农村生活污水来源分散、有机碳源含量低，其无序排放将破坏农村生态环境。 本文通过构建膜生物反应器（ ＭＢＲ） － 人工快渗系统（ ＣＲＩ） 组合工艺，探究其在农村生活污水处理中的应用效果。 结果表明：经 ＭＢＲ －ＣＲＩ 组合工艺处理后，污 水 中 的 有 机 物、 氮、 磷 等 污 染 物 出 水 浓 度 能 满 足 《 城 镇 污 水 处 理 厂 污 染 物 排 放 标 准》（ＧＢ１８９１８ － ２００２）中的一级 Ａ 排放标准，研究结果可为解决农村生活污水污染问题提供技术参考。

［关键词］

           组合；ＭＢＲ；ＣＲＩ；农村生活污水；处理

 

０   引言

       近年来，我国农村地区的集中供水率不断提高，农户的洗涤、冲厕、洗浴用水量和排水量不断增加。 与城市布局不同，农村地区的人口分布较为分散，导致污水的处理存在较大困难，大量农村生活污水没有得到妥善的处理，便以直排方式进 入 其 他 环 境 介 质， 污 染 环 境 甚 至 造 成 潜 在 安 全 风险。 探寻适合于农村地区生活污水高效净化的技术，对农村生态环境保护而言具有重要的现实意义。

         农村分散式生活污水的处理方法较为多样化，其中生物处理法 多 数 是 基 于 活 性 污 泥 法 和 生 物 膜 法 展 开 的。 丁 毅等 为改善农村生态环境，以 Ａ２／ Ｏ － ＭＢＲ 作为核心工艺处理农村生活污水，结果表明，应用该工艺可实现 ９０％ 以上的有机物、悬浮物、ＮＨ４＋－ Ｎ 去除，但是对 ＴＮ 和 ＴＰ 的去除效果相对差一些，去除率仅在 ７５％ 左右。 尤立等 针对农村生活污水脱氮除磷效率低的问题，构建了 ＵＣＴ 工艺并进行改良后用于净化某村落的实际污水，对 ＮＨ４＋－ Ｎ 的去除性能较优异，去除率可达到 ９４． ５％ ，对 ＴＮ 的去除性能相对较劣，去除率仅为 ７２％ 左右，但出水仍能满足排放限值，可为该类废水处理提供有益的技术参考。 武品等为提高传统 Ａ ／ Ｏ 法的脱氮效能，将其与双污泥体系联合构成改良型 Ａ ／ Ｏ 工艺，实现了对 ＮＨ４＋－ Ｎ 和 ＣＯＤ 等污染物的有效去除，且对冲击负荷的耐受性较强。 张克等 将微生物燃料电池技术应用于处理农村生活污水，ＣＯＤ 去除率由 ８７． ６７％ 升至 ９６． １９％ ，对 ＴＮ 和悬浮物的净化性能也有所提升，但 ＮＨ４＋－ Ｎ 和 ＴＰ的去除效能没有得到显著的增强。 ＬＩ 等开发了一种多土壤分层 － 地下废水渗透集成系统（ ＭＳＬ － ＳＷＩ） ，用于高水力负荷率下的分散式生活污水处理，通过间歇运行和分流分配废水 使 得 ＣＯＤ 去 除 率 达 到 ９３． ４１％ ， ＴＰ 去 除 率 达 到９７． ９１％ ，ＮＨ４＋－ Ｎ 去 除 率 达 到 ７４． ０２％ ， ＴＮ 去 除 率 达 到７３． ５６％ 。 王皓等 探索了复合潜流人工湿地工艺在农村生活污水污染物处理中的效果，结果表明该工艺可使 ＣＯＤ 去除率达到 ６１． ６３％ ，ＮＨ４＋－ Ｎ 去除率达到 ９８． ６７％ ，ＴＮ 去除率达到 ８９． ８４％ ，ＴＰ 去除率达到 ７０． ２１％ 。 然而，在实际应用中活性污泥法操作起来较为复杂，运行和管理成本也较高；生物膜法在运行操作和维护管理上较为便捷，但是农村生活污水通常具有碳源含量低的特点，致使污水中的氮、磷水质指标难以达到排放标准。 在选择农村生活污水处理工艺时，需充分考虑农村地区污水分布、水质水量的特点，而不宜照搬城市污水处理工艺，研发占地面积少、处理效果好、运行能耗低的处理工艺成为农村污水处理领域未来的热门方向。

