1、農(nóng)村生活污水概述
1.1 農(nóng)村生活污水來源及主要污染物
農(nóng)村生活污水是指在農(nóng)村居民的生活過程中產(chǎn)生的污水，主要包括沖廁污水、廚房污水以及洗滌、洗浴污水，此外，還包括一些農(nóng)村分散養(yǎng)殖過程中所產(chǎn)生的污水。研究表明，生活污水的污染物主要是有機(jī)物、氮和磷。其中，廚房污水和沖廁污水是有機(jī)物的主要來源，沖廁污水是氮的主要來源，洗滌、洗浴污水是磷的主要來源。
1.2 農(nóng)村生活污水的特征
1.2.1 水量特征。
農(nóng)村生活污水的排放水量變化大，排放不均勻。一般來講，農(nóng)村一天之中生活污水排放量有早上、中午、晚上3個(gè)高峰期，而午夜到凌晨污水產(chǎn)生量很少甚至出現(xiàn)斷流現(xiàn)象。
1.2.2 水質(zhì)特征。
農(nóng)村生活污水的水質(zhì)與居民的生活習(xí)慣和當(dāng)?shù)仫L(fēng)俗息息相關(guān)，生化需氧量(BOD)、氮和磷的含量變化范圍比較廣，但農(nóng)村生活污水水質(zhì)不是很差，可生化性好，幾乎不含有有毒有害的有機(jī)污染物和重金屬離子。
2、移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器(MBBR)-離子交換除磷工藝選擇分析
2.1 工藝選擇原則
由于我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)相比城市欠發(fā)達(dá)，很難配備專業(yè)的污水處理、運(yùn)行管理人員，因此不能將過于復(fù)雜的城鎮(zhèn)生活污水處理工藝照搬至農(nóng)村。同時(shí)，考慮到農(nóng)村人口居住特點(diǎn)以及生活污水的特征，選擇農(nóng)村污水處理工藝技術(shù)時(shí)，應(yīng)考慮以下基本原則:
�、僮詣�(dòng)化程度高，運(yùn)行和后期維護(hù)管理簡單。
�、诳箾_擊負(fù)荷能力強(qiáng)，處理后的污水能達(dá)標(biāo)排放。
③盡量減少污泥產(chǎn)量或者基本無污泥產(chǎn)生。
�、軆�(yōu)先考慮“適度集中處理”的模式，降低建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用。
2.2 MBBR處理農(nóng)村生活污水的優(yōu)勢及缺點(diǎn)分析
2.2.1 工藝優(yōu)勢分析。
相對于A2/O和膜生物反應(yīng)器(MBR)工藝，MBBR操作運(yùn)行簡單，無需調(diào)試復(fù)雜的工藝參數(shù)，后期的運(yùn)行維護(hù)方便。
MBBR高性能填料上富集了大量的活性微生物，增加了活性污泥的量，抗負(fù)荷能力提升，污水處理能力增強(qiáng)，即使短時(shí)間內(nèi)無進(jìn)水，其內(nèi)部的生態(tài)環(huán)境也能使活性微生物保持在休眠狀態(tài)，并且一旦重新進(jìn)水，活性的恢復(fù)速度遠(yuǎn)快于普通懸浮狀態(tài)的微生物，適合農(nóng)村生活污水水量變化大、排放不均勻的特征。
在農(nóng)村生活污水處理工藝中，MBBR是一種微動(dòng)力、低能耗工藝。在曝氣的過程中，高性能填料之間的相互摩擦及剪切作用，可使氣泡變得更小，增加氧氣的利用率，提高曝氣效率，降低曝氣能耗。另一方面，在日處理量不大的農(nóng)村生活污水處理過程中，MBBR工藝的曝氣風(fēng)機(jī)完全可以采用風(fēng)量大、低耗能、噪音小的電磁鼓風(fēng)機(jī)，最大程度地降低能耗及對周邊環(huán)境的干擾。
MBBR工藝的特點(diǎn)可以使其在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷下運(yùn)行，工藝過程中剩余污泥產(chǎn)量低或長時(shí)間內(nèi)可做到基本無剩余污泥的外排。因此，大大減少了污泥的產(chǎn)量，適合農(nóng)村的基本情況，并且降低了污泥處理費(fèi)用。
2.2.2 工藝劣勢分析。
