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　　隨著新農(nóng)村政策的推行， 我國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展， 由此引起的環(huán)境污染尤其是水體污染問(wèn)題日益突出。 改善農(nóng)村污水的處理現(xiàn)狀不僅關(guān)系到農(nóng)村居民的人居生存環(huán)境， 也影響我國(guó)整體環(huán)境治理工作的推進(jìn)， 尋求適宜農(nóng)村地區(qū)尤其是北方寒冷地區(qū)推廣應(yīng)用的污水處理方法尤為重要。

　　1 北方農(nóng)村污水的組成與特征

　　我國(guó)農(nóng)村污水主要分為生活污水、 畜牧污水及工業(yè)廢水。 農(nóng)村生活污水來(lái)源于日常家庭生活，經(jīng)濟(jì)條件較差的農(nóng)戶往往反復(fù)用水后再排放， 導(dǎo)致相較于城鎮(zhèn)生活污水， 農(nóng)村生活污水的 BOD 和COD 一般較高。 北方地區(qū)的規(guī)�；�養(yǎng)殖廠多采用干清糞工藝， 所以北方農(nóng)村畜牧污水多以畜舍沖洗水和尿液為主，氮磷含量高。村鎮(zhèn)工業(yè)廢水水質(zhì)與城市污水接近，其污水類型又因產(chǎn)業(yè)類型而異。

　　農(nóng)村污水排放量與其所在地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況及農(nóng)戶的節(jié)水意識(shí)密切相關(guān)。 我國(guó)北方農(nóng)村的人均用水量低于南方農(nóng)村， 但同一地區(qū)的污水量波動(dòng)主要受生活規(guī)律和季節(jié)的影響， 其中北方農(nóng)村春夏季的水質(zhì)較穩(wěn)定，冬季則波動(dòng)較大，且冬季夜晚排水量小，甚至有斷流的情況發(fā)生。 總的來(lái)說(shuō)，農(nóng)村生活污水的特點(diǎn)為污水量較小、變化大。

　　1 農(nóng)村污水處理模式與系統(tǒng)

　　農(nóng)村污水處理模式包括分散處理、集中處理、接入市政管網(wǎng)。 污水處理系統(tǒng)又主要分為無(wú)動(dòng)力系統(tǒng)與有動(dòng)力系統(tǒng)。與有動(dòng)力系統(tǒng)相比，無(wú)動(dòng)力系統(tǒng)的前期投入成本較低，但普遍占地面積大，后期維護(hù)人力需求高。選擇適宜當(dāng)?shù)氐奈鬯�處理模式與工藝，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)村的具體實(shí)際綜合考慮。

　　目前遼寧省村級(jí)污水處理工程的主要工藝有 3種： 接觸氧化與人工濕地組合工藝、MBBR 工藝及兼氧 MBR 工藝，上述工藝均屬于有動(dòng)力處理系統(tǒng)，處理效果較好，在遼寧省都有成功應(yīng)用案例。 但目前對(duì)1 種工藝進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，人工濕地技術(shù)在北方冬季低溫條件下的處理效率低，為提高處理效率必須采取必要的保溫、加熱措施，增加額外維護(hù)費(fèi)用;MBBR工藝目前在撫順市大伙房水庫(kù)周邊地區(qū)有應(yīng)用，但生物填料費(fèi)用較高， 應(yīng)用過(guò)程中采用常規(guī) 220 V 供電，噸水投資為 4 000 元左右， 對(duì)運(yùn)行維護(hù)技術(shù)要求較高。 在目前遼寧省農(nóng)村污水運(yùn)行費(fèi)用尚不能妥善解決的前提下，不適于間歇運(yùn)行，對(duì)處理水量不大的農(nóng)村地區(qū)會(huì)造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。

　　相較于前 2 種工藝， 兼氧 MBR 工藝可隨時(shí)開(kāi)機(jī)，隨時(shí)保證出水達(dá)標(biāo)，滿足間歇運(yùn)行要求，地埋式設(shè)計(jì)可滿足冬季運(yùn)行要求。 MBR 工藝一體化設(shè)備處理規(guī)模在 5~100 m3 不等，滿足遼寧農(nóng)村污水處理需要。 能夠在經(jīng)濟(jì)與環(huán)境條件限制下，滿足出水要求。

