刘雷 冯智 罗鑫 任彩文 雷康 潘俊 杨军峰
武汉航发瑞华生态科技有限公司，湖北 武汉 430061
摘要：一体化污水处理设备具有处理效果好、占地面积小、投资及运行费用少、自控化程度高、维护管理方便等优点，具有广阔的应用前景。本文从分散式生活污水治理领域着手分析，介绍了一体化污水处理设备的常用工艺和应用进展，并对未来一体化污水处理设备的开发和应用提出了几点建设性意见。
关键词：一体化污水处理设备；分散式生活污水；工艺；应用进展
1 引言
城市化和工业化的推进导致水资源污染问题愈演愈烈，人类的生产生活用水也早已超过了自然界水环境所能承受的范围，当前水环境形势更加严峻，急需对水资源加以保护[1]。就城市污水而言，已有完善的排水管网系统将其收集至城镇污水处理厂进行处理后达标排放；而对于农村、小城镇、城郊生活区等污水收集管网难以延伸的区域，受地理和经济条件制约，其所产生的分散式生活污水更宜采用一体化污水处理设备就地处理。
2 一体化污水处理设备及其优势[2]
2.1 出水水质稳定，处理效率高
通过向设备中增加填料或者采用污泥循环来提高生物量；同时也可以通过使用高效污泥如颗粒活性污泥，来提高污泥活性，从而提高污水处理效果。
2.2 工艺设备模块化，可在地面或者地下灵活应用
将污水处理工艺设计为单元模块，具体包括预处理模块、生化处理模块、后处理模块、深度处理模块以及污泥处理模块等。根据不同的污水水质选择不同的工艺模块进行组合，实现工艺的可控性，同时减少土建工作量。此外，一体化设备可以选择埋入地下，地面可以种植作物或者作为其他用途。
2.3 自控化程度高、管理操作简单
单位模块通过电气设计可实现自控化管理，操作模式更加简单灵活。采用成型可量化生产的设备，安装简单。操作管理人员相对于传统污水处理厂更加精简。
3 一体化污水处理设备的应用
分散式生活污水主要分布于小城镇以及农村，居住分散，排水系统不够完善，采用一体化污水处理设备可大大减少人力和物力的投入，同时可节省管网系统建设和运维的投资。分散式生活污水处理一体化设备常用的主体工艺包括A/O、生物接触氧化、MBBR和A/O-MBR等。
3.1 A/O工艺一体化设备
A/O工艺属于活性污泥法，在空间上为推流状态，是目前应用最广泛的脱氮技术。为加强A/O工艺的脱氮效率，相关工作者又研究出脱氮除磷效率更高的多级A/O工艺和设备，尹子华等[3]研究了多级A/O工艺对城市污水的强化处理效果，发现多级A/O工艺对宜兴某城市污水厂COD、NH3-N、TN、TP 的平均去除率分别为67.3%、93.7%、65.3%和60.0%，对各常规污染物指标的去除都起到了绝对主导作用。李彤彤等[4]研究了多级A/O工艺对北京市某城市污水厂脱氮除磷的强化效果，发现经多级A/O工艺强化后COD、TN、TP 和NH3-N的去除率分别为95.14%、94.53%、97.26%和99.74%，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918-2002)》中的一级A标准。实际工程应用显示，多级A/O工艺能够强化A/O工艺的脱氮除磷效果，可作为分散式生活污水处理一体化设备的主体工艺。
3.2 生物接触氧化工艺一体化设备
填料是生物接触氧化工艺的核心组成部分，目前应用较多的填料类型有软性填料、半软性填料、组合式填料和弹性立体填料。为进一步改善填料的性能，张倩[5]开发出了利用玄武岩纤维填料的改良型生物接触氧化工艺，发现此种填料的使用寿命、生物附着性较之普通填料均有提高，同时增强了设备对生活污水的脱氮效果。赵智超等[6]采用“生物接触氧化+人工湿地”组合工艺处理常低温生活污水，发现组合工艺在低温（7-12℃）条件下同样可以实现污染物的良好去除，生物接触氧化不但减小了人工湿地的污染负荷，而且避免了人工湿地容易堵塞的风险，同时低温下人工湿地又能很好地弥补生物接触氧化对氮、磷去除的不足。
3.3 MBBR工艺一体化设备
MBBR(Moving Bed Biofilm Reactor，移动床生物膜反应器)中的每个填料都为一个微型反应器，其内部生长一些厌氧菌或兼氧菌，外部为好氧菌，使硝化反应和反硝化反应同时存在。悬浮填料是MBBR工艺的核心，目前常用的填料材质有聚乙烯、聚氨酯等。为提高MBBR工艺的微生物的富集能力、污泥减容效果以及出水水质，相关工作者在填料性能提升方面做了大量研究。
刘永红等[7]对比了采用有机高分子复合填料AMC和多孔凝胶填料PBG的AMC/PBG-MBBR工艺脱氮和污泥减量化效果，发现两种新型填料具有很强的微生物富集能力，不但能使出水水质稳定达到一级A标准，还能保持整个工艺具有较高的容积负荷。李红艳等[8]采用聚氨酯与其他高分子材料复合而成的PPC好氧填料作为MBBR工艺的悬浮填料，通过生物相镜检，发现PPC好氧填料内部具有诸如钟虫、轮虫、板壳虫、累枝虫、楯纤虫等多种微生物，PPC好氧填料有助于活性污泥维持良好的性能，从而得到良好的出水水质。在工艺组合方面，MBBR可与A/O[8]，加压溶气气浮[9]等进行前后组合，形成一体化设备，进一步加强MBBR工艺对分散式生活污水的脱氮除磷效率。
