氧化沟/MBＲ一体化装置在村镇污水处理中的应用

摘 要: 采用氧化沟/MBＲ 一体化装置处理某村镇生活污水( 100 m3 /d) ，考察了其约 3 个月的连续运行效果。结果表明，在进水 COD、BOD5、NH +4 － N、TN、TP 浓度分别为( 345. 5 ± 25． 2) 、 ( 212. 6 ± 21. 4) 、( 28. 9 ± 3. 4) 、( 44. 1 ± 4. 3) 、( 4. 5 ± 0. 7) mg /L 的条件下，该装置对上述指标的去除率分别为 88. 2% ～ 95. 7% 、95. 4% ～ 98. 7% 、81. 7% ～ 94. 4% 、78. 1% ～ 90. 3% 和 80. 0% ～ 87. 8% ，出水中除了 TP 浓度仅能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》( GB 18918—2002) 的一级 B 标准外，其他指标均能稳定达到一级 A 标准。通过向膜池内投加 FeSO4 或聚合氯化铝( PAC)进行化学辅助除磷，出水 TP 浓度均可达到一级 A 标准，但 FeSO4 的除磷效果更佳。

由于我国村镇污水的特殊性，受限于传统处理技术( 如絮凝沉淀、CAST、A2 /O 等工艺) 运行管理复杂、缺乏专业技术人员运行维护、TN 和 TP 去除率较低等问题，传统污水处理技术不适合在村镇污水处理中推广应用。膜生物反应器( MBＲ) 是膜分离技术与传统活性污泥法有机结合而成的新型污水处理工艺，具有占地面积小、出水水质好、产泥率低等特点，在污水处理及回用中发挥着越来越重要的作用。但要达到脱氮除磷的目的，将 MBＲ 与其他工艺相组合运用于村镇污水处理工程实践中不失为一种好方法，如 A/O—MBＲ 工艺、UCT—MBＲ 工艺、 A/A/O—MBＲ 工艺等。鉴于此，笔者将氧化沟与MBＲ 工艺相结合，构建了一种新型的一体化村镇污水处理装置，并将其用于处理大理某村镇生活污水( 规模为 100 m3 /d) ，研究了该装置的长期运行效果，以期为村镇污水处理技术的工程实践提供参考。 

1 试验装置与方法

氧化沟/MBＲ 一体化村镇污水处理装置建于大理某村镇，见图 1。装置处理规模为 100 m3 /d，水力停留时间( HＲT) 为 13． 62 h，其中氧化沟和 MBＲ 的 HＲT 分别为 11． 28、2． 34 h，污泥停留时间为 30 d。

选用亲水性聚偏氟乙烯( PVDF) 中空纤维帘式膜组件( EF 系列) ，平均膜孔径为 0． 2 μm。该装置的进水为村镇生活污水，其 COD、BOD5、 TN、NH +4 － N、TP 浓 度 分 别 为 ( 345． 5 ± 25． 2 ) 、 ( 212. 6 ± 21. 4 ) 、( 44． 1 ± 4． 3 ) 、( 28. 9 ± 3. 4 ) 和 ( 4. 5 ± 0. 7) mg /L。所有水质指标均采用国家标准方法进行测定。 

2 结果与讨论

2. 1 对有机物的去除效果

污水的可生化性通常用 BOD5 /COD 来表示，一般认为 BOD5 /COD ＞ 0． 3 表示污水的可生化性良好。在试验装置稳定运行阶段，污水的 BOD5 /COD平均值为 0． 62，具有良好的可生化性。试验期间装置对 COD 和 BOD5 的去除效果见图 2。可知，氧化沟/MBＲ 一体化装置对 COD 和 BOD5 的去除效果良好。氧化沟的出水 COD 浓度在 62． 2 ～ 98． 1 mg /L之间，MBＲ 的出水 COD 浓度在 16． 1 ～ 39． 6 mg /L之间，氧化沟对 COD 的去除率为 71． 4% ～ 82． 3% ，一体化装置对 COD 的去除率为 88． 2% ～ 95． 7% 。

另外，氧化沟和 MBＲ 出水 BOD5 浓度分别为 21． 3 ～ 51． 2、2． 1 ～ 9． 9 mg /L，氧化沟对 BOD5 的去除率为77． 4% ～ 88． 9% ，一体化装置对 BOD5 的去除率为95． 4% ～ 98． 7% 。当装置运行至第 30 和 60 天进行排泥时，虽然氧化沟对 COD 和 BOD5 的去除效果有所下降，但是 MBＲ 池超高的活性污泥浓度，保证了该装置的出水 COD 和 BOD5 浓度稳定优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》( GB 18918—2002) 的一级 A 标准。

