摘 要
近年来，随着社会主义新农村建设的不断深入，农村基础设施以及整体环境发生了很大变化。同时，农村生活污水的处理问题不但不能妥善解决，而且变得越来越严重。农村生活污水属于间歇排放，水质和水量波动较大，污水中含的机物浓度较高；还存在较高比例的人和动物的粪便，氮和磷的含量较高，尤其是磷含量。由于污水长期直接排入水体，而环境容量十分有限，导致水体黑臭、富营养化十分严重，因此农村污水分散式处理的技术需求迫切。目前常用的农村污水分散式处理技术有人工湿地、氧化塘等生态化处理技术，但这些工艺存在维护管理复杂、处理效率低等问题，迫切需要新型稳定的工艺技术。而MBR作为一种新型技术，在污水处理方面具有处理效率高、出水稳定、耐冲击负荷能力强、污泥产量少等显着优点。但由于MBR技术在我国起步晚，早期受限于膜材料的价格和技术难度，故该工艺较少应用于农村污水处理。现如今随着膜材料与污水工艺的结合发展，膜组件的成本大幅降低，设备逐渐实现自动化控制，MBR工艺的优点更为突出，适用于农村污水分散式处理。因此，本论文研究了MBR工艺在农村分散式污水处理中的应用，以推动农村污水治理技术的发展。
实验以MBR工艺为基础，探讨了曝气强度、混合液回流比、污泥浓度、PAC投加量的最优工况，通过对处理污水的动态实验研究，考察了不同工况下系统对COD、氨氮、总氮、总磷的去除效果、膜清洗技术对膜污染的控制以及MBR工艺应用的可行性，主要研究结果如下：
在系统调试运行稳定后，去除效果达到设计要求后，曝气强度控制在500 L/m2h时，COD和氨氮的去除率达到90%以上，且氨氮的去除效果最好；混合液回流比控制在200%时，TN的去除率达到75%以上，TP的去除率达到70%以上，去除效果最好；污泥浓度控制在6000 mg/L时，COD的去除率达到90%以上，TP的去除率达到65%以上，氨氮和总氮的去除率达到70%以上，且COD和总氮的去除效果最好；系统PAC投加量控制在20 mg/L时，可以一定程度上改善COD、氨氮、TP的去除效果。同时采用酸/碱结合（30 min的Na OH 0.5%浸泡冲洗和30 min的0.5% HCl浸泡冲洗）的清洗方式，膜通量恢复效果约可达到95%以上的水平。
结合实验研究结果，对MBR工艺在农村污水分散式处理中的可行性进行中试研究，结果表明：该工艺对污水中污染物有很好的去除效果，出水平均水质中COD约为30 mg/L，氨氮约为1.50 mg/L，TN约为8.8 mg/L，TP约为0.29 mg/L，能够保证系统出水水质基本达到《农村生活污水处理排放标准》（DB44/2208-2019）和《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）地表水Ⅳ类水的要求。另外，在最佳工况下，膜的TMP约需要25天增长到设计限值，然后采用酸/碱结合的清洗方式，可以有效恢复膜的渗透特性。
关键字： MBR工艺；农村生活污水；膜通量；污水处理；混凝沉淀。
ABSTRACT
In recent years, with the in-depth development of the construction of new socialistcountryside, great changes have taken place in rural infrastructure and environment. At thesame time, the problem that rural domestic sewage can not be properly treated is becomingmore and more serious. Rural domestic sewage is a kind of intermittent discharge. Its waterquality and quantity fluctuate greatly, and the concentration of organic matter is relativelyhigh. It also contains high components of human and animal manure, especially the contentof nitrogen and phosphorus. Because the sewage is directly discharged into the water bodyfor a long time, and the environmental capacity is very limited, resulting in the water bodyblack odor, eutrophication is very serious, so the technical demand of rural sewagedecentralized treatment is urgent. At present, the commonly used rural sewage decentralizedtreatment technologies include artificial wetland, oxidation pond and other ecologicaltreatment technologies. However, these processes have complex maintenance andmanagement, low treatment efficiency and other problems, so new and stable technologiesare urgently needed. As a new technology, MBR has obvious advantages in sewagetreatment, such as high treatment efficiency, stable effluent, strong impact load resistance,and low sludge output. However, due to the late start of MBR technology in my country,early limited by the price and technical difficulty of membrane materials, the process israrely used in rural sewage treatment. Nowadays, with the development of the combinationof membrane materials and sewage technology, the cost of membrane components has beengreatly reduced, and the equipment has gradually been automatically controlled. Theadvantages of the MBR process are more prominent, and it is suitable for rural sewagedecentralized treatment. Therefore, this paper studies the application of MBR technology inrural decentralized sewage treatment to promote the development of rural sewage treatmenttechnology.
