旅游景区粪污废水水质复杂且有机负荷波动大，在实际工程中实现长期稳定达标排放具有一定的挑战。为此，研究了 A2O-MBR 工艺在旅游景区厕所高浓度粪污废水处理工程中的应用，重点对启动条件及运行工艺参数等进行了研究。结果表明，A2O-MBR 工艺用于处理旅游景区厕所粪污废水，缺氧池回流比为 100%、好氧池回流比为 200%，控制缺氧池及好氧池溶解氧质量浓度分别为 0.4~0.6 mg·L−1 和 1.5~3.0 mg·L−1，反应器出水 COD、NH3-N 及 TP 平均质量浓度可分别达到为 40.39、3.64 和 0.39 mg·L−1，最终出水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002) 一级 A 标准。

关键词

　   粪污废水；A2O-MBR 工艺；工程实验；工艺参数

       近年来，随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，国内旅游业持续快速发展。其中，具有独特自然风景的山地景区、大面积的原生态自然景区和部分宗教人文景观，游客量增长率更是遥遥领先。然而与景区快速发展相对的却是景区公共服务设施的相对滞后，尤其是旅游景区厕所粪污废水处理及排放问题较为突出，简单的粪污废水收集处理设施难以实现废水处理达标排放，这不仅有损景区形象，而且易造成环境污染和疾病传播。因此，景区厕所粪污废水处理问题一直备受关注。

        景区粪污废水主要由尿液、粪便、冲厕水及冲洗水等组成，含有较高的有机物、氮、磷等物质，水质复杂且有机负荷波动大，单一的化学法、物理法和生物法处理难以达到高效稳定的处理效果，在实际工程中一般将几种处理技术进行组合，通常包括：一级预处理、二级主体处理工艺、三级深度处理等三级处理工艺。其中，二级主体处理工艺去除废水中的绝大部分污染物，一般采用厌氧-好氧 (anaerobic/oxic A/O)、厌氧-缺氧-好氧 (anoxic/anaerobic/oxic, A2/O)、生物接触氧化、膜生物反应器 (membrane bioreactor, MBR) 和生物滤池等处理工艺[12-15]。MBR 技术利用膜组件的拦截作用实现泥水分离，并将分离出的水排放，而活性污泥则保留在生物处理系统[16-18]。将 A2O 与 MBR 工艺组合，可以省去二沉池单元，同时膜分离可有效提高生物反应器中活性污泥的浓度，使处理效果得到有效提升，并且易于集成为一体式处理设备。一体式 A2O-MBR 处理工艺具有占地面积小、运行控制灵活、自动化程度高、出水效果好等一系列优点[19-21]。然而，一体式 A2OMBR 工艺应用于旅游景区粪污废水集中处理的研究相对较少。

        基于上述研究，本研究将一体式 A2O-MBR 工艺应用于处理某景区厕所粪污废水，探索了该工艺对化学需氧量 (chemical oxygen demand, COD)、氨氮 (NH3-N) 及总磷 (total phosphorus, TP) 等主要污染物的去除效果，确保出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002) 一级 A 排放要求。

1    实验装置与方法

1.1    废水处理工艺流程

        废水处理工艺流程如图 1 所示。设计处理水量为 50 m3·d−1，装置主要由调节沉淀池、厌氧池、缺氧池、好氧-MBR 膜池几部分组成。化粪池出水首先进入调节沉淀池，去除大纤维类物质、悬浮物，最大限度降低废水浊度。调节池出水进入毛发过滤器，主要将废水中的头发丝、纤维等丝状物质进行分离，避免对后续膜工艺运行造成影响。毛发过滤器出水依次进入厌氧池、缺氧池、好氧-MBR 膜池，经过生化处理后进入紫外消毒池处理后达标排放。

        本工艺生化单元总水力停留时间 (hydraulic retention time, HRT) 为 21.5 h，其中，厌氧池 2.5 h，缺氧池 4.5 h，好氧-MBR 膜池 14.5 h，缺氧池到厌氧池的污泥回流比在 50%~100% 内调节，好氧池到缺氧池硝化液回流比在 200%~400% 内调节，设计污泥龄在 12~15 d 左右，好氧池污泥浓度 (mixed liquid  suspended  solids,  MLSS) 约 为 8  000  mg·L−1， 生 化 需 气 量 0.26  m3·min−1， MBR 膜 组 件 采 用PVDF 材质的中空纤维膜，单支膜面积为 3 m2，共 60 片膜组件，总装膜面积为 180 m2。

