一种生物膜反应器在农村分散污水治理中的应用

1、一种生物膜反应器在农村分散污水治理中的应用作者：曾颖工作单位：上海泓济环保科技股份有限公司 邮编：200433【摘要】农村面源污染主要来源于未经处理的生活污水无序排放，其中含有大量有机物质和微生物如不能得到有效处理将会污染地表水、地下水等造成农村环境整体恶化。高效生物膜反应器出水稳定，运行可靠，适应于污水分散处理，对广袤的农村市场适用。【关键词】生物膜反应器，农村生活污水引言长期以来，对农村生活污染重视不足，缺乏有效的农村生活污水治理技术和管理手段，导致大量未经处理的农村生活污水的随意排放，已造成大范围水体受到污染，使水污染形势日益严重，广大农村的水环境污染问题日显突出。2007年的全国第一次

2、污染源普查结果显示，农村的生活污水、生活垃圾、畜禽养殖污染以及不合理施用化肥农药引发的面源污染等已经占到了环境污染的主导地位。农村面源污染主要来源于未经处理的生活污水无序排放，其中含有大量有机物质和微生物如不能得到有效处理将会污染地表水、地下水等造成农村环境整体恶化，因此怎样实现生活污水的无害化处理成了农村环境综合整治的关键。当前，我国农村环境保护工作仍十分薄弱，环境形势严峻。农村生活污水是农村环境污染的重要因素之一，但长期以来农村环保意识淡薄，污水收集处理等基础设施严重缺乏，污染物随意排放现象非常普遍，对周围的地表水和地下水体造成严重污染，同时也直接威胁着广大农民的生存环境与身体健康，制约着

3、农村经济的健康发展。随着农村城镇化程度的提高和国家对农村环保的高度重视，各级政府在农村环境整治方面资金投入量的增加，农村生活污水处理设施建设将呈现出量大、面广、规模相对较小的特点。1.1 村镇生活污水特点农村生活污水指农村居民生活过程中排放的污水，包括粪便、洗浴、洗衣和厨房污水等。关于农村生活污水的收集问题，指南明确提出宜采用严格的“分流制”，即农村居民住宅粪便污水排水管和生活杂排水(主要包括洗浴、洗衣和厨房污水等)管应分开。其中，粪便污水需先经化粪池或沼气池处理后，方可农用或进入污水收集与处理系统；洗浴、洗衣和厨房污水等杂排水直接进入污水收集与处理系统。农村生活污水主要来自居民日常生活过程中

4、（厨卫、洗浴、洗衣等）排放的污水，其中含有大量的油脂、微生物、杂物，具有氮、磷含量高，水质较为稳定、可生化性好的特点，一般人口规模在4000-6000人的农村城镇污水日产生量在500吨左右且污水排放峰谷差值明显。农村乡镇污水处理受技术瓶颈和资金来源两个因素制约，乡镇一级经济实力薄弱，供排水体系不健全、运行经费无法保证，如果照搬城市污水处理工艺，势必会陷入投资成本高、操作复杂、设施维护困难的困境。1.2 水质分析及排放要求根据农村污水特点和实际工程经验，设计进水水质参考如下标准，具体项目将会根据当地提供的进水水质参数，进行设计。项 目 CODcr BOD5SS 总氮 氨氮TP设计水质300150

5、15040303*注： 除水温和PH值外，其它指标单位均为mg/l。根据国家规定，村镇生活污水排水必须至少达到城镇污水处理厂污染物排放标准一级B类排放标准。项 目 CODcr BOD5SS 总氮 氨氮TP设计水质602020208（15）1*注： 除水温和PH值外，其它指标单位均为mg/l。注：下列情况下按去除率指标执行：当进水 COD 大于350mg/L 时，去除率应大于 60%； BOD 大于160mg/L 时，去除率应大于 50%。  括号外数值为水温>12时的控制指标，括号内数值为水温12时的控制指标。 部分重点防治流域的城镇污水处理厂排水要求达到一

6、级A的排放标准。1.3 村镇污水处理的工艺特点农村生活污水处理设施不但规模小，且维护管理不到位，因此其工艺流程不能太过复杂，要尽量减少工艺环节，以便于运行管理。我国早期根据城镇污水处理工艺建造的某些农村生活污水治理工程的实际应用表明，其工艺流程过于冗长，能耗高且管理复杂，并不符合农村实际情况。一般来说，农村生活污水处理系统最好不设初沉池和二沉池，一般采取的对策是用较大体积的均化池代替调节池和初沉池，利用生态处理法或生物膜法省去二沉池。1.4 高效生物膜一体化工艺流程的确定高效生物膜工艺出水可以稳定达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）中的一级B标准。通过生活污水分散处理和