         本研究将膜生物反应器（ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｂｉｏ － Ｒｅａｃｔｏｒ，ＭＢＲ）和人工快渗系统（ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ Ｒａｐｉｄ Ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ，ＣＲＩ） 进行组合，构建 ＭＢＲ － ＣＲＩ 组合工艺应用于农村生活污水的处理，探究其对污水中有机物、氮、磷等主要污染物的去除性能，以期为农村生活污水的高效低耗处理提供一条新途径。

１      材料与方法

１.1   反应装置

          组合工艺的反应装置如图 １ 所示，由 ＭＢＲ 池和 ＣＲＩ 池组合而成。 其中，ＭＢＲ 池的有效容积为 １００ Ｌ，内部装有好氧活性污泥，池外侧下方设有排泥口，池底部设有微孔气泡盘，与池外的空气泵连通，池内设有中空纤维膜组件，膜组件的产水口通过管路与 ＣＲＩ 池的进水口相连通，连通的管路上设有产水泵和继电器。 ＣＲＩ 池位于 ＭＢＲ 池的下方，从上往下依次设有释碳区（高 １５ ｃｍ，内填废弃玉米芯，填充比为 ６０％ ） 、碎石区（高 ５ ｃｍ，内填 ５ ～ １５ ｍｍ 粒径的碎石） 、滤料区（ 高 １００ｃｍ，内填 ０． １ ～ ０． ３ ｍｍ 粒径的河砂，已接种厌氧活性污泥） 、陶粒区（高 ５ ｃｍ，内填 ２ ～ ５ ｍｍ 粒径的陶粒） 。 ＣＲＩ 池的进水口位于释碳区的一侧，出水口位于陶粒区的底部，出水统一收集到排水箱内。

１． ２进水条件

采用成都某农户化粪池的实际生活污水作为本反应装置的进水，进 水 中 的 ＣＯＤ 质 量 浓 度 为 １４０． ５ ～ １８２． １ ｍｇ ／ Ｌ，ＢＯＤ５ 质量浓度为 ９５． ３ ～ １２３． ２ ｍｇ ／ Ｌ，ＮＨ４＋－ Ｎ 质量浓度为３１． ４ ～ ３８． ５ ｍｇ ／ Ｌ，ＴＮ 质量浓度为 ３７． ６ ～ ４８． ６ ｍｇ ／ Ｌ，ＴＰ 质量浓度为 ３． １ ～ ４． ２ ｍｇ ／ Ｌ，ｐＨ 为 ７． １ ～ ８． ３，进水前先滤去较大的悬浮和漂浮杂质。

                

１． ３运行方案

           设置日处理水量为 ２００ Ｌ，通过不定期排泥使 ＭＢＲ 池内混合液悬浮固体浓度维持在 ３ ５００ ｍｇ ／ Ｌ 左右，通过空气泵和微孔气泡盘向池内供氧，保持溶解氧浓度在 ４ ｍｇ ／ Ｌ 左右，采用继电器控制抽水和停止抽水的时间比为 ８ ｍｉｎ：２ ｍｉｎ。 稳定运行 ６０ ｄ，每 ３ ｄ 检测 １ 次出水水质，运行期间温度为 ２５℃左右。

１． ４分析方法

           水质指标均采用国家标准方法进行检测。

２        结果与讨论

２． １ 有机物去除效果

            图 ２ 为 ＭＢＲ － ＣＲＩ 组合工艺对农村生活污水中 ＣＯＤ 的去除效果。 由图 ２ 可见，该组合工艺的出水 ＣＯＤ 质量浓度的波动不大，范围为 １１． ５ ～ ２０． ４ ｍｇ ／ Ｌ，平均值为 １５． ６ ｍｇ ／ Ｌ，平均去除率已达 ９０． ６％ 。 分析认为，由于 ＭＢＲ 池内接种有好氧活性污泥，当农村生活污水进入后，污水中的 ＣＯＤ 能被污泥絮体快速吸附捕获，再被污泥中的异养微生物氧化分解，使其浓度下降。 进入 ＣＲＩ 池后，污水中剩余的 ＣＯＤ 被滤料颗粒吸附，再被滤料表面附着生长的生物膜上的缺氧或厌氧微生物转化，使其浓度进一步降低。

