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农村废水处置中FMBR技术的应用路径
摘要：为有效解决农村废水污染严重问题，基于天津市某区农村污染废水处置工程，设计了不同条件下的废水化学需氧量（COD）、NH+4-N以及总氮（TN）去除试验，分析了兼氧膜生物反应器（FMBR）技术对废水污染物去除效果的影响。研究发现，随着溶解氧浓度降低，COD去除率先减小后增大，NH+4-N去除率逐渐减小，而TN去除率则先增大后减小；不同溶解氧浓度条件下COD、NH+4-N以及TN的最大去除率则分别为93.82%、79.95%以及73.82%。研究成果为我国农村废水处置提供了一定指导。
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我国农村生活污染情况严重，大量农村生活污水自由排放，最后流入河湖中，不仅污染了土壤，危害了农村农作物的生长[1,2];还威胁了区域水生态环境，导致区域水生态环境严重破坏，出现水体富营养化、水中生物数量减少等问题[3,4,5]。因此，开展农村生活污水治理研究、有效管理污水排放，对居民生活质量、身体健康以及区域经济发展十分重要。
部分学者认为农村污水治理中，系统的管理方法和管理制度十分重要，并依据此展开了大规模的深入调查，指出“五个协同”等治理模式在农村污水治理中的重要性[6,7,8]。更多的学者则从技术启示角度开展了研究，并指出人工湿地治理技术、分散式农村污水一体化处理技术以及该治理技术在农村生活污水治理中的应用可行性和高效性[9,10,11]。
上述研究成果均为我国农村污水治理提供了一定的指导作用，然而，我国现应用较为广泛的是FMBR治理技术并取得了较好的成果，因此，考虑在原有建设基础上优化污水处置则更为经济合理。因此，本文基于FMBR技术，深入探讨了溶解氧浓度对废水污染物去除效果的影响。
1、工程背景
本项目为天津市某区农村生活污水的新一轮治理项目，是296个自然村(7个镇上村和289个自然村)的农村生活污水收集和达标治理工作。建设内容单体规模小、数量多，涉及面广，并且要求在较短的时间内完成，这给实施机构提出了很高的要求。因此，方案建议采用一期成功采用的模式，引入建设和运营管理技术领先、实力强、资金雄厚的社会资本参与本项目的投融资、建设和运营。本方案将24个镇中296个村庄农村生活污水处理站及污水管网总和为项目包进行方案设计。为完成上述建设目标与农村污水处置要求，本次试验主要作为前置试验，分析FMBR技术在农村生活污水处置中的应用效果，并分析在不同试验条件下，结合区域实际情况，分析、探讨得出更加高效的区域农村生活污水处置办法。
2、试验设计
2.1 废水样品测试
为研究FMBR技术在农村生活污水处置中的应用效果，本次研究以某调节池中的污水为试验样本，展开了不同溶解氧浓度条件下废水中污染物的去除试验。首先对调节池中生活污水的污染物含量进行测试，给予市北实验，发现污水中的污染物浓度较高。其中，生活污水中的COD浓度在1200～1600mg/L之间，NH+4-N浓度在400～600mg/L之间，TP浓度在50～80mg/L之间，TN浓度在500～700mg/L之间，pH值在7.0～8.0之间，由此可见，该地农村生活污水的污染程度较高，需要及时进行处理。
2.2 试验装备与主要材料
本次试验依托于天津市某区的农村废水处理实际工程，基于FMBR处置技术，对该区农村废水进行采样分析以及测试，以深入研究FMBR技术在污水处理中的应用效果。根据资料调查和现场走访发现，该区域废水的处置方式是先将废水通过管道汇入到集水调节池中，再通过控制水泵将废水被按照一定流速、流量输送到农村废水处置装备(FMBR反应装置)进行处理。在FMBR反应装置中，通过植入一定数量的微生物，利用微生物的新陈代谢作用，实现污水中污染物的去除，也能保证微生物的生长。FMBR系统的主要设备组成：①FMBR反应装置：尺寸Φ2.8×10.5×3.55m,体积约200m3;②膜组件：PVDF聚偏氟乙烯中空纤维膜；③控制系统：PLC全自动控制系统，可自动、手动控制曝气、进出水。
2.3 试验方法
本次试验拟对不同溶解氧浓度条件下农村生活污水中的COD、NH+4-N以及TN共计3种污染物进行测试，以分析FMBR技术在农村生活污水处置中的应用。其中，污水中的COD值采用COD消解仪进行测试，其测试的基本原理方法为快速消解分光光度法(HJ399—2007);污水中的NH+4-N采用紫外-可见光光度计进行测试，其测试的基本原理方法为纳氏试剂分光光度法(HJ539—2009);污水中的TN也采用紫外-可见光光度计进行测试，其测试的基本原理方法则为碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(HJ539—2009)。