7、就近回用，有助于缓解我国许多地区水资源短缺的矛盾，同时还可节省大量污水收集管渠投资建设费用和建设周期，在短时间内大幅削减污染物排放总量，迅速改善周边水环境。高效生物膜工艺适用于经济基础薄弱，场地条件相对宽松的村镇，可以针对生活污水收集管渠普及率的差别，提供十吨级、百吨级和千吨级的解决方案。二、 高效生物膜一体化设施介绍2.1 高效生物膜开发背景高效生物膜反应器工艺是在序批式活性污泥法基础上，结合生物膜法的优势，以生物反应动力学原理及合理的水力条件为基础而开发的一种具有系统组成简单、运行灵活和可靠性好等优良特点的废水处理新工艺，尤其适用于城市污水及要求脱氮除磷的处理。典型的SBR工艺已发展出了许

8、多变种，A/O-SBR为改良式连续流序批反应器, 它是在传统的SBR技术的基础上改进成功的污水处理工艺，该方法为各种优势微生物的生长繁殖创造了良好的环境条件和水力条件，使得有机物的降解、氨氮的硝化、反硝化等生化过程保持高效反应状态，有效地提高生化去除率。该法采用组合式联体结构，占地面积小，运行费用低，剩余污泥量少。AO-SBR工艺的原理流程图见图4.3-2，其实质是AO系统后接SBR，因此具有AO法的生物脱氮功能和SBR的一体化特性。它强化了各反应区的功能，为各优势菌种创造了更优越的环境和水力条件，同时，AO-SBR工艺的缺氧、好氧过程的交替进行使缺氧区同时起到优化选择器的作用。图 3.2-1

9、 AO-SBR工艺系统原理流程图改进型SBR单池工艺流程见图3.2-2。污水进入改进型SBR反应池的缺氧池，并与好氧池的回流混合液混合，由好氧池至缺氧池的回流系统提供硝态氮，进行反硝化反应。缺氧池出水进入好氧池经曝气进行硝化反应并去除有机物后再进入SBR池1或SBR池2。如果SBR池1作为沉淀池出水，则SBR池2处于曝气好氧或搅拌缺氧状态，SBR池的污泥通过污泥泵回流到缺氧池，污泥回流用于强化整个系统的反硝化效率及污泥浓度的平衡，根据要求的反硝化效率高低，可通过变速调节回流泵改变系统的回流量。剩余污泥从SBR池排出。图4.3-3 AO-SBR单池工艺流程图高效生物膜生物处理工艺是在AO-SBR

10、基础上，通过在曝气池中和SBR池增加固定的酶浮填料作为生物附着载体使得系统的生物总量是同体积的活性污泥法的2倍以上，大大提升了污水生化处理系统的处理能力。酶浮填料的存在，对水流及气流均起到强制紊动的作用，同时促进水中污染物、空气与微生物细胞的充分接触，从实质上强化了传质过程。因此，高效生物膜系统中污泥泥龄长，反应器容积负荷高，水力停留时间短且氧的转化率高，可以有效节省投资与运行成本。高效生物膜系统依靠固定于新型酶浮填料表面上的微生物及悬浮活性污泥共同降解有机物，高效生物膜系统综合了活性污泥与生物膜法的优点，由于酶浮填料的加入，使污水处理的机理和效能都大为改变。在高效生物膜系统中，微生物生存的基

11、础环境由原来的气、液两相转变成气、液、固三相；这种转变为微生物创造了更丰富的存在形式，形成一个更为复杂的复合式生态系统。高效生物膜系统中同时存在着附着相和悬浮相微生物，在任何时候都有一些游离的菌体附着在载体表面，同时又有一些生物膜脱离载体表面而形成悬浮污泥。当这一过程达到平衡时，反应器中的载体表面就形成稳定状态的生物膜，这层生物膜与液相中的悬浮污泥共同发挥作用，各自发挥自己的降解优势，同时又在纵横两个方向上相互关联。在纵向上,微生物构成了一个由细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物等多个营养级别组成的复杂生态系统，其中每一个营养级的数量都受到环境和其他营养级的制约，最终达到动态平衡。在横向上，沿

12、着液体到载体的方向，构成了一个悬浮好氧型、附着好氧型、附着兼氧型、附着厌氧型的多种不同运动能力、呼吸类型、营养类型的微生物系统，从而使得系统可完成有机物的去除的任务。高效生物膜在改进的SBR池后端沉淀区增加倾斜式（60度角）酶浮填料，在此填料除了以上说明的作用外，还有相当于一般斜板增加沉淀效率之作用，除低出水SS。改良型复合式AOSBR（高效生物膜）与AOSBR工艺比较如下表：改良型复合AO-SBR（高效生物膜）与AOSBR工艺比较表序号比较内容高效生物膜改良型SBR1稳定性稳定，可满足出水要求，工艺成熟。运转经验成熟。稳定，可满足出水要求，工艺成熟，有一定的运转经验。2运行方式连续运行，间断

13、进水连续出水。连续运行，间断进水连续出水。3沉淀模式无需设独立的沉淀池及其刮泥系统。无需设独立的沉淀池及其刮泥系统。4去氮脱磷有特别强的去氮脱磷能力一般5抗冲击能力非常强较强6污泥沉淀性有较好的污泥沉降性能污泥沉降性一般7污泥浓度可以控制在3500mg/l5000mg/l可以控制在3000mg/l4500mg/l8可操作性设备少，运行管理简单对设备的可靠性需求较高，控制管理较复杂9占地面积占地面积一般占地面积较大10运行费用运行费用一般运行费用一般2.2 高效生物膜工艺特点与传统的活性污泥法和SBR工艺相比，AAO-SBR工艺具有以下几个方面的特征和优点：1）工艺流程简单，土建和投资低，无初沉

