膜生物反应器在农村污水处理中的应用前景

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摘要：本文由农村污水处理面临的挑战出发，介绍了我国农村水资源污染现状、水污染特点及对污水处理技术的特殊要求。通过分析膜生物反应器的特点，揭示其对农村污水处理的良好适应性，提出了膜生物反应器在农村污水处理中的广阔应用前景。

关键词：膜生物反应器，农村污水，处理

1 农村污水处理面临的挑战

1．1 农村水资源污染现状

目前全国农村每年有超过2500万吨的生活污水直接排放，农业源污染物排放对水环境影响较大，其化学需氧量排放量占排放总量的43.7%，总氮、总磷分别占排放总量的57.2%和67.4%。农业源基本上占到全国污染的50%以上。建设部《村庄人居环境现状与问题》调查报告[1]，对我国具有代表性的9个省43个县74个村庄的入村入户调查显示，96%的村庄没有排水渠道和污水处理系统，生产生活污水随意排放，造成河流、水塘污染，影响村民居住环境，严重威胁农民的身体健康。由于大量生产和生活废水未经处理排入各种水体，加上公共设施跟不上发展的需要，农村大量人口饮用不卫生水。据相关调查表明，我国7亿人口饮用水资源不合格，其中大肠杆菌超标率达86%，农村重大的安全隐患。

农村的污水乱排放不仅给自身环境造成破坏，对流经的河流也是很大的污染。乡村的沟塘、水库已呈相当严重的富营养化，全国各地水污染事故不断发生，《2008年中国环境状况公报》的数据显示[2]，在选取的200条河流409个断面中，Ⅳ～Ⅴ类和劣Ⅴ类水质的断面比例分别为24.2%和20.8%， 28个国控重点湖（库）中，劣Ⅴ类的11个，占39.3%，Ⅴ类的5个，占17.9%，Ⅳ类的6个，占21.4%。对太湖、巢湖、滇池“三湖”富营养化的成因分析表明，造成水体富营养化的污染源主要来自生活用水和农田的氮、磷流失，工业废水对TN、TP的贡献率仅占10%～16%。

大部分水源地、生态保护区、风景名胜区都在郊区，周边大部分布着农村，整治这些农村的水环境就显得至关重要。我国农村水环境污染已相当严重，若不及时进行处理而继续拖延下去，对人体健康和生态环境的危害是长期、无法挽回的。重视与加强农村地区的污水处理设施建设工作，避免因污水未经处理直接排放而对农村地区的水体、土地等自然环境产生污染影响，确保农村水源安全和农民身体健康，既是新农村建设中加强基础设施建设，推进村庄整治工作的一项重要内容，同时也是当前农村人居环境改善工作中所要解决的最急需、最迫切、最突出的问题，具有重要的现实意义。

1．2 农村生产及生活污水具有与城市污水不同的特点

（1）排放分散且面广。农村与城市相比,其占地面积大,人口不集中,分布密度小。有的十户八户就是一个村，即使是中心村，相对也比较分散。所以污水排放相当分散，排放面也较广。

（2）间歇排放、波动较大。农村居民没有固定的上下班作息时间和相对稳定的生活习惯，因此农村生活污水的排放为不均匀排放，瞬时变化较大，日变化系数一般在3.0~5.0，同时农村生活污水还具有早、中、晚不同时段相对集中排放等特点。

（3）水质相对稳定。农村生活污水的水质比较稳定，有机物和氮、磷等营养物含量较高一般不含有有毒物质，污水中还含有合成洗涤剂以及细菌病毒、寄生虫卵等。

1．3 农村污水处理技术应满足的特殊要求

（1）满足当前达标处理与今后再生利用需要。针对农村地区各方面条件，探索因地制宜的农村污水收集处理方式，既解决当前村庄污水达标处理排放问题，又充分考虑今后污水处理回用的需要，节约水资源、保护水环境。