MBBR工藝用于農(nóng)村生活污水的處理，與A2/O和MBR相比，目前唯一的劣勢在于無法有效地保證磷元素的去除，尤其是在進(jìn)水磷含量高，出水磷含量低的情況下。由于生物法中磷元素的去除依托于剩余污泥的外排，而為了實(shí)現(xiàn)污泥減量化來適應(yīng)農(nóng)村的基本情況，MBBR工藝基本不排泥或者很長時(shí)間才排放一次從高性能填料中脫落的失活污泥，這就使得磷元素的去除成為MBBR工藝的一個(gè)劣勢所在。
2.3 離子交換除磷工藝的優(yōu)勢
目前，水體除磷的主流工藝包括生物除磷、加藥除磷、人工濕地除磷、離子交換除磷和電化學(xué)除磷等。不同除磷技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)見表1。
通過對比不同除磷技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇離子交換除磷技術(shù)作為MBBR的補(bǔ)充除磷工藝形成農(nóng)村生活污水的強(qiáng)化除磷工藝，主要理由如下:離子交換除磷技術(shù)出水穩(wěn)定;運(yùn)行簡單，操作方便;無污泥產(chǎn)生;離子交換樹脂可以循環(huán)再生，重復(fù)利用，長期運(yùn)行可以降低成本。以上特點(diǎn)符合農(nóng)村的實(shí)際情況。
2.4 MBBR-離子交換除磷工藝流程
MBBR-離子交換除磷工藝流程圖見圖1。
第一步，生活污水首先經(jīng)調(diào)節(jié)池均量均質(zhì)后由提升泵進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，在其中通過厭氧環(huán)境完成對污染物的高效降解，同時(shí)厭氧區(qū)的另一個(gè)作用是進(jìn)行回流污泥的厭氧自消化過程，以實(shí)現(xiàn)污泥的減量化。
第二步，厭氧區(qū)出水進(jìn)入缺氧區(qū)和好氧區(qū)，完成對污染物有機(jī)物的進(jìn)一步降解以及硝化和反硝化過程。
第三步，好氧區(qū)出水進(jìn)入沉淀過濾區(qū)，進(jìn)一步對污染物進(jìn)行降解，并降低出水的SS，以保證后續(xù)吸附除磷單元穩(wěn)定運(yùn)行。
第四步，沉淀過濾區(qū)出水進(jìn)入吸附除磷單元，進(jìn)行深度除磷。
3、工程應(yīng)用分析
3.1 工程1
3.1.1 工程概況。
上海某農(nóng)村生活污水處理示范工程，服務(wù)周邊96戶，每戶人口按照3人，排水量按照每人每天94.5L計(jì)算，要求為配合當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)文明建設(shè)，出水指標(biāo)達(dá)到GB18918—2002中一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)做到節(jié)省投資，運(yùn)行費(fèi)用也要比較低，維護(hù)管理要方便。
工程設(shè)計(jì)處理水量30m3/d，進(jìn)水水質(zhì)化學(xué)需氧量COD≤400mg/L，BOD≤200mg/L，總氮(TN)≤45mg/L，氨氮(NH3-N)≤30mg/L，總磷(TP)≤7mg/L，SS≤120mg/L。
為保證出水達(dá)到GB18918—2002中一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，MBBR-離子交換除磷工藝中的沉淀過濾區(qū)采用了高效斜管沉淀和簡單的生物濾池(BAF)過濾工藝，所有工藝集中于分布式一體化裝置中。
3.1.2 MBBR-離子交換除磷工藝處理效果。
工程1出水水質(zhì)污染物的濃度情況見圖2。
出水S1是工程正式調(diào)試結(jié)束后的取樣，時(shí)間為6月份;出水S2～S4是工程正常運(yùn)行后的取樣，時(shí)間分別為8月份、12月份和第2年的4月份從圖2中可以看出，該工程的出水COD、BOD、TN、NH3-N、TP和SS指標(biāo)均達(dá)到了GB18918—2002中一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。
3.2 工程2
3.2.1 工程概況。