            

          ＭＢＲ － ＣＲＩ 组合工艺对农村生活污水中 ＢＯＤ５ 的净化效果见图 ３。 在进水浓度均值为 １０８． ２ ｍｇ ／ Ｌ 的情况下，经过ＭＢＲ － ＣＲＩ 组合工艺的处理后，ＢＯＤ５ 的出水质量浓度要低于ＣＯＤ，范围为 ２． ９ ～ ９． ５ ｍｇ ／ Ｌ，出水浓度均值为 ５． ９ ｍｇ ／ Ｌ，平均去除率高达 ９４． ５％ 。 由此可见，ＭＢＲ － ＣＲＩ 组合工艺对ＢＯＤ５ 的去除效率优于对 ＣＯＤ 的去除效率，这是因为污水中可能还含有部分不易生物降解的有机物，只能随出水排出系统外，因而 ＣＯＤ 的平均去除率比 ＢＯＤ５ 的平均去除率要低３． ９％ 。 综合来看，ＭＢＲ － ＣＲＩ 组合工艺能实现农村生活污水中有机物的高效去除，达到《 城镇污水处理厂污染物排放标准》 （ＧＢ１８９１８ － ２００２） 中一级 Ａ 标对应的 ＣＯＤ、ＢＯＤ５ 排放限值，即 ρ（ ＣＯＤ） ＜ ５０ ｍｇ ／ Ｌ、ρ（ ＢＯＤ５ ） ＜ １０ ｍｇ ／ Ｌ。

            

２． ２   脱氮效果

２.2.1     氨氮去除效果

              污水中 ＮＨ４＋－ Ｎ 的去除情况如图 ４ 所示。 在稳定运行期间，出水 ＮＨ４＋－ Ｎ 浓 度 较 低， 波 动 范 围 仅 为 ０． ３ ～ １． ９ｍｇ ／ Ｌ，去除率波动范围为 ９４． ５％ ～ ９９． ２％ ，ＮＨ４＋－ Ｎ 的出水浓度均值为 １． ２ ｍｇ ／ Ｌ，去除率均值为 ９６． ７％ 。 可以看出，ＭＢＲ － ＣＲＩ 组合工艺有着较为优异的 ＮＨ４＋－ Ｎ 去除效果，出水可以达到 ＮＨ４＋－ Ｎ 的排放限值，即 ρ（ ＮＨ４＋－ Ｎ） ＜ ５ｍｇ ／ Ｌ，较低的 ＮＨ４＋－ Ｎ 浓度可以减缓水体富营养化的发生进程。

2.2.2  总氮去除效果

          除 ＮＨ４＋－ Ｎ 外，污水中还可能存在其他形式的氮素污染物，考察 ＭＢＲ － ＣＲＩ 组合工艺对农村生活污水中 ＴＮ 的去除性能显得十分必要。 图 ５ 表示稳定运行期间对农村生活污水中 ＴＮ 的去除情况，可以看出，虽然该工艺对 ＮＨ４＋－ Ｎ去除效果明显，但是对 ＴＮ 的去除并没有达到同样优异的效果。 出水 ＴＮ 的质量浓度波动范围为 ４． ３ ～ ８． ９ ｍｇ ／ Ｌ，出水浓度均值为 ６． １ ｍｇ ／ Ｌ，比 ＮＨ４＋－ Ｎ 出水浓度均值上升了 ４． ９ｍｇ ／ Ｌ，而 ＴＮ 的去除率波动范围为 ８１． ５％ ～ ８９． ９％ ，去除率均值为 ８５． ８％ ，比 ＮＨ４＋－ Ｎ 去除率均值降低了 １０． ９％ 。 尽管如此，ＴＮ 出水质量浓度依然能满 足 排 放 限 值 要 求，即 ρ（ ＴＮ） ＜ １５ ｍｇ ／ Ｌ。

              