　　3 兼氧MBR 工藝在北方農(nóng)村地區(qū)的工程應(yīng)用

　　3.1 工程概況

　　該工程位于遼寧省某村，村內(nèi)總?cè)丝?420 戶，平均每戶約有 4 人。 該村日常用水主要為自來(lái)水，此外，多數(shù)住戶還配有自備井;污水主要來(lái)源為常駐居民的日常生活污水、餐飲娛樂(lè)污水及畜牧污水。根據(jù)當(dāng)?shù)刈詠?lái)水公司提供的數(shù)據(jù)， 每人每天排水量按0.05 m3 估算，污水排放總量約為 84 m3/d， 但因采用雨污分流的排水體制， 且需考慮未來(lái)農(nóng)家樂(lè)等旅游項(xiàng)目的開(kāi)展，工程設(shè)計(jì)污水處理量為 100 m3/d。 村內(nèi)無(wú)大型工業(yè)企業(yè)，故污水組成中無(wú)工業(yè)廢水，污染物以有機(jī)物為主， 可生化性好， 同時(shí)含有一定氮、磷及浮油，無(wú)有毒物質(zhì)。 設(shè)計(jì)該村的污水處理站出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)一級(jí) B 標(biāo)準(zhǔn)。 工程進(jìn)水及出水水質(zhì)見(jiàn)表 1。

　　3.2 主體工藝及流程

　　根據(jù)該村的排污特點(diǎn)， 選定基于兼氧 MBR 技術(shù)研發(fā)的分散式污水處理與回用一體化裝置作為污水處理的主體工藝裝置，設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。該處理站在兼氧 MBR 后設(shè)表流人工濕地， 進(jìn)一步增強(qiáng)凈化效果和景觀效果。

圖 1    兼氧 MBR 一體化設(shè)備

　　工藝流程為： 生活污水→預(yù)處理池→膜技術(shù)污水處理器→表流人工濕地→回用或達(dá)標(biāo)排放。

　　生活污水經(jīng)各支管由干管輸送至污水處理站，經(jīng)預(yù)處理池均勻水質(zhì)、水量，降解部分有機(jī)物，隨后進(jìn)入兼氧 MBR 反應(yīng)池。 在大量經(jīng)馴化的兼氧、好氧微生物作用下，污水中的污染物得以去除。同時(shí)膜組件的過(guò)濾作用使污水中的微小懸浮物得以去除，保證出水濁度符合排放標(biāo)準(zhǔn)。 使用過(guò)程中膜組件不可避免地會(huì)受到污染， 為保證設(shè)備正常運(yùn)行及盡量減少更換膜組件產(chǎn)生的成本，添加曝氣反沖洗過(guò)程，并定時(shí)在使用過(guò)程中添加次氯酸鈉， 使膜組件浸泡自清洗。膜組件處理后，出水由抽吸泵提升進(jìn)入清水池排出設(shè)備，設(shè)備出水排入表流人工濕地進(jìn)一步凈化。廢水處理系統(tǒng)出水可直接回用或達(dá)標(biāo)排放。

　　3.3 工程設(shè)備及參數(shù)

　　兼氧 MBR 一體化設(shè)備： 根據(jù)排水量選用兼氧 MBR-100 型成套設(shè)備，采用碳鋼防腐。 1 座配套混凝土設(shè)備基礎(chǔ)，尺寸為 10.5 m×2.8 m×0.4 m(H)。

　　電氣設(shè)計(jì)：根據(jù)北方地區(qū)晴天少雨、光照時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，選用光伏發(fā)電系統(tǒng)為污水站正常運(yùn)行供電，由外接至低壓配電箱的供電電纜作為備用電源。 針對(duì)該村具體情況采用 380 V 低壓供電， 總裝機(jī)容量4.4 kW( 提升泵 1.1 kW， 一體化設(shè)備本體 3.3 kW)。

