采用PTFE平板膜组件MBR与A2O相结合的一体化设备，将之应用于浙江省水源保护地农村生活污水的终端处理工艺：叙述了该工艺的流程，分析了其在污染物去除、运行维护等各个方面的特点。运行结果显示该工艺出水水质能够稳定符合GB 18918—2002的一级A标准，部分指标能够达到GB 3838—2002的Ⅳ类水标准；实际出水中的COD、NH3-N和TP均值分别为21.6、1.12、0.35 mg/L，粪大肠菌群数平均为103个/L。表明该工艺用于处理水源保护地的农村生活污水效果能满足水源地水源保护的高要求。且该工艺运行维护简单，能实现远程操控、自动运行，其推广应用可望为水源地之农村生活污水处理做出积极贡献。
关键词:
A2O;MBR一体化工艺;农村生活污水;工程实例
随着我国市场经济的迅猛发展和人民生活水平的显著改善，农村生活污水的产生量越来越大。据第二次全国污染源普查数据，2017年末我国农村生活污水排放量为 75.91×108 m3，而全国农村生活污水治理的平均技术效率仅为 8.6%。处理效率低导致部分农村生活污水直接排放，这些污水可生化性较强、易富营养化，其可能污染附近水源。若其发生下渗，极易造成地下水的污染，给当地的生态环境保护造成极大负担。特别是对水源保护地地区，由于其较高标准的排放要求（一般要求出水水质高于一级 A，浙江部分地区如新昌县长诏水库水源保护地要求达到地表水准Ⅳ类标准），加之农村点位分散，给废水集中处理并达标排放造成很大困难。因此，在减少工艺设施运行维护难度的基础上，合理的将新型、综合的一体化污水处理技术应用在水源地农村生活污水处理上，对发展美丽乡村具有重要意义。
1 农村污水的来源及特点
农村生活污水的主要为村民的各项活动产生的，例如厨房废水、生活洗涤废水以及冲洗厕所产生的废水等，即主要成分为灰水及黑水。此外有些村庄畜牧业比较发达，养殖产生的废水也会被纳入农村生活污水统一收集，以便处理。由于村落中居民生活生产活动的特殊性，农村生活污水一般具有以下特点：1）农村污水排放点比较分散，水量一般较少，污染物成分也较为单一；2）用水量具有季节性和时段性：夏季水量多，冬季水量少，用水高峰段集中，夜晚基本不排水；3）农村生活污水大都含有较高浓度的氮、磷和有机污染物，具有较高的可生化性；4）不同地区由于生活习惯、气候等因素，各地区水质不完全相同。
2 工程实例
2.1 工程概况
浙江省某自然村农村污水处理终端位于长诏水库周边，为做好长诏水库保护治理工作，计划对原有终端（已不运行）进行提标改造，使处理终端正常运行。原工艺采用“厌氧+人工湿地”工艺，人工湿地出水接入稳定塘后排放。此工艺投资少，工艺简单。
能耗低，维护简单，出水水质可达一级 B 标准，但占地面积大，操作或设计上出现失误，容易造成堵塞，效果也会下降。在该工艺中污水经过格栅进入厌氧生物膜池，在该池中通过厌氧水解酸化反应去除有机物；其出水进入人工湿地系统，进一步去除氮、磷营养物。实际运行效果显示，该工艺运行不稳定，原终端也因堵塞已不运行，且原终端位于水库旁，出水水质要求高，其无法达到处理要求。
2.1.1 水 量
该自然村全村约 340 多户，终端原日处理量设计为50 t/d，总占地面积约380 m2。计划设计处理量为60 t/d，占地面积约95 m2。
2.1.2 进出水水质
进水水质见表 1，出水水质参照执行 GB3838-2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类水标准（其中 TN指标参照浙江省DB 33/ 2169—2018《城镇污水处理厂主要水污染物排放标准》表2限值标准，粪大肠菌群参照 GB 18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A限值标准）。
2.2 工艺流程
