农村生活污水处理监测运维MABR 技术
发布时间：2021-07-11整理：成都科林环保有限公司
据统计，截至2018年6月底，浙江省农村污水日处理量约120万吨，全省已有20456个治理村完成了接收运维，共计接收48968个设施。浙江省在农村污水治理领域取得阶段性的成果，在实践中摸索，总结方法和经验，不断探索新的农村污水治理工艺。
调查显示，浙江省农村污水治理工程主要采用的污水处理工艺为厌氧+人工湿地、A/O，分别占48.4%和40.3%，在经济条件相对较好，出水水质要求较高的村庄则推行了A2/O(A/O)+人工湿地组合工艺。传统的分散式农村水处理工艺存在工程占地面积大、工艺流程长、泥水分离效率及生化反应速率低的缺点，系统相对复杂，对后期运维存在较大挑战。随着农村水污染治理标准的提高，以及对传统生化工艺的改进和创新，不断衍生出新的低能耗、模块化工艺技术，近年来兴起的膜曝气生物膜反应器(MABR)技术是一种将中空纤维膜与生物膜有机结合而成的新型、污水处理技术，因其的氧利用效率和内外分层的特殊生物膜结构，便于实现发展集装箱化和模块化的水处理系统，受到越来越多的关注。
1、MABR示范应用项目
该地区各村落分布较为分散，生活污水通过污水管网进行集中处理会大大增加污水治理工程的复杂性和建造成本。因此各村落适合采用分散式污水处理装置。农村生活污水排放量稳定，污染负荷小，水质特征简单，不含重金属等难降解物质，可生化性强，适用于生物法污水处理工艺。MABR污水处理一体化设备占地面积小、污水处理效率高，运行稳定，其滤料模块化预制设计使之后期维护简单，对比传统的污水治理工艺能更好地满足农村污水处理的特征。
1.1 生活污水排放特征分析
该示范项目所在村落日污水排放量如图1所示。春节期间水量偏高，生活污水日均排放量在20～35m3/d，水量间歇排放特征明显，水量变化系数大。
该农村生活污水的pH稳定在7.2～7.9，COD为50～170mg/L，BOD5为20～80mg/L，NH4+-N质量浓度为10～50mg/L，TN质量浓度为18～96mg/L，TP、SS质量浓度分别为1.34～9.94、25～59mg/L。COD偏低，需要通过投加碳源等措施进行调控，NH4+-N和TN质量浓度波动较大，水质不稳定，不同时间段水质差别大，主要污染物为COD、SS、氮、磷以及致病微生物，可生化性强。
1.2 工艺流程
该示范项目工艺流程如图2所示，污水经过管网收集到污水收集池，污水提升泵提升污水经过自清洗细格栅过滤进入MABR反应池中，污泥在MABR反应池和二沉池进行不间断循环，反应后污水在二沉池进行泥水分离，污泥回流或排至污泥池，污泥回流率在50%～调整。
二沉池上部清液自流至中间水池，再依次经过砂滤器过滤、次氯酸钠消毒后进入出水池(T03)达标排放。二沉池底部污泥通过污泥泵输送至污泥浓缩池，污泥经浓缩后进入污泥存储池后定期清运。
为了更好地基于物料平衡来监测运行表现，示范项目放置在一个混泥土箱内进行，MABR反应池、二沉池、中间水池、出水池和污泥池采用一体化混凝土结构。MABR模块布置在MABR反应池内，预处理池、曝气风机、排泥泵、砂滤系统等设备布置在水池周边。进入MABR系统的水为经过细格栅过滤的生活污水和回流污泥的混合流，流速为10m3/h。MABR系统采用一体化布置，整体布局紧凑合理，系统顺畅，节省占地面积。
2、运行效果分析
2.1 COD的去除效果
MABR生活污水处理系统在2月21日至3月18日进行调试工作，MABR生活污水处理系统进水水量稳定在20～35m3/d，进水COD偏低，波动在50～170mg/L。