1.2    进出水水质

        实验用水为某景区厕所化粪池出水，设计进水水质根据项目实际情况制定，出水主要水质指标 COD、NH3-N、TP 等执行出水标准为一级 A 标准，具体见表 1。

1.3    分析与检测方法

        对 COD、NH3-N、TP 水质指标进行检测，设定 5 个取样点，分别为调节池进水、前置缺氧池末端、厌氧池末端、好氧-MBR 膜池中端、出水口，每周现场取样 2 次，监测指标包括 COD、NH3-N、TP、溶解氧 (DO) 及 MLSS、污泥沉降性。

          COD 检测采用重铬酸钾法；NH3-N 检测采用纳氏试剂法、TP 检测采用钼锑抗分光法；DO 使用Q30d 型溶氧仪 (HACH/美国) 检测；污泥浓度使用 TSS Portable 手持型便携式浊度和悬浮物测定仪(HACH/美国) 检测。为保证各项检测数据的准确性和可重复性，每次取样时间、位置都保持一致，样品即时带回试验室测定。其中，生化池水样取混合液后静置 30 min，然后对上清液进行检测。污泥浓度测试液下 1.5 m 左右，溶氧仪测试保证没过探头。

进出水采样时间为 6—10 月，该段时间为旅游旺季，进水水质情况更具有代表性，能够更好地评价 A2/O-MBR 系统对 COD、NH3-N 和 TP 的去除效果。同时选取 6 月 30 日、7 月 10 日、7 月 31 日、8 月 14 日、8 月 25 日、9 月 15 日、9 月 29 日和 10 月 6 日分别对处理系统从进水到厌氧池、缺氧池、好氧池到出水的全流程指标分别进行了取样分析。

2    反应器的启动与运行

         生化工艺启动采用同步接种驯化法，固定停留时间，将较低浓度的原污水引入已投放种泥的反应器中，当去除 80% 可降解 COD 后再增加有机负荷，逐渐增大有机负荷直到设计要求，接种污泥采用市政污水厂的剩余污泥。

启动阶段，对进出水 COD 进行监测，确定系统运行是否达到稳定，进水 COD 控制在300~400 mg·L−1，水量为 50 m3·d−1，工艺运行参数如下：HRT 为 21.5 h，MLSS 为 6 000~8 000mg·L−1，缺氧池回流比为 100%，好氧池回流比为 200%，DO 在厌氧池、缺氧池、好氧池分别为 0.1~0.3、 0.4~0.6 和 1.5~3 mg·L−1。 图 2 为 启动阶段进出水 COD 变化。

         如图 2 所示，当工艺运行 第 5 天 出 水 COD 去除率达 到 80% 以上，随后开始逐渐增加进水浓度至 800~1 000mg·L−1；在运行第 12 天系统出水 COD 去除率达到 90% 以上，出水 COD 为 55.20 mg·L−1；当系统运行到 第 15 天时，出 水 COD 降低至 50mg·L−1 以下，稳定运行 5 d，出水 COD 基本低于 50 mg·L−1。

3    污染物去除效果

3.1    COD 去除效果

         监测期间，处理系统进出水 COD 值及去除率如图 3 所示。进水 COD 在 547.45~1291.87mg·L−1波动，平均值为 767.62 mg·L−1。出水 COD平均值为 40.39 mg·L−1，可稳定达到一级 A 限值 要 求 (≤50  mg·L−1)， 平 均 去 除 率 稳 定 在95.13%。这表明该工艺表现出良好且稳定的有机物去除效果，特别是在进水 COD 较大波动幅度范围内，保持了较高的有机物去除率，保证了出水的稳定达标。

         图 4 反映了在监测期间内系统中进水、厌氧池、缺氧池、好氧-MBR 膜池及出水的 COD的沿程变化。由图 4 可见，COD 值随着处理时间的延长逐渐降低，各处理单元 COD 平均去除量分别为 65.75、8.72、170.20、454.30 mg·L−1。