试点拟处理的生活污水为灰水，主要成分为食物残渣、动植物油、人体皮屑、洗漱日化品中的表面活性剂以及无机灰泥等。原终端的处理工艺为无动力的“厌氧+人工湿地”工艺，该工艺的处理效果极不稳定，维护成本较高，根据农村生活污水的特点，设计处理工艺时需考虑设备的抗冲击负荷能力，鉴于项目是保障水库水质的重要工程，对出水的排放标准要求较高。且项目终端进水水质指标中的氨氮及总磷含量偏高，需加强脱氮除磷工艺。此外，终端所处地理位置偏僻，需要设备实现自动运行及可远程操控性。综合以上因素，项目选择 A2O+MBR+滴灌系统处理工艺，工艺流程图1所示。
1）结构和流程结构：利用原有格栅和调节池，将原有生化池调整为厌氧池、兼氧池和好氧池，同时新增 MBR 一体化设备，工艺布置详见图2。
流程：污水通过格栅后进入调节池；混匀的污水及MBR池回流的含磷污泥进入厌氧反应器，利用厌氧菌将废水中的高分子有机物分解成小分子物质，同时释放磷；其后在缺氧反应器，通过反硝化细菌的代谢，氮氮以两种方式转化，一是同化和反硝化，形成有机氮化合物成为细菌的一部分；二是分解代谢和反硝化，最终生成 N2；混合液溢流进入好氧反应器，在反应器内有机物被降解，硝化菌将污水中的氨氮转化为硝态氮，聚磷菌利用厌氧条件下产生的动力吸收过量的磷，同时2Q流量的混合液通过回流泵回流到缺氧反应器；为达到更高的水质要求，二级处理的污水进入MBR 深度处理工艺，MBR 中采用一种独特结构的PTFE 平板膜组件，含氧的污水浸没全部膜组件，在微生物的作用下，污水得到净化。处理后的污水部分指标可达 GB 3838—2002 的Ⅳ类水标准，达标排放的农村污水进入滴灌系统，水资源重新利用，根据就近原则，选取终端周边的山林或灌木丛等地进行滴灌回用。
2）控制方式：农村污水处理终端运行通过 PLC自动运行和物联网云平台的远程控制，有自动和手动 2 种模式。自控程序设置完成后，根据处理水量及膜产水通量等参数，可在物联网云平台实现一体化设备的开关及相关运行时间参数的调整，终端无需专人值守，系统操作方便，安全可靠。
2.3 主要构筑物和设备情况
1）格栅井：1 座，不锈钢防腐材料，尺寸 1.5 m×1.5 m×1.5 m，栅条间隙 10 mm。格栅主要用于拦截及沉降较大的悬浮物和砂石，防止堵塞水泵机组及管道阀门等，避免造成设备磨损毁坏。
2）调节池：1 座，地埋式钢砼结构，尺寸 5.0 m×3.5 m×3.0 m，调节池有效容积达43.75 m3，此单元是为了调节生活废水进行水质水量，以利于废水水质的均匀混合，同时可兼用作事故池。
3）厌氧池：1 座，地埋式钢砼结构，尺寸 2.6 m×3.2 m×3.0m，有效容积为 20.8 m3。此单元主要功能是释放磷，同时氨化部分有机物；
4）缺氧池：1 座，地埋式钢砼结构，尺寸 2.0 m×6.6 m×3.0 m，有效容积为33 m3，采用φ150的仿生物填料，此单元首要功能是进行脱氮，反应池中的部分有机物在反硝化细菌的作用下利用硝态氮作为电子受体降解去除。
5）好氧池：1 座，地埋式钢砼结构，尺寸 7.4 m×3.2 m×3.0 m，有效容积为 59.2 m3，好氧池为生物接触曝气氧化池，池子采用鼓风曝气法，利用管式微孔扩散设备进行曝气，池体内放置φ150的仿生物填料和 φ215 的曝气盘。配备 1 台 HC-60S，380V 的回转风机，风量＞2 m3/min，N=2.2 kW；污水提升泵，N=0.75 kW，Q=10 m3/h，H=15 m。
6）MBR 系统：1 座，地上一体化碳钢箱体，箱体采用 Q235 防腐，整机尺寸 3.5 m×2.0 m×2.1 m，材质为 PTFE 平板膜。回流体积比 3：1，膜通量 20L/（m2·h），膜组件堆叠形式：横向 4 支×3 层=12 支，总需膜面积150 m2，所需风量总量约8.8 m3/h。自吸泵开8 min，停2 min，设计处理水量60 m3/d。
MBR 运行时采用增强气吹扫和反洗保持膜通量，利用蝶阀控制增加膜表面的气体吹扫量，直至MBR停止运行；同时为了防止膜堵塞，每2 h启动反冲洗步骤，停止产水，开启反洗泵，反洗用水来自清水池中的 MBR 产水，反洗是产水的相反过程，水从平板膜膜丝产水侧进入，从进水侧流出，清除附着在膜堆外表面的污染物质。