3.4 A/O-MBR工艺一体化设备
MBR(Membrane Bio-Reactor)又称膜生物反应器，其常用的膜组件形式有管式、板框式和中空纤维式。为提高MBR膜的防污堵性能，延长使用寿命，降低投资和运行出本，相关工作者研究出了陶瓷平板膜，工程应用效果较好。赵宁波[10]采用CFM陶瓷平板膜作为膜组件，结合倒置A2/O工艺处理贵阳市某地区乡镇的生活污水，发现膜通量在污水处理过程中基本可以维持在35-45 L/(m2·h)，化学清洗频率低，每次清洗后基本可恢复到初始通量状态。同时出水COD、BOD5、SS、TN、TP和粪大肠菌群数均能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918-2002)》中的一级A标准。为进一步提高MBR工艺的脱氮除磷性能，MBR常与A/O工艺联用，黄正文等[11]采用A/O-MBR组合工艺一体化设备处理农村生活污水，在好氧池中加入膜组件，出水除总磷外的指标均能达到一级A标准。许忠凤等[12]利用多级A/O-MBR一体化设备，采用多点进水的方法，解决了传统A2/O工艺难以实现对生活污水高效脱氮除磷的问题，设备出水COD和NH3-N能够达到《地表水环境质量标准(GB 3838-2002)》中的Ⅳ类水体标准，出水TN能够达到一级A标准，出水TP中有64.29%达到一级A标准，多点进水多级A/O-MBR工艺实现了污水中碳源的有效利用。
4 结论与建议
4.1 结论
在分散式生活污水治理领域，相关工作者对一体化污水处理设备的内部构造、单元组成、工艺稳定性、能耗等方面进行了持续性的研究和改进，由此涌现出了形式多样的一体化污水处理设备，在很大程度上减少了有害物质的排放，同时在保护水资源、推动城乡建设和生态文明建设等方面起到了重要的促进作用。
4.2 建议
4.2.1 强化设备的脱氮除磷能力
通过中试实验及工程实践，继续优化设备的工艺参数，增强一体化污水处理设备的脱氮除磷能力，减少向自然水体的氮磷排放量。
4.2.2 研发新型材料以降低设备成本
结合相关学科的前沿技术，对生物接触氧化悬挂式填料、MBBR悬浮填料、MBR膜组件以及各种工艺中的曝气组件等进行研究开发，在满足工艺要求的前提下，尽可能降低设备的成本。
4.2.3 注重设备的标准化和产品化设计
融合工业设计的理念，朝着高度集成化、自动化、系列化、成套化等方向发展，实现一体化污水处理设备的标准化和产品化。
参考文献
[1]向男.城市水资源污染治理与环境保护[J].中国战略新兴产业，2017，(44)：30.
[2]武林香.一体化污水处理设备的应用研究[J].山西化工，2019，39(04)：147-148.
[3]尹子华，盛晓琳，刘锐，等.多级A/O工艺强化处理城市污水的效果研究[J].环境科学，2016，37(09)：3460-3465.
[4]李彤彤，李英军，徐剑锋，等.多级A/O工艺强化城市生活污水再生过程的污染物去除效果研究[J].环境工程技术学报，2018，8(04)：420-428.
[5]张倩.新型玄武岩纤维填料在生活污水处理中的结构组合研究[D].江苏大学，2019.
[6]赵智超，张为堂，崔鹏，等.生物接触氧化法-人工湿地处理常低温生活污水[J].水资源与水工程学报，2018，29(05)：28-34.
[7]刘永红，李妙婕，杨谨如，等.新型填料复合多级MBBR工艺脱氮及污泥减量研究[J].工业水处理，2020，40(03)：102-106.
[8]李红艳，刘浩杰，薛文洁.A/MBBR污水处理工艺中PPC悬浮填料的性能研究[J].广州化工，2020，48(15)：73-75+94.
[9]黄鑫，刘雷，林明，等.MBBR-DAF组合工艺处理生活污水的中试研究[J].广东化工，2020，47(11)：144-146.
[10]赵宁波.MBR工艺在村镇分散生活污水处理中的应用设计[J].环境科技，2019，32(02)：48-52.
[11]黄正文，谢泽宇.一体式A/O-MBR反应装置处理农村生活污水研究[J].成都大学学报(自然科学版)，2017，36(03)：328-332.
[12]许忠凤，戴海平，孙磊，等.多级A/O-MBR工艺对生活污水脱氮除磷的工艺研究[J].水处理技术，2019，45(11)：117-121+126.
作者简介：刘雷(1991-)，男，湖北孝感人，硕士研究生，工程师，主要研究方向为一体化污水处理设备的设计与研发。