文中采用泥膜复合膜生物反应器（MBR）工艺处理农村生活污水，分析了其对污染物的处理效果。连续 1 年的运行试 验结果表明，出水化学需氧量（CODCr）、五日生化需氧量（BOD5）、总氮（TN）及氨氮可稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标 准》（GB 18918—2002）一级 A 标准，达标率为 100%，4 个水质指标的平均去除率分别为 51.2%、52.9%、39.3%及 88.1%。由于 进水BOD5 ／ TP 低，该工艺对总磷（TP）的处理效果较差，达标率仅为 12.8%。泥膜复合 MBR 工艺对农村生活污水具有较好的处理效果，且具有较强的抗冲击负荷能力，但对于生物除磷性能较差的农村生活污水，需要补充碳源或增加化学除磷单元以保证出水 TP 达标。

关键词：

        农村生活污水 泥膜复合 膜生物反应器（MBR） 可生物除磷性能 达标率 抗冲击负荷能力

 

       农村生活污水处理在我国刚刚起步，污水处理设施建设落后于经济发展的速度。截至 2020 年底， 全国 8 876 个乡中对生活污水进行处理的有 3 095个，占比仅有 34.9%，农村生活污水处理率更低。大 量仅经过简单处理甚至未处理的农村生活污水直 接排到村庄或附近水体中，给农村居民生活环境、 水土资源造成严重污染，严重威胁着农村居民身体 健康和水土资源安全，进而阻碍农村吸纳优质劳 动力和生产优质农产品振兴农村经济。因此，农村 生活污水处理是改善农村人居环境、促进乡村振兴战略贯彻落实的重要内容。 

        生物接触氧化法是在生物滤池的基础上发展演变而来的一种浸没式生物膜法，是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的污水生物处理技术。生物接 触氧化法是在处理单元内设置人工合成的填料，污水浸没全部填料，并以一定的流速流经填料，通过填 料上形成的生物膜的絮凝吸附、氧化作用使水中可 生化利用的污染物基质得到降解去除。由于其具有处理负荷高、抗冲击负荷能力强等适合于农村生活污水特征的优点，近年来被广泛应用于农村生活污水处理。然而，该工艺对出水标准较高、需要脱氮除磷的污水处理效果不佳，需结合其他工艺共同使 用。脱氮除磷活性污泥法是最常用的城镇生活污水处理工艺。其类型之一的多级 AO 工艺可将污水分多段进入生物池内的厌氧区、缺氧区、兼氧区和好 氧区，使污水中的碳源有选择地供给不同功能区， 优先用于厌氧释磷和反硝化脱氮等，可有效节省碳 源，因而可很好地适用于进水碳源不足的情况。 因此，将生物接触氧化工艺与两级 AO 活性污泥法工 艺组合使用，即泥膜复合工艺，既能提高工艺的抗 冲击负荷性能，又能实现一定的脱氮除磷效果。 另外，膜生物反应器（membrane bioreactor，MBR）利 用膜的高效截留作用将生物处理与膜生物分离有机结合，将污水混合液中的悬浮固体等不溶性固 体、游离微生物及蛋白质等大分子有机物有效截留， 保持系统较高的污泥浓度提高系统容积负荷，从而持续、稳定地保障高标准出水水质，还可取代传统的二次沉淀池减少污水处理系统占地面积，因而被 广泛应用于污水深度处理和厂站提标改造中。本研究通过探索泥膜复合 MBR 工艺对农村生活污水的处理效果，揭示其可能存在的问题，旨在为该 工艺在农村生活污水处理中的应用提供参考。

 1    材料与方法

1.1  试验概况
       泥膜复合 MBR 试验装置由厌氧池（A）、缺氧池 （A1）、好氧池（O1）、缺氧池（A2）、好氧池（O2）、MBR膜池 5 个单元组成（图 1）。A 池、O 池均设置改良弹 性填料。污水经过两级缺氧、好氧处理，进入到 MBR膜区进行泥水分离，处理后的水经过清水区与消毒 装置后排放。该装置设计出水标准为《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级 A 标准，水力停留时间（hydraulic retention time，HRT）为20 h，设计处理规模为 10 t ／ d，装置设计进水 CODCr质量浓度为 250 mg ／ L、BOD5 质量浓度为150 mg ／ L、TN 质量浓度为 50 mg ／ L、氨氮质量浓度为 30 mg ／ L、TP 质量浓度≤4.0 mg ／ L。主要工艺参数如表 1 所 示。