2. 2 对氮的去除效果

试验期间装置对 NH +4 － N 和 TN 的去除效果如图 3 所示。可知，氧化沟/MBＲ 一体化装置具有良好的脱氮效果，出水 TN 和 NH +4 － N 浓度可稳定达到一级 A 标准。氧化沟和 MBＲ 的出水 NH +4 － N 浓度分别为 4． 3 ～ 9． 7、1． 6 ～ 4． 6 mg /L，出水 TN 浓度分别为 9． 3 ～ 17. 3、3． 5 ～ 10． 4 mg /L，氧化沟对氨氮和 TN 的去除率分别为 68. 1% ～ 83. 8% 、64. 5% ～ 74. 3% ，装置对 NH +4 － N 和 TN 的去除率分别为81. 7% ～ 94. 4% 、78. 1% ～ 90. 3% 。当污泥外排时，虽然氧化沟和 MBＲ 对 NH +4 － N 和 TN 的去除效果均有所下降，但装置出水 NH +4 － N 和 TN 浓度仍能稳定在一级 A 标准限值以下。

通常认为 BOD5 /TN 值 ＞ 4 代表污水中有足够的碳源来进行反硝化作用。本研究进水 BOD5 /TN平均值为 4． 9，满足反硝化所需碳源。水质监测结果显示，氧化沟是主要的脱氮单元，氧化沟好氧段的硝化液以及 MBＲ 池回流液中富含大量硝酸根和亚硝酸根的硝化液，可以在氧化沟的缺氧段进行反硝化反应。MBＲ 池也具有部分脱氮的作用，一种可能是因为超高的活性污泥浓度使得底部的污泥溶解氧含量较低，具有发生同步硝化反硝化的条件，Fu 等人的研究也表明，在低氧条件下好氧区也具备发生同步硝化反硝化的条件; 另外也可能是由于 MBＲ高效的截留作用使得污水中颗粒态和胶体态的 TN被膜丝截留所致。

2. 3 对 TP 的去除效果

试验期间装置对 TP 的去除效果如图 4 所示。

可知，在进水 TP 浓度为( 4． 5 ± 0． 7) mg /L 的条件下，氧化沟出水 TP 浓度为 2． 3 ～ 3． 6 mg /L，MBＲ 出 水 TP 浓度为 0． 5 ～ 1． 2 mg /L，氧化沟对 TP 的去除率为 31. 0% ～ 35. 7% ，一体化装置对 TP 的去除率为 80. 0% ～ 87. 8% 。通常认为 BOD5 /TP 值 ＞ 17 代表污水中有足够的碳源来进行生物除磷作用。本研究进水 BOD5 /TP 平均值为 48. 7，满足生物除磷所需的碳源。虽然在该一体化装置中并没有设置厌氧段，但在氧化沟和 MBＲ 池中均发生了生物除磷作用，这种现象在很多研究中也得到了证实。与氧化沟相比，MBＲ 对 TP 的去除效果更好，除了聚磷菌的好氧吸磷作用外，MBＲ 池高效的截留作用也使得污水中颗粒态和胶体态的 TP 被膜丝截留而去除。总体而言，一体化装置的出水 TP 浓度可以稳定达到一级 B 标准，但不能稳定达到一级 A 标准，需投加化学药剂辅助除磷。

试验中选择了两种药剂即 FeSO4 和聚合氯化铝( PAC) 分别进行化学除磷，药剂投加系数取 1． 5，实际投药量为 8． 5 ～ 15 mg /L，投药点为膜池。水质检测结果显示，投加 FeSO4 后，装置对 TP 的去除率为92． 9% ～ 97． 4% ; 而投加 PAC 后，装置对 TP 的去除率为 89． 7% ～ 94． 7% ，说明 FeSO4 的除磷效果较PAC 要好。当投加 FeSO4 时，装置出水 TP 平均浓度为 0． 2 mg /L，明显优于一级 A 标准。 

3 结论

采用氧化沟与 MBＲ 工艺相结合而成的新型一体化装置来处理大理某村镇的生活污水( 规模为100 m3 /d) ，结果表明，在约 3 个月的连续运行中，该装置对 COD、BOD5、NH +4 － N、TN 和 TP 的去除率分别 88. 2% ～ 95. 7% 、95. 4% ～ 98. 7% 、81. 7% ～ 94. 4% 、78. 1% ～ 90. 3% 和 80. 0% ～ 87. 8% ，出水中除 TP 浓度仅能达到国家一级 B 标准外，其他指标均优于国家 一 级A标准。通过向膜池中投加FeSO4 或 PAC 进行化学辅助除磷，均可使出水 TP浓度稳定达到国家一级 A 标准，但 FeSO4 的化学除磷效果更佳。

③ 三期工程中，从国家一级 A 标准提标到地表水类Ⅳ类标准，吨水处理费用增加了 68. 04% ，其中电费占 56. 80% 、碳源药剂费占 38. 92% 、除磷药剂费占 4. 36% 、污泥处置费占 1. 11% 。