（2）低耗高效、经济适用。我国广大农村地区财力状况薄弱、农民实际承受能力较低，当前生活污水处理设施的建设主要来自政府的投资和支持，因此污水的处理应充分考虑造价低、运行费用少、低能耗或无能耗、运行稳定高效的处理工艺。

（3）低二次污染。农村生活污水处理设施的建立是为了消除农村生活污水直接进入环境而带来的污染其污水处理设施容易带来空气污染、蚊虫增多等其他环境问题。另外，污水处理厂污泥处理问题严重，目前一些大中城市的污泥出路尚且没有得到很好的解决，小城镇污水处理的剩余污泥更是一个大难题。应尽量选择低二次污染或无二次污染的处理工艺。

（4）抗冲击负荷能力强。由于农村生活污水排放水质不稳定，水量变化大，为避免生活污水处理系统由于污水排放量的变化而造成系统资源浪费或者瘫痪,应该选用抗冲击负荷能力强的污水处理技术设备。

（5）管理维护简单。广大农村地区经济基础薄弱、污水处理从业人员数量少、技术水平和管理水平较低，应尽量选用运行、管理简单，维护方便的污水处理工艺，能有效节省管理和维护的人力物力，以保证系统建成后正常发挥功能。

2 膜生物处理技术在农村污水处理中的应用前景

针对农村生产及生活污水的特殊性，常规的污水处理厂工艺技术不能直接套用在小城镇污水处理中。膜生物反应器(MBR)是将生物处理与膜分离技术相结合而形成的一种高效污水处理新工艺。膜的孔径只有0.1~0.4微米，具有高效的截流作用和分离作用，将微生物完全截流在反应器内，使废水中的污染物高效降解和高效分离，得到优质的出水。MBR技术彻底变革了传统的水处理工艺，实现了同步解决水污染和水资源短缺的问题，使污水变成新水源成为现实，在农村生产及生活污水中的具有广阔的应用前景。

2．1 MBR工艺原理

膜生物反应器( Membrane Bioreactor-MBR)，是膜技术和污水生物处理技术有机结合产生的新型高效污水生物处理工艺。其工作原理是利用反应器的好氧微生物降解污水中的有机污染物，同时微滤膜进行高效的固液分离出水。膜生物反应器工艺通过膜分离技术大大强化了生物反应器的功能，与传统的生物处理方法相比，具有生化效率高、抗负荷冲击能力强、出水水质稳定、占地而积小、排泥周期长、易实现自动控制等优点，是目前最有前途的污水回用处理技术之一。

2．2 MBR工艺特点

（1）出水标准高，水质稳定

污水中的污染物经生化池中高浓度微生物种群的降解后，水在系统负压的作用下，经过中空纤维膜而生产出高品质的再生水。长期研究表明，由于膜的高效截留，MBR出水中悬浮固体的浓度基本为零；对游离菌体和一些难降解的大分子颗粒状物质具有截留作用，生物反应器内生物相丰富，如，世代时间较长的硝化菌得以富集，原生动物和后生动物也能生长；膜出水不受生物反应器中污泥膨胀等因素的影响。因此，MBR的出水质量高，保证长期稳定的高质量出水，能使出水的浊度

（2）占地面积少，节省用地[3]

M BR内微生物浓度高，可达12000mg/L以上，容积负荷相比传统活性污泥法高，水力停留时间短，因而占地面积小，占地面积相比传统活性污泥法大大减小，只有传统工艺的50%； MBR工艺将传统活性污泥法的曝气池与重力式沉淀池合二为一，流程简单，结构紧凑；此外，整个系统占地而积小，投资少，且不受场所限制，可做成地而式、半地下式或地下式。

（3）流程简短，模块化设计，智能化运行

膜的高效截留作用，使微生物完全截留在膜生物反应器内，实现了水力停留时间与污泥停留时间的完全分离，因此对生物反应器内的运行状况更容易进行合理控制。由于MBR污水处理工艺流程短，系统全自动运行，无需专人看管。核心设备膜组件模块化设计，可根据实际情况自由组合，从而使运行管理变得简单易行。