 

       试验用水来自安徽省某农村生活污水处理站 点调节池。该村庄 26 户住户中的 21 户已实施旱厕 改水厕，并新建了三格式化粪池。该村采用雨污分 流排水体制，已建污水收集管网，收集所有农户厨 房和洗浴污水、已改厕住户化粪池污水。 该试验持续 1 年，为 2020 年 9 月—2021 年 8 月。试验期间装置持续运行。

1.2  水样采集与测定方法

       试验期间，每周取装置进水、出水水样。进水水样取自于调节池，出水水样取自于 MBR 膜池出水 口。采样后在 4 ℃下冷藏保存，3 d 内完成测试。测 定 CODCr、氨氮、TN、TP 及 BOD5 这 5 项主要水质指 标，各指标测定均采用国标法（表 2）。

1.3    数据统计分析方法

         用 SPSS 进行统计分析，用 Origin 8.6 作图。出水水质稳定性分析采用标准差系数法，标准差系数 计算如式（1）。

2       结果与讨论

2.1    进水水质

2.1.1 进水水质基本指标变化对试验装置进水水质指标分析发现，CODCr、BOD5、TN、氨氮及 TP 的进水质量浓度分别为 18~94、5.0 ~45.8、2.69 ~34.50、0.20 ~30 .00、0 .39 ~5 .10 mg ／ L （图2）

   

        平均质量浓度分别为 41、14.8、10.94、7.38、1.63 mg ／ L。古腾等[14]对蒲江县成佳镇聚居区生活污水进水的研究发现，CODCr 质量浓度为 65.38 ~133.33 mg ／L、TN 质量浓度为 15.47~38.32 mg ／L、氨氮 质量浓度为 10.68~22.80 mg ／ L、TP 质量浓度为 1.28~6.12 mg ／ L，平均值分别为94.3、26.85、16.9、3.19 mg ／ L。 夏斌等[15]在嘉兴海宁 16 个农村生活污水处理站点污 水进水特征的影响研究发现，其冬季进水水质 CODCr含量为（40.7±29.6）mg ／ L、TP 含量为（2.7±1.2）mg ／ L， 对另外 8 个农村生活污水处理站点的研究发现，其冬季进水 CODCr、TP 质量浓度分别为 （45.8±44.2）、 （5.1±1.8）mg ／L。可以看出，本研究中的装置进水浓度特征与其他研究中农村生活污水差别不大。

2.1.2   进水可生化性

          ① BOD5 ／ CODCrBOD5 ／ CODCr 可反映污水的可生物降解性能。对本研究进水 CODCr 质量浓度超过 50 mg ／ L 时的水质数据分析，结果显示装置进水 BOD5 ／ CODCr 在0.26~0.35，平均值为 0.31图 3。

       
        通常认为，当BOD5 ／ CODCr＜0.1 时，污水不适于生物处理；当 0.2＜BOD5 ／ CODCr＜0.4 时，污水中存在难生物降解的污染物；当 0.4＜BOD5 ／ CODCr＜0.6 时，污水的可生化性较 好。本研究中进水存在难生物降解的污染物。

 ②    BOD5 ／ TN

        微生物在进行繁殖和好氧呼吸反硝化脱氮的 过程中需要消耗一定量的碳源，碳源影响着生物的 反硝化速率和过程，污水进入缺氧段时必须有充足的有机物才可以保证反硝化过程的顺利进行。通常 认为，当污水 BOD5 ／ TN＞2.86 时，才能通过微生物反 硝化作用脱氮；当污水 BOD5 ／ TN＞4.00 时，生物脱氮 的碳源充足；当 BOD5 ／ TN＞5.00 时，污水可生物脱氮性能较好。由图 3（b）可知，本研究进水 BOD5 ／ TN为 0.86~2.49，平均值为 1.63，进水可生物脱氮性能较差。

③     BOD5 ／ TP 

        BOD5 ／ TP 可反映污水的可生物除磷性能特征。 一般认为，污水 BOD5 ／ TP＞20.00 可满足生物除磷的要求。由图 3（c）可知，进水 BOD5 ／ TP 为 3.85 ~19.32，平均值为 9.11。表明本研究进水 BOD5 ／ TP 较 低，污水生物除磷性能较差。