3、试验结果分析
3.1 COD去除率
图1试样过程污水中COD值随着溶解氧下降的变化趋势。由图1可知，随着溶解氧含量的下降，污水中COD的去除率也随之而降低。当污水中的溶解氧量从>2.3mg/L区间内下降到1.1～1.4mg/L区间内之后，污水出水的COD浓度则从72.32mg/L逐渐上升到148.95mg/L,而相对应的，COD去除率则从93.82%逐渐下降到87.92%;而当溶解氧从1.1～1.4mg/L区间下降到0.3～0.6mg/L区间之后，污水出水COD浓度值则出现了小幅度的下降现象，COD的去除率则出现了小幅度的上升，回升至93%。当溶解氧浓度下降至0.3mg/L以下，出水COD浓度上升，去除率则对应下降至85%以下。
进一步观察可以发现，在不同溶解氧浓度条件下，FMBR技术对污水中的COD均有较好的去除效果，去除效率始终在70%以上，且根据整体变化趋势分析可知，溶氧量越大，则COD去除效果越好。分析认为，这是由于溶解氧较低时集成污水处理设备内溶解氧无法满足微生物代谢需求，有机物降解速率随微生物活性降低而降低；而随着溶氧量的逐渐增大，微生物的新陈代谢速率也变得更快，因此对污水中COD的去除效率也要更大。
3.2 NH+4-N去除率
图2为不同溶氧量条件下污水NH+4-N值去除效果，由图2可知，随着溶解氧的下降，NH+4-N的去除率随之降低，二者之间成正相关。由图2可见，当溶解氧从>2.3mg/L下降到<0.3mg/L后，出水处NH+4-N浓度从94.82mg/L之间增大到154.12mg/L,而NH+4-N去除率则从79.95%下降到70.00%左右。由此可见，溶氧量对污水中NH+4-N的去除是正相关的，分析认为，这是由于溶解氧浓度能够直接影响反应器中硝化反应的发生速率。当溶解氧浓度过低时，硝化菌将NH+4-N转化为NO-3-N,NO-2-N的过程将会被抑制，因此NH+4-N去除率较低。
3.3 TN去除率
图3展示了不同溶氧量条件下污水TN去除效果。由图可知，随着溶解氧的下降，污水中TN的去除率则随之升高。由图3可以发现，溶解氧从1.1～1.4mg/L下降到0.3～0.6mg/L期间，TN浓度下降，TN去除率则在78%左右。分析认为，由于总氮主要成分为氨氮，且其浓度随溶解氧浓度的升高而升高，说明SND过程中硝化反应不再受到抑制，能彻底反应。当溶解氧浓度下降至0.3mg/L以下后，出水TN浓度再次上升，去除率下降至66.97%。此时出水总氮中主要组成为氨氮及有机氮，且此时浓度均处于较低水平，能够抑制硝化反应和有机物反应速率。
4、结语
(1)在不同溶解氧浓度条件下，FMBR技术对污水中的COD均有较好的去除效果，去除效率始终在70%以上，且根据整体变化趋势分析可知，溶氧量越大，则COD去除效果越好。当污水中的溶解氧量>2.3mg/L时，COD去除率最大达到93.82%。
(2)当溶氧量较低时硝化反应受到抑制，污染物去除率低。随着溶解氧浓度的逐渐降低，NH+4-N值去除率整体呈逐渐减小的变化趋势，TN值去除率则成先增大后减小的变化趋势，不同溶解氧浓度条件下NH+4-N、TN的最大去除率则分别为79.95%和73.82%。
(3)本次研究仅分析了FMBR技术对农村生活污水中COD、NH+4-N以及TN的去除效果，下一步应当更加全面分析FMBR技术对污水污染的治理能力。
参考文献:
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文章来源：刘佳元.FMBR技术在农村废水处置中的应用研究[J].水利技术监督,2022,(06):27-28+46.
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期刊名称：净水技术
期刊人气：742
主管单位：上海市科学技术协会
主办单位：上海市净水技术学会,上海城市水资源开发利用国家工程中心有限公司
出版地方：上海
专业分类：环境
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创刊时间：1982年
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2022-05-30
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