好氧-MBR 膜池处理单元对 COD 的平均去除率达 65.00%。这说明好氧微生物对粪污废水中的可溶解性有机物的降解效果较为明显，此外，MBR 膜也可以截除废水中的绝大部分颗粒性有机物，好氧-MBR 处理单元在去除废水中的有机污染物过程起主要作用。

3.2    NH3-N 去除效果

           在监测期间，进水 NH3-N 的质量浓度相对较高，在 65.23~118.26 mg·L−1 波动，平均值为86.55 mg·L−1。由图 5 可见，经过 A2O-MBR 工艺处理后，出水 NH3-N 平均质量浓度为 3.64mg·L−1，平均去除率稳定在 95.72%。最终 NH3-N出水稳定达到一级 A 标准 (≤5(8) mg·L−1)，在监测期间没有出现超标现象。

          图 6 反映了监测期间内，处理系统中进水、厌氧池、缺氧池、好氧-MBR 膜池及出水NH3-N 的沿程变化。由图 6 可见，NH3-N 浓度随着处理的深入基本呈现下降趋势，各处理单元NH3-N 平均去除量分别为：18.44、0.40、28.13、32.91  mg·L−1，其中缺氧及好氧 -MBR 阶 段 对NH3-N 的去除作用较为显著，平均去除率达76.41%。这说明处理系统中反硝化及硝化细菌的功能良好，废水中的 NH3-N 得到高效去除。

3.3    TP 去除效果

         如图 7 所示，系统对 TP 同样具有良好的去除效果，出水也能够稳定达到一级 A 标准 (≤ 0.5 mg·L−1)，出水没有出现超标现象。在监测期间，进水 TP 的质量浓度总体不高，平均值 为 10.11  mg·L−1， 但 波 动 幅 度 较 大 ， 在7.41~14.57 mg·L−1 波动，实验过程出水 TP 平均质量浓度 为 0.39 mg·L−1，平均去除率稳定 在96.06%，稳定达到一级 A 排放标准。

         TP 在系统中的沿程变化呈现从进水到厌氧池、缺氧池、好氧-MBR 膜池出水，整体逐级下降的趋势，数据如图 8 所示。厌氧池由于回流稀释作用，磷浓度相对进水有较大幅度降低，从厌氧池到缺氧池 TP 有一定幅度的增加，表明污泥发生较为明显的释磷现象；而好氧-MBR 膜池磷浓度下降迅速，表明活性污泥的吸磷效果明显，对 TP 的去除效果非常良好。本系统中调节池和好氧池设置了 PVC 加药系统，当 TP 相对较高时，可以通过加药的形式实现辅助去除，但试验期间仅依靠生物除磷就达到稳定的去除效果。此外，生化系统要及时排泥，使污泥浓度维持在合适的范围内，同时也能保证生物除磷的效果稳定。监测期间内，进水 TP 平均值为 10.17 mg·L−1，经系统工艺处理后出水平均值为 0.36 mg·L−1。

4    结论

        1) 一体式 A2O-MBR 反应器对处理景区厕所粪污中的污染物有较好的去除，对 COD 的平均去除率为 95.13%，出水平均质量浓度为 40.39 mg·L−1；出水 NH3-N 的平均去除率为 95.72%，出水平均质量浓度为 3.64 mg·L−1；出水 TP 平均去除率为 96.06%，出水平均质量浓度为 0.39 mg·L−1。

         2) 一体式 A2O-MBR 反应器，厌氧池、缺氧池、好氧-MBR 池水力停留时间分别为 2.5、4.5 和14.5 h，溶解氧浓度分别控制在 0.1~0.3、0.4~0.6 和 1.5~3 mg·L−1，缺氧池回流比为 100%，好氧池回流比为 200%，好氧-MBR 池污泥质量浓度控制在 8 000 mg·L−1，可以确保处理系统稳定运行。

 

原标题：A2O-MBR 反应器处理景区粪污废水工程

原作者：颜建国，苗时雨，兰华春苣，彭剑峰，汪诚文，余刚