由图3可见，在实验运行的20d内，尽管进水COD有较大变化，但出水COD稳定，出水COD一直维持在较低水平，说明MABR系统启动速度快，经过驯化处理的MABR系统已经具备了对COD的良好去除能力。其出水COD虽低于40mg/L，达到一级A标准，但其综合去除效率较低，主要原因在于该生活污水COD偏低。一方面低浓度有机物导致异养菌在和自养菌竞争中占据优势不明显，异养菌增殖较慢，导致MABR系统细菌的拷贝数较小，没有到达优异的COD去除效果。另一方面污水中低浓度有机物导致COD度差小，减弱了生物膜对有机质的吸附，该生物膜吸附过程的快慢将直接影响有机底物在生物膜内部的传质和生物降解作用，进而扩散传递效率降低，导致生物膜内部COD降解效率降低。
2.2 NH4+-N的去除效果
MABR系统对NH4+-N的去除效果如图4所示。可以看出，MABR系统进水中NH4+-N质量浓度波动范围较大，但出水可以稳定满足一级A排放标准要求。在测试开始阶段，由于MABR内的硝化细菌还未完全驯化，出水中，随后随着硝化细菌富集，出水中NH4+-N质量浓度为0，去除效果明显。测试第14天时，由于进水NH4+-N质量浓度大幅提高，抑制了氨氧化细菌的活性，进而导致氨氧化速率下降，NH4+-N去除效果变差，出水NH4+-N质量浓度升高。当生物膜逐步适应了高氨氮冲击，氨氧化细菌也相应得到增殖，生理活性开始出现反弹，氨氮去除率也随之增加随后逐渐降低，出水NH4+-N质量浓度降为0，测试数据证明MABR具备良好的氨氮去除能力和较大的抗冲击负荷缓冲能力。
2.3 TN的去除效果
MABR系统对TN去除效果如图5所示。进水TN波动较大，且浓度偏高，测试前期出水TN质量浓度偏高，直达测试第11天，TN质量浓度才降到15mg/L以下，达到一级A排放标准。TN的去除是氨化、亚硝化、硝化和反硝化共同作用的效果，其中与反硝化关系为密切，当C/N较小时，反硝化过程所必需的碳源减少，NO2--N不能被迅速利用，造成TN的去除率也较低，当C/N提高时，碳源供应充足，反硝化过程能迅速利用碳源还原NO2--N，此时TN去除率也迅速提高。该进水COD偏低，因调整投加量是滞后的，所以出水TN在测试前期会偏高。因此需要时刻根据TN和COD的含量补充碳源，防止出现C/N降低导致的出水TN偏高。
2.4 SS的去除效果
MABR对SS的去除效果如图6所示，但经MABR处理后生活污水的出水SS质量浓度较小、出水SS变化幅度不大，稳定在2mg/L以下。MABR对生活污水中SS具有较好的去除效果，反应器中空纤维膜和附着在中空纤维膜上的生物膜会对污水中的微生物和悬浮固体起到拦截的作用，此外生物膜由于具有较高活性，它释放出的EPS也会对悬浮物具有一定的黏附作用。出水低浓度SS也说明MABR中生物膜活性与纤维膜牢固结合，较少发生脱落，保证了出水中SS质量浓度较低。
3、结论
浙江省农村污水治理市场广阔，治理需求较大，分散式污水处理作为一种新型的农村污水治理方式，具备较高的发展潜力。MABR装置是集中了预制化，集装箱化和模块化的水处理系统，简化了系统设计，节省了构筑物容积，其占地面积小、曝气能耗低、运行稳定、管理费用低、维修方便，逐渐成为农村新型污水处理技术的发展方向。
该示范项目测试了MABR装置对生活污水COD、NH4+-N、TN和SS的去除性能及其规律。COD和氨氮始终稳定达标，经初期的碳源补充和反硝化菌的自然生长，TN可稳定达标，系统运行稳定，出水指标正常，出水水质达到城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918-2012一级A标准，MABR系统具有一定的抗高氨氮冲击性，但是相对抗高COD冲击的能力较弱，MABR同步硝化反硝化过程不仅减少了碱度的消耗，更缩短脱氮时间，提高污水处理效率。