2.2    污水处理效果

2.2.1 出水水质

         本研究试验装置出水 CODCr、BOD5、TN、氨氮、TP 的质量浓度分别为 11~30、3.3~9.8、0.85~12.40、0.04~0.95、0.08~1.39 mg ／ L，平均值分别为 17、5.0、6.03、0.34、0.79 mg ／ L（图 4）。

 

        出水 CODCr、BOD5、TN及氨氮均可达 GB 18918—2002 的一级 A 标准，且 远低于一级 A 标准，而 TP 存在试验期间浓度超过 一级 A 标准（0.5 mg ／ L）的情况，且均值也超过一级 A 标准。

2.2.2  出水达标率和污染物去除率

         本研究中，污水经泥膜复合 MBR 工艺处理后，CODCr、BOD5、TN 及氨氮达标率均为 100%，而 TP 的 达标率仅为 12.8%，CODCr、BOD5、TN、氨氮及 TP 的去除率分别为 51.2%、52.9%、39.3%、88.1%、44.8%。

本研究中装置出水 TP 普遍不达标且去除率较 低，这可能和装置进水可生物除磷性能较差有关。 通常认为，污水 BOD5 ／ TP＞20.00 则污水可满足生物除磷要求，即污水可通过生物除磷去除 TP，否则好 氧池中发生的吸磷效果会受影响，出水 TP 浓度会 升高，不能完全依靠生物除磷。本研究中装置进水BOD5 ／ TP 平均值仅为 9.11，远低于生物除磷要求的 限值。另外，本研究中进水 BOD5 ／ TN 也较低，污水可生物脱氮性能较差，生物脱氮与生物除磷过程还 存在碳源竞争关系，这将进一步加剧本研究中生物除磷碳源不足的问题。因此，本研究装置出水 TP不达标可能是由于进水碳源严重缺乏所致。建议泥 膜复合 MBR 工艺在处理生物除磷性能较差的农村 生活污水时补充碳源或增加除磷单元以保证出水TP 达标。

2.2.3  出水水质指标波动 

          对装置出水 CODCr、BOD5、TN、氨氮及 TP 浓度的标准差系数分析发现，出水 CODCr 的变异系数为0.26、BOD5 为 0.26、TN 为 0.45、氨氮为 0.74、TP 为0.37（图 5）。

 

        可以看出，CODCr、BOD5、TN 及 TP 这 4 个水质指标进水浓度的标准差系数小于 0.50，氨氮 的标准差系数在 0.50~1.00。

         污水处理后，其出水水质指标标准差系数是对水质指标稳定程度的描述，可较好反映污水处理工艺抗冲击负荷能力。对于污水处理工艺来说，其出水水质指标标准差系数越小，抗冲击负荷能力越 强，反之则越弱。通常认为，Vσ≤0.5 表明污水处理工艺出水为正常波动；0.5<Vσ≤1.0 为可接受的波 动；Vσ>1.0 则为异常波动[15,22]。本研究中，装置出 水 CODCr、BOD5、TN 及 TP 这 4 个水质指标出水浓 度为正常波动，氨氮出水浓度为可接受的波动。虽 然进水水质波动较大，但出水水质较稳定，表明泥 膜复合 MBR 工艺具有较好的抗冲击负荷能力。

 3     结论

        1）本研究中，连续一年的试验期间，装置进水 水质指标浓度与其他农村生活污水相近，但波动较 大，污水存在难生物降解的污染物，生物脱氮除磷性能较差。

        2）从污水的整体处理效果来看，泥膜复合MBR 工艺对 CODCr、BOD5、氨氮及 TN 的处理效果较 好，均能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》 （GB 18918—2002）一级 A 排放标准，达标率为100%，去除率分别为 51.2%、52.9%、39.3%、88.1%， 而装置出水 TP 达标率较低。

       3）试验期间，虽然装置进水水质指标浓度波动 较大，但其出水 CODCr、BOD5、氨氮及 TN 稳定达标，表 明泥膜复合 MBR 工艺具有较好的抗冲击负荷能力。

 

 

原标题：泥膜复合MBR 工艺处理农村生活污水效果

原作者：王孟珍