Based on the MBR process, the experiment discussed the optimal working conditions ofaeration intensity, mixed liquid reflux ratio, sludge concentration, and PAC dosage. Throughdynamic experimental research on the treatment of sewage, the system's COD underdifferent working conditions was investigated, Ammonia nitrogen, total nitrogen, totalphosphorus removal effect, membrane cleaning technology to control membrane pollutionand the feasibility of MBR process application, the main research results are as follows:
After the system commissioning and operation are stable and the removal effect meets the design requirements, when the aeration intensity is controlled at 500 L/m2h, the removalrate of COD and ammonia nitrogen reaches more than 90%, and the removal effect ofammonia nitrogen is the best; the reflux ratio of the mixed liquid is controlled at 200 %, theremoval rate of TN reaches more than 70%, the best removal effect; when the sludgeconcentration is controlled at 6000 mg/L, the removal rate of COD reaches more than 90%,the removal rate of ammonia nitrogen and total nitrogen reaches more than 70%, and CODAnd the total nitrogen removal effect is the best; when the system PAC dosage is controlledat 20 mg/L, it can improve the removal effect of COD, ammonia nitrogen and TP to a certainextent. At the same time, the cleaning method of acid/alkali combination (30 min Na OH0.5% immersion rinse and 30 min 0.5% HCl immersion rinse) is adopted, and the membraneflux recovery effect can reach about 95% or more.
Combined with the experimental research results, a pilot study was conducted on thefeasibility of the MBR process in the decentralized treatment of rural sewage. The resultsshow that the process has a good removal effect on pollutants in sewage, and the averageCOD in the effluent is about 30 mg/L Ammonia nitrogen is about 1.50 mg/L, TN is about8.8 mg/L, TP is about 0.29 mg/L, which can ensure that the effluent quality of the systembasically meets the surface water category IV of "Surface Water Environmental QualityStandard" (GB3838-2002) Claim. In addition, under the best working conditions, the TMPof the membrane needs to be increased to the design limit in about 25 days, and then theacid/alkali combined cleaning method can effectively restore the permeability of themembrane.