　　光伏發(fā)電系統(tǒng)主體選用 PRNZ-CL15KS 離網(wǎng)光伏控制逆變匯流一體機(jī)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求，現(xiàn)場(chǎng)有效光照時(shí)數(shù)為 4 h，負(fù)載為 4.4 kW，要求每天工作時(shí)間為 15 h， 1 d 用電量為 65.12 kW·h。外部休閑島：一體化設(shè)施占地 30 m3， 在其外圍建立生態(tài)休閑島，既增加了村民的休閑場(chǎng)所，又為設(shè)備提供保溫環(huán)境，確保設(shè)備在冬季的正常運(yùn)行，使設(shè)備的功能性與景觀性兩者融合。

　　3.4 工程調(diào)試運(yùn)行

　　在工程完成并進(jìn)行清水聯(lián)動(dòng)試車后，開(kāi)始為期3 個(gè)月(9 月~11 月)的調(diào)試運(yùn)行。 運(yùn)行初期進(jìn)水量穩(wěn)定在 50~60 m3/d，初始系統(tǒng)設(shè)計(jì)曝氣量為 0.02 m3/s，氣水比 30∶1，預(yù)處理池 HRT 為 2 h， 兼氧 MBR 反應(yīng)池 HRT 為 2~4 h。 生物膜法處理污水時(shí)，常以 NH +-N去除率和 COD 去除率來(lái)判斷生物膜是否成熟，故在試運(yùn)行期間以出水 COD 和 NH4+-N 為主要測(cè)試指標(biāo)。 在高效膜生物掛膜完成及活性污泥馴化完成后， 系統(tǒng)進(jìn)水量增加到 90~100 m3/d， 系統(tǒng)出水各項(xiàng)指標(biāo)均可達(dá)到一級(jí) B 標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行期。

　　3.4.1 COD 去除效果

　　試運(yùn)行期間每 5 d 測(cè)定 1 次進(jìn)水 COD 平均值及同時(shí)段出水 COD 平均值。 由于 9、10 月處于夏秋相交之際， 村民日常生活用水行為導(dǎo)致此兩月的進(jìn)水 COD 比寒冷的 11 月數(shù)值更高。 又因國(guó)家法定假日及雙休日的存在， 城市務(wù)工人口返鄉(xiāng)導(dǎo)致用水量增加，COD 短期內(nèi)升高。 在進(jìn)水 COD 波動(dòng)較大(205~380 mg/L)的情況下，MBR 工藝仍能保證出水COD 在 50~60 mg/L，符合 GB 18918—2002 一級(jí) B 排放標(biāo)準(zhǔn)，顯示出較高的抗沖擊能力，處理效果穩(wěn)定。

3.4.2 常溫下 NH +-N 去除效果每5 d 測(cè)定 1 次進(jìn)水 NH4+-N 平均值及同時(shí)段出水 NH +-N 平均值，結(jié)果如圖 2 所示。

圖 2   常溫條件下試運(yùn)行期間進(jìn)水與出水 NH +-N 變化情況

圖 2 中， 進(jìn)水NH +-N 的變化趨勢(shì)與進(jìn)水 COD的基本一致，形成原因也相同。 在試運(yùn)行期間的前 2個(gè)月，平均溫度均處于 12 ℃以上，導(dǎo)致出水 NH +-N較高，但仍均低于 15 mg/L，符合 GB 18918—2002 一級(jí) B 水質(zhì)要求。

　　3.4.1 低溫下 NH +-N 去除效果

遼寧鄉(xiāng)村冬季溫度多在-15 ℃以下， 地埋式系統(tǒng)的工作溫度處于 3~5 ℃之間。 選取 2017 年 2 月數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，此時(shí)運(yùn)行溫度接近冬季平均溫度。 每 2 d取樣 1 次， 測(cè)定進(jìn)水平均 NH4 -N 及同時(shí)段出水平均 NH +-N，結(jié)果如圖 3 所示。