２.2.3   脱氮原理分析

            脱氮是农村生活污水处理工艺的关键任务之一，本工艺独特的结构设置，为高效脱氮创造了有利条件。 在 ＭＢＲ 池内，污水中的 ＮＨ４＋－ Ｎ 首先被亚硝化菌所利用，通过该菌的亚硝化功能转化成 ＮＯ２－－ Ｎ，再进一步被硝化菌所利用，通过该菌的硝化功能转化成 ＮＯ３－－ Ｎ，此时虽然 ＮＨ４＋－ Ｎ 被高效去除，但是 ＴＮ 去除率并未提高，因为处理水中含有大量未被 还 原 的 ＮＯ３－－ Ｎ 或 ＮＯ２－－ Ｎ。 经 产 水 泵 作 用 实 现ＭＢＲ 池的泥水分离，分离出来的污水进入释碳区内，污水与缓释碳源材料充分接触后，缓慢释放出有机碳，为后续反硝化脱氮补充有机碳源。 滤料区内的滤料在填充前采用厌氧活性污泥进行了接种挂膜，滤料表面形成了具有厌氧功能的生物膜，污 水 中 的 部 分 有 机 物 被 厌 氧 微 生 物 进 一 步 分 解，ＮＯ３－－ Ｎ、ＮＯ２－－ Ｎ 则被反硝化菌所利用，通过该菌的反硝化功能协同有机碳源而被还原为以 Ｎ２ 为代表的气态氮脱除，原理示意图见图 ６。

             

         值得一提的是，虽然农村生活污水中含有一定量的有机物，但是经过 ＭＢＲ 池处理后，大部分有机物已经被降解或转化，而 ＣＲＩ 池内释碳区的设置解决了反硝化阶段碳源缺失的问题，从而确保了硝化 － 反硝化脱氮流程的顺利完成。 释碳区内填充的是废弃玉米芯，既充分利用了玉米芯具有缓慢释放碳源的特性，又为废弃玉米芯的资源化利用提供了一条新出路，符合农村地区的实际情况。

            

２． ３ 除磷效果
            

            图 ７ 反映了 ＭＢＲ － ＣＲＩ 组合工艺对农村生活污水中 ＴＰ的去除情况。 经 ＭＢＲ － ＣＲＩ 组合工艺处理后，ＴＰ 的出水质量浓度范围为 ０． １５ ～ ０． ４７ ｍｇ ／ Ｌ，浓度均值仅为 ０． ３６ ｍｇ ／ Ｌ，净化效果较为理想；对 ＴＰ 的去除率范围为 ８６． １％ ～ ９５． ３％ ，去除率均值达到了 ９０． ２％ ，满足 ＴＰ 排放要求，即 ρ（ ＴＰ） ＜ ０． ５ｍｇ ／ Ｌ。 ＭＢＲ － ＣＲＩ 组合工艺对 ＴＰ 的去除主要依靠两条途径，第一条途径是 ＭＢＲ 池内活性污泥及 ＣＲＩ 池内滤料的吸附去除，第二条途径是 ＭＢＲ 池内活性污泥和 ＣＲＩ 池内生物膜中微生物的转化去除。

 

３      结语

         为实现农村生活污水的高效处理，构建了基于 ＭＢＲ 和ＣＲＩ 的组合工艺，研究了其对农村生活污水中主要污染物的去除性能，得到如下结论：

         （１） ＭＢＲ － ＣＲＩ 组合工艺有着较高的除碳效果，经处理后，ＣＯＤ、ＢＯＤ５ 的平均出水质量浓度分别为 １５． ６ ｍｇ ／ Ｌ、５． ９ｍｇ ／ Ｌ，平均去除率分别达到 ９０． ６％ 、９４． ５％ 。

          （２）在稳定运行期间，ＮＨ４＋－ Ｎ、ＴＮ 的出水浓度均值分别为 １． ２ ｍｇ ／ Ｌ、６． １ ｍｇ ／ Ｌ，去除率均值分别达到了 ９６． ７％ 、８５． ８％ ，释碳区的设置为 ＴＮ 的去除过程提供了充足的有机碳源。

          （３）当进水 ＴＰ 浓度为 ３． １ ～ ４． ２ ｍｇ ／ Ｌ 时，经 ＭＢＲ － ＣＲＩ组合工艺处理后，出水 ＴＰ 质量浓度范围仅为 ０． １５ ～ ０． ４７ｍｇ ／ Ｌ，去除率均值可达到 ９０． ２％ ，其去除主要通过介质吸附和生物转化。

 

 

原标题：ＭＢＲ － ＣＲＩ 组合工艺在农村生活污水处理中的应用研究

原作者：吕银河