当膜通量衰减或跨膜压差达到设定值时需进行恢复性清洗，使用质量浓度为 3 000 mg/L 的 NaClO溶液浸泡清洗后，再使用质量浓度为 3 000 mg/L 的柠檬酸进行浸泡清洗。
配套设备有回转风机，型号 HC-60S，风量＞2 m3/min，N=2.2 kW（与好氧池共用 1台）；自吸泵，N=1.1 kW，Q=3.2 m3/h，H=20 m，1 台；反洗泵，N=1.1kW，Q=3.2 m3/h，H=20 m，1台；污泥回流泵，Q=5 m³/h， N=0.5 kW，1台。
设备采用自控系统，利用PLC+触摸屏控制方式远程控制，能够实时掌控运行情况，并根据液位和时间等信息控制系统自动运行。出现故障时将通过短信的方式通知管理人员及时解决。
2.4 运行情况
2.4.1 运行效果
设备稳定运行后，于 2020 年 6 月～2020 年 8 月 和 2020 年 11 月～2021 年 1 月对各项指标进行采样监测，结果如表2所示。
由表2可知，水质运行监测发现，COD去除率可达89.6%，最高出水指标为39 mg/L，粪大肠菌杆群<103个/L，均低于 GB 18918-2002 一级 A 排放标准，NH3-N 出水保持在 1.5 mg/L 以下，TP 出水保持在0.5 mg/L以下，表明该工艺出水效果良好。
2.4.2 运行维护
相较于其他农污处理工艺，A2O + MBR工艺优势明显。本设备运行无水耗、维护简单，运行成本主要包括电费、药剂费、人工费、维修费和折旧费等。药剂费用主要为膜恢复清洗造成的，膜恢复性清洗为 三 个 月 清 洗 一 次 ，采 用 药 剂 为 3 000 mg/L 的NaClO 溶液和 3 000 mg/L 的柠檬酸溶液，人工费用主要为每次清洗 MBR 膜产生，按 MBR 膜清洗次数计算，综合以上，该工程设备的日常维护费用约为1.17元/m（运维分析见表 3）。
本设备处理量60 m3/d，其中整套设备造价33万（包含税运费用），其中膜片 7.0万元，其余设备和基础投资 23 万元。运行单价较其他同类设备不具明显优势，但其在稳定出水和处理效率方面优势较明显，若农村生活污水处理规模较大，其运行维护成本也会随之降低。
3 A2O+MBR工艺应用注意事项
1）浙江省地区地形地貌复杂，修建农村污水终端时需考虑各地地形位置、经济条件以及乡村的整体规划，工程向外实践时也应考虑地区和经济的差异。
2）农村大部分地区并未铺设收集管网，因此须设计较好的预处理系统，避免管道堵塞等问题。此外，必不可少定时人工清理格栅和出水井等。
3）MBR 膜易被污染，因此在使用 MBR 工艺时要注意保护膜不受污染，若发生污染，应及时排查污染原因，并根据问题采取相应的措施，保证出水稳定。
4 结 论
本工程项目使用 A2O+MBR 一体化工艺设备，采用 PLC 自动控制系统，可实现远程监控及控制，无需专人值守。工艺运行稳定，出水效果好，能满足水源保护地高标准出水水质要求。该设备占地面积小，安装便捷，适用于农村分散点位废水处理。
1）系统出水稳定，COD、NH3-N 和 TP 出水的平均值分别为21.6 mg/L，1.12 mg/L和0.35 mg/L，出水中大肠杆菌浓度平均为 103 个/L，出水水质能稳定达到GB 18918—2002的一级A标准，部分指标可达地表Ⅳ类水标准。
2）设备运行后终端每年回用水 21 900 m3，可用于灌溉附近山林及农副产品。
3）项目工程为示范点，其带来的经济效益远小于环境效益和社会效益。若此工程向外推广，应充分考虑基建投资、设备投资和运维成本，以及如何将上述投资加入水价核算。
原标题：MBR一体化工艺处理水源地农村生活污水应用实例
原作者：何晓芳 李向阳 王小峰 李顺奇
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