四川某農(nóng)村生活污水處理工程，服務(wù)人數(shù)600人，日人均排水按照80L計(jì)算，出水指標(biāo)達(dá)到GB18918—2002中一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，要求工藝運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡便，成本合理。
工程設(shè)計(jì)處理水量50m3/d，進(jìn)水水質(zhì)COD≤300mg/L，BOD≤150mg/L，TN≤40mg/L，NH3-N≤30mg/L，TP≤5mg/L，SS≤100mg/L。
由于出水達(dá)到GB18918—2002中一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，MBBR-離子交換除磷工藝中的沉淀過濾區(qū)采用了高效斜管沉淀，所有工藝集中于分布式一體化裝置中。
3.2.2 MBBR-離子交換除磷工藝處理效果。
工程2出水水質(zhì)污染物的濃度情況見圖3。
出水S1和出水S2均是工程正常運(yùn)行后的取樣，時(shí)間分別為為5月份和7月份。
從圖3中可以看出，該工程的出水COD、BOD、TN、NH3-N、TP和SS指標(biāo)均達(dá)到了GB18918—2002中一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。
4、處理農(nóng)村生活污水存在的工程問題及解決方法
我國農(nóng)村生活污水處理市場非常廣，污水技術(shù)也非常繁多，MBBR-離子交換除磷工藝作為一種新的組合工藝在處理農(nóng)村生活污水方面是一種新的開拓。由于該工藝運(yùn)行穩(wěn)定、管理方便、無大量污泥產(chǎn)生的特點(diǎn)與農(nóng)村的基本情況比較匹配，因此，MBBR-離子交換除磷組合工藝在農(nóng)村污水處理技術(shù)中逐步得到發(fā)展和推廣。
目前，MBBR-離子交換除磷工藝尚有以下2個(gè)問題需要進(jìn)一步討論。第一，雖然理論上該工藝不會(huì)有剩余污泥產(chǎn)生，但是實(shí)際應(yīng)用中隨著時(shí)間的延長，工藝會(huì)有少量的污泥產(chǎn)生，一部分是從高性能填料脫落的失活微生物，一部分是難生物降解的SS。這2部分組成的污泥量極少，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，大概半年至1年的時(shí)間可以對一體化裝置進(jìn)行排泥一次，將污泥直接排至集水提升井，然后1年對集水提升井清理1次即可。由于是處理農(nóng)村生活污水，該工藝產(chǎn)生的污泥不屬于危廢，且污泥產(chǎn)生量少，在就地初步脫水處理后，可以送至就近城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)行處理，也可以根據(jù)當(dāng)?shù)卣吲c生活垃圾進(jìn)行填埋等處理。
第二，離子交換樹脂的再生與更換問題。在正常的運(yùn)行中，離子交換除磷單元不需要專業(yè)的操作及維護(hù)，非常方便，但是離子交換樹脂達(dá)到飽和的臨界交換閾值時(shí)需要進(jìn)行再生，以實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，降低成本。目前，在工程上，離子交換樹脂的再生是委托具有專業(yè)資質(zhì)的樹脂廠家進(jìn)行離線再生，并實(shí)現(xiàn)再生液的資源化(可做磷肥)。因此，離子交換樹脂的工程量再生問題可以作為下一步研究討論的重點(diǎn)。
5、結(jié)語
MBBR-離子交換除磷工藝處理效率高，且微動(dòng)力、能耗低，具有很強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷能力，出水水質(zhì)穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生大量污泥，也不會(huì)進(jìn)行反沖洗處理，維護(hù)管理比較簡單，非常合適應(yīng)用于農(nóng)村生活污水的處理，具有良好的發(fā)展和應(yīng)用前景。(來源：上海船研環(huán)保技術(shù)有限公司，同濟(jì)大學(xué)長江水環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)
