生活污水的强化除磷工艺，主要理由如下：离子交换除磷技术出水稳定；运行简单，操作方便；无污泥产生；离子交换树脂可以循环再生，重复利用，长期运行可以降低成本。

4.MBBR-离子交换除磷工艺流程

MBBR-离子交换除磷工艺流程共分为四步。第一步，生活污水首先经调节池均量均质后由提升泵进入厌氧区，在其中通过厌氧环境完成对污染物的高效降解，同时厌氧区的另一个作用是进行回流污泥的厌氧自消化过程，以实现污泥的减量化。

第二步，厌氧区出水进入缺氧区和好氧区，完成对污染物有机物的进一步降解以及硝化和反硝化过程。

第三步，好氧区出水进入沉淀过滤区，进一步对污染物进行降解，并降低出水的SS，以保证后续吸附除磷单元稳定运行。

第四步，沉淀过滤区出水进入吸附除磷单元，进行深度除磷。

三、工程应用分析

1.工程1

（1）工程概况：上海某农村生活污水处理示范工程，服务周边96户，每户人口按照3人，排水量按照每人每天94.5L计算，要求为配合当地生态文明建设，出水指标达到GB18918-2002中一级A标准，同时做到节省投资，运行费用较低，维护管理要方便。

工程设计处理水量30m3/d，进水水质化学需氧量COD≤400mg/L，BOD≤200mg/L，总氮≤45mg/L，氨氮≤30mg/L，总磷≤7mg/L，SS≤120mg/L。

为保证出水达到GB18918-2002中一级A标准，MBBR-离子交换除磷工艺中的沉淀过滤区采用了高效斜管沉淀和简单的生物滤池(BAF)过滤工艺，所有工艺集中于分布式一体化装置中。

（2）MBBR一离子交换除磷工艺处理效果。

工程1出水水质污染物的浓度情况如图。出水S1是工程正式调试结束后的取样，时间为6月份；出水S2-S4是工程正常运行后的取样，时间分别为8月份、12月份和第2年的4月份。

2.工程2

（1）工程概况：四川某农村生活污水处理工程，服务人数600人，日人均排水按照80L计算，出水指标达到GB18918-2002中一级B标准，要求工艺运行稳定，操作简便，成本合理。

工程设计处理水量50m3/d，进水水质COD≤300mg/L，BOD≤150mg/L，总氮≤40mg/L，氨氮≤30mg/L，总磷≤5mg/L，SS≤100mg/L。

由于出水达到GB18918-2002中一级B标准，MBBR-离子交换除磷工艺中的沉淀过滤区采用了高效斜管沉淀，所有工艺集中于分布式一体化装置中。

（2）MBBR一离子交换除磷工艺处理效果

工程2出水水质污染物的浓度情况见图。出水S1和出水S2均是工程正常运行后的取样，时间分别为为5月份和7月份。

四、处理农村生活污水存在的工程问题及解决方法

我国农村生活污水处理市场非常广，污水技术也非常繁多，MBBR-离子交换除磷工艺作为一种新的组合工艺在处理农村生活污水方面是一种开拓。由于该工艺运行稳定、管理方便、无大量污泥产生的特点与农村的基本情况比较匹配，因此，MBBR-离子交换除磷组合工艺在农村污水处理技术中逐步得到发展和推广。

目前，MBBR-离子交换除磷工艺尚有以下2个问题需要进一步讨论。第一，虽然理论上该工艺不会有剩余污泥产生，但是实际应用中随着时间的延长，工艺会有少量的污泥产生，一部分是从高性能填料脱落的失活微生物，一部分是难生物降解的SS。这两部分组成的污泥量极少，根据工程经验，大概半年至1年的时间可以对一体化装置进行排泥1次，将污泥直接排至集水提升井，然后1年对集水提升井清理1次即可。由于是处理农村生活污水，该工艺产生的污泥不属于危废，且污泥产生量少，在就地初步脱水处理后，可以送至就近城镇污水处理厂进行处理，也可以根据当地政策与生活垃圾进行填埋等处理。

第二，离子交换树脂的再生与更换问题。在正常的运行中，离子交换除磷单元不需要专业的操作及维护，非常方便，但是离子交换树脂达到饱和临界交换阈值时需要进行再生，以实现循环利用，降低成本。目前在工程上，离子交换树脂的再生是委托具有专业资质的树脂厂家进行离线再生，并实现再生液的资源化(可做磷肥)。因此，离子交换树脂的工程量再生问题可以作为下一步研究讨论的重点。