（4）二次污染少

MBR的污泥停留时间长，可达100天以上，污泥浓度高，MBR的污泥负荷低于传统活性污泥法。由于在低污泥负荷下运行，MBR的产泥量低于传统活性污泥法处理工艺，剩余污泥产量极低，理论上可实现零污泥排放。通常，MBR比常规活性污泥法减少50%~80%[4]。极大地减轻了污水处理的二次污染。

2．3 MBR工艺在农村污水处理中的应用

（1）集中式、半集中式村镇污水处理系统

以相对集中的中小型村镇为使用对象，利用MBR系统可实现污水的高效处理和资源化回用。以北京市新农村治污工程为例[5]，建设中的MBR工艺的应用越来越普遍，且水质净化效果显著。庄头峪村、长园村、北宅村的生活污水处理就采用了该工艺，处理水景分别为160，120，100 m3 /L。出水中除N和P外，其余污染物浓度基本可以达到北京市《水污染物排放标准》( DB 11 /307-2005)的一级A限值，出水稳定。

（2）分散式生态休闲旅游度假地区的农村生活污水与餐饮废水处理系统

生态休闲旅游度假区往往地处郊区农村，远离城镇，市政排水设施缺乏，除所涉及村庄的生活污水外，由于作为旅游度假区/村，餐饮废水也是排水的重要部分。然而，这些区域地形复杂，人口居住分散，密度低，水量季节变化大，不宜新建大范围市政收集管网与集中处理系统。另外，这类区域往往处于或临近水源或重点水域保护区，环境敏感度高,地表水水质及其影响极受关注，因此对区域内污水排放标准要求高，某些区域甚至要求污水零排放。因此，对于这些区域,可选择将一定范围内生活污水收集后,建设分散式污水处理站实现污水处理后达标排放或回用。一种应用于某水产养殖暨生态旅游区域的农村污水以及餐饮废水处理的基于MBR的示范工程表明[6]，该系统适合于环境敏感区域污水处理,实现了有机物、总氮、总磷与油类的去除，并可做到出水回用，既减少或避免了污水及污泥的排放，控制水污染,保护水环境,又实现了节约水资源的目标。

3 结语

膜生物反应器工艺通过膜分离技术大大强化了生物反应器的功能，与传统的生物处理方法相比,具有生化效率高、抗负荷冲击能力强、出水水质稳定、占地面积小、排泥周期长、易实现自动控制等优点，是目前最有前途的污水回用处理技术之一，其特点能良好的满足农村对污水处理技术的特殊要求，较传统活性污泥法，更适用于农村分散式小规模的污水处理。但是，现阶段膜生物反应器仍然面临着膜污染严重、膜更换费用较为昂贵、动力消耗较大等问题，这些问题的解决将有力的推动膜生物反应器在农村污水处理中的应用。

[1] 胡占晶. 农村污水综合治理分析. 水利科技与经济[J]. 2011, 17(7): 38-39.

[2] 2008年中国环境状况公报. 中国环境年鉴[M]. 北京: 中国环境出版社, 2009.

[3] 张鑫. MBR工艺在污水处理中的应用. 徐州工程学院学报[J]. 2006, 21(9): 70-71.

[4] 张 文. 膜生物反应器在污水处理中的应用研究. 广东化工[J]. 2006, 33(163): 66-69.

[5] 申颖洁, 廖日红, 黄芳, 顾华. 京郊生活污水处理技术实例分析与适宜性评价. 中国给水排水[J]. 2009, 25(18): 19-26.

[6] 汪诚文, 赵雪峰, 付宏祥, 王欣. 一种用于生态休闲旅游度假地区的农村生活污水与餐饮废水处理系统. 环境工程[J]. 2010,28: 93-95.