圖 3   2017 年 2 月進(jìn)、出水 NH +-N 變化情況

圖 3 顯示，低溫下即使日進(jìn)水量及進(jìn)水NH +-N均降低， 出水 NH4+-N 仍略高于低溫條件時(shí)( 低于 12 ℃)的一級(jí) B 排放標(biāo)準(zhǔn)(NH +-N<8 mg/L)。 主要原因是在寒冷農(nóng)村地區(qū)的低溫環(huán)境下生物膜中的微生 物活躍性較低，處理效率下降。 為此，將設(shè)計(jì)曝氣量從原來(lái)的 0.05 m3/h 調(diào)整到 0.09 m3/h， 水中 DO 增至 4 mg/L，以保證兼性厭氧菌活性，增強(qiáng)處理效果。3 月氣溫逐漸回升， 機(jī)組工作環(huán)境溫度達(dá)到 12 ℃以上，出水 NH4 +-N 均<8 mg/L。 在后續(xù)跟蹤調(diào)查中， 于2018 年 2 月重新測(cè)定低溫下水中 NH +-N， 出水水質(zhì)全部符合一級(jí) B 排放標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)果見(jiàn)圖 4。

圖 4  2018 年 2 月進(jìn)、出水 NH +-N 變化情況（曝氣量調(diào)整后）

　　3.4.1 其他指標(biāo)去除效果

　　除定期檢測(cè)主要指標(biāo)外，對(duì) BOD5、SS、TP、pH 進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表 2 所示。

　　由表2 可見(jiàn)，各指標(biāo)均符合一級(jí) B 排放標(biāo)準(zhǔn)。 調(diào)試運(yùn)行期間，COD、NH4+-N 去除效果好， 其他指標(biāo)均達(dá)標(biāo)，故增大系統(tǒng)進(jìn)水量，設(shè)備進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行期。

　　3.5 長(zhǎng)期運(yùn)行效果

　　該套系統(tǒng)已投入運(yùn)行 1 年多， 整體運(yùn)行情況良好，主要膜組件至今沒(méi)有更換。 后續(xù)工作狀態(tài)下，出水CODCr、BOD、SS、NH4+-N 及 TP 的去除率均在 60%以上，出水 CODCr 最高達(dá) 52 mg/L，SS 未檢出，其余指標(biāo)均達(dá)到一級(jí) B 排放標(biāo)準(zhǔn)要求。村內(nèi)原有露天臭水塘全部被填埋，居民生活污水集中排放處理率達(dá)到 100%，極大地改善了居民的生活和居住環(huán)境。

　　4 結(jié)論

(1) 采用兼氧 MBR 一體化設(shè)備作為主體工藝處理農(nóng)村生活污水，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)費(fèi)用低。 長(zhǎng)期運(yùn)行出水 CODCr、BOD5、SS、NH +-N、TP 及 pH 平均值分別為 51.2 mg/L、15.8 mg/L、 未檢出、14.2 mg/L、0.8 mg/L、6.8， 均達(dá)到 GB 18918—2002 一級(jí) B 排放標(biāo)準(zhǔn)。兼性厭氧菌對(duì)含氧量變化的適應(yīng)性強(qiáng)，在進(jìn)水量波動(dòng)較大的北方農(nóng)村仍可保持水質(zhì)達(dá)標(biāo)，適宜使用。

　　(2)一體化設(shè)備使用地下埋置的方法，充分利用了地下保溫的優(yōu)勢(shì)，使整體機(jī)組在無(wú)需外加保溫設(shè)施的情況下，也能保證機(jī)組在溫度較低的北方冬季正常運(yùn)行，降低成本投入。 且可防止污水處理過(guò)程中不良?xì)馕兜纳�發(fā)，減少了居民的抵觸情緒，更易推廣。

　　(3)生物掛膜作為 MBR 的關(guān)鍵工藝，掛膜速率及厚度受當(dāng)?shù)厮�質(zhì)及溫度影響較大。 在工程實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)出水水質(zhì)及時(shí)做出相應(yīng)設(shè)計(jì)變更。(來(lái)源：沈陽(yáng)建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院)　　

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