14、池、二沉池，自动化程度高，同时采生反池中微生物总量由悬浮态的活性污泥及附着生物的生物膜组成，污泥浓度可达8000mg/L以上，即使在生物负荷不增加的情形下，也使得系统可以承受更高的容积负荷，故池容远较传统的生化处理系统为低，使得土建占地及投资远低于现有生化处理工艺。2）对于单格SBR池为间断进水，但对于整座SBR池而言，实现了连续进水、出水，使得整个工艺出水连续均匀，操作管理方便；3）池内水位基本恒定，好氧区处于常曝气状态，增加了池子容积利用率，提高了设备的利用率；鼓风机压力稳定、效率高；空气氧转化利用率高，容积负荷和污泥负荷高。同时，由于酶浮填料的填充，对于底部微孔曝气所释放的气泡起到二次剪

15、切及防止并聚系统，相应延长了空气与水、微生物传质时间；填料拦截所形成的紊流水力剪切，使气泡高度细化并均匀分散，决定了系统内空气氧的转化利用率高。足够的溶解氧是保证好氧生物处理系统高负荷运行的条件，这也是高效生物膜-N的优势所在。4）固液分离效果好，剩余污泥产量较少，降低污泥处理与处置费用。由于剥落的生物膜污泥所含原生动物成分较多和比重较大，且污泥颗粒个体较大，因而具有良好的污泥沉降性能，易于固液分离。由于生物膜中食物链较长，因而剩余污泥量明显减少，特别是酶浮填料的生物膜较之传统的生物膜法更厚，内部的厌氧菌能够分解部分好氧过程所合成的剩余污泥，从而使总剩余污泥大大减少。5）高效生物膜工艺进水期间

16、相当于一个完全混合式反应器，具有强大的稀释功能，因而具有较强的耐冲击负荷和耐毒物能力，沉淀期间属于静止沉淀，沉淀条件好，反应器内可以积累较高的污泥浓度，从而可以不设二沉池；6）良好的脱氮性能。生化反应区填充离子型酶促填料，反应器内存在不同菌种的稳定立体生态位组合，硝化和反硝化过程可有机结合，并同时进行，从而能降低系统在硝化反硝化过程中发生的pH变化，减少脱氮过程对碳源和碱度需求，脱氮程度高、效果稳定。同时，工艺通过专门的缺氧反应区加强了反硝化过程，另外，SBR池非曝气阶段沉淀污泥床也有一定反硝化作用，从而使系统有良好的脱氮效果；7）根据生物反应动力学原理，采用多池串联运行，使污水在反应器的流动

17、呈现出整体推流而在不同区域内为完全混合的复杂流态，不仅保证了稳定的处理效果，而且提高了容积利用率。2.3 高效生物膜设施适用条件分析1) 可靠近排放生活污水的生活小区或村镇就近建设高效生物膜工艺的污水处理系统。高效生物膜工艺生活污水处理系统采用地埋或半地下式构造形式，不会产生传统农村污水生化处理系统臭气难以控制的现象。地面还可通过景观修饰，不影响整体的环境风貌。2) 可适用于不同水文地质条件和气候条件的应用环境。高效生物膜工艺构筑物结构形式简单，总高度仅为2.8米，可以适用于不同水文地质和工程地质条件。对于北方冬季气候寒冷和地下水位较低的特点，采用地下式的结构形式，既不会增加太多土建工程造价，

18、还有利于维持高效生物膜工艺处理系统内部的温度。3) 高效生物膜工艺可应用于千吨级的小城镇污水处理厂，也可以开发成小型设备应用于分散居住的用户。4) 对于干旱缺水地区，高效生物膜工艺+中水回用的模式能有效缓解水资源短缺的矛盾，应该具有更广阔的应用前景。2.4 高效生物膜实施案例上海外高桥小型污水站处理规模：100m3/D张家港市乐余镇一体化污水处理工程处理规模：200m3/D上海外高桥小型污水综合处理工程处理规模：100m3/D更多案例大公镇、雅周镇、曲塘镇、墩头镇畜污水处理项目吴江市平望镇溪港村农村生活污水处理工程海安畜禽粪便处理中心提标改造工程张家港兆丰镇生活污水处理工程 响水县中医院污水处理站工程长顺县城污水处理工程三、 连片整治区域远程监控管理系统3.1 区域监控管理系统的开发背景污水处理逐步覆盖乡镇是国家政策导向的政府行为，目前困扰村镇污水处理事业健康有序推进的问题包括污水处理适用技术开发应用和长效管理体系模式的构建动作。高效生物膜工艺较好解决了村镇污水处理适用技术的问题，并通过多年实际工程实践得到不断改进和完善；围绕进一步提高运行和管理水平的长效管理