Keywords： MBR process；Rural domestic sewage；Membrane flux；Wastewater treatment；Coagulation and sedimentation 。
第一章 绪论
1.1、研究背景。
十六届五中全会，中央提出了建设社会主义新农村的建议；2006年中央1号文件《中共中央国务院关于推进社会主义新农村建设的若干意见》中明确提出了新农村建设的总体要求：生产发展、生活宽裕、乡风文明、村容整洁、管理民主。
2007年中央农村工作会议明确提出“发展现代农业，加快社会主义新农村建设”，新农村建设已成为我国的一项重要历史任务，也是现任政府的工作重点之一，是一项全局性的工作，其实质是要以新农村建设为统领来加快我国三农问题的解决，实现我国社会、经济和环境的可持续发展。另一方面，城镇化发展也是我国社会、经济发展的一个必然趋势和时代特征。我国正处在城镇化发展的关键时期。由于人口、资源与环境方面的巨大压力，我国特大城市、大城市的城市化规模已经接近极限，发展中小城市，尤其是小集镇的建设是我国城镇化发展的必然选择。然而，在新农村建设和城镇化发展过程中，我国村镇社会经济发展面临资源和环境等方面的众多严峻挑战。在生态环境方面主要表现在：生态破坏、环境退化和环境污染及环保基础设施缺失等，严重影响我国农业和村镇的可持续发展。
东莞市水网密布，东江及东江南支流等主要河流贯穿全境，因此水环境问题是东莞市农村生态与环境保护的关键问题之一，对于维持农村区域生态平衡和生态环境健康，推动农村社会、经济和生态环境的可持续发展具有重要意义。农村水环境是指人群集中居住的农村内部和周边自然和人工水体，包括自然河流，人工水渠，自然池塘和湖泊及人工池塘和湖畔等。由于居住人口密度较高，工农业生产较为集中，排水和水处理等基础设施缺乏，所产生的大量生活污水、生产废水都直接排入水体。同时村落周围都是农业和工业生产集中的区域，所产生的面源污染也通过暴雨径流汇入水体。造成农村水环境的严重污染。而农村水体通常较小，环境容量有限，在长期的污染下，已经基本丧失了自净功能，水体的其他功能也丧失怠尽，成为“污水沟”或“污水塘”。这一现象的普遍存在，已经造成严重的区域水环境问题[1,2]，严重影响村镇环境健康和生态景观及村镇的社会经济发展，成为社会主义新农村建设和城镇化发展过程中必须优先加以解决的环境问题。
近年来，随着新农村建设的逐渐深入，通过实施美丽的农村建设以及部分地区的旧村改造和村庄整治工程，我国一些地区的农村基础设施建设和环境发生了巨大变化。
同时，农村生活污水的无序排放和环境的破坏日益引起人们的关注。但是，长期以来，农村污水收集处理系统不完善，污水收集率和处理率低，严重影响村镇水环境和整体环境，并且危及到城市供水安全。
目前农村水环境的现状主要有四个特点：
第一、污水集中处理存在一定的难度。部分地区已经规划了污水集中处理工程，建设了一些大型污水处理厂，但农村区域的配套管网建设进程缓慢，大部分管网只建到主干管或干管程度，支管与分支管的建设难以推进，其原因包括投资巨大、施工难度大等[4]。结果造成一些污水处理厂没有污水排入，或者有些污水处理厂干脆从河涌内取水进行处理。一方面污有达到从根本上净化农村污水的目的，另一方面还花掉了人民所交的排污费。农村污水仍然严重污染着农村内部和周边水体。例如东莞市为了全市污水处理而建设了36个污水处理厂，意在把所有的地区污水通过集中处理的方式进行处理，但由于管网建设进度缓慢，污水处理厂已经建两三年，但管网目前仍没有建成，农村污水大部分仍然直排进村区地表水体，污染严重。而BOT建设的污水处理厂无法直接收集农村污水，只能从附近的河涌抽取河水进行处理，而处理费仍然按照污水处理的费用收取。有些未收集的农村污水排入一些饮用水源，造成恶劣影响。比如东莞市杨屋村、月山村、金多港、百业工业区的排水进入松山湖而导致水体污染，近期发生大面积死鱼现象，闹得沸沸扬扬。
第二、村镇水污染严重。由于污水长时期直接排入水体，而村镇的水体普遍较小，在广东区域水体的流动性较小，环境容量也非常有限，其结果是不仅水体失去其自身的功能[3-5]，而且村镇的整体环境和景观也受到严重破坏而其严重破坏了环境和村镇的景观。黑臭的河流、池塘和富营养化的湖泊已经成为东莞市的普遍现象。
第三、水环境的污染和破坏也将带来相关的污染影响，从而影响健康。研究表明，许多疾病的发生与水环境密切相关。水体的污染可能导致某些恶性疾病的出现[6]。
第四、缺乏特定的先进适用的污水处理技术。由于村镇污水的特点是排水量小、分散、水质波动较大，以及村镇与城市在社会、经济和技术条件上的差异，所以农村污水处理中不宜采用相对成熟的城市污水处理工艺，而所谓的生态型处理工艺通常不能满足处理要求，或缺乏实施条件（例如土地资源）。而采用一些简洁的工艺进行分散式污水处理，不仅处理效果较好、运行管理较为简便，而且节省用地、降低能耗、二次污染也少[7-10]。
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1.2、国内农村污水分散式处理的现状与技术分析
1.2.1、农村污水分散式处理的现状
1.2.2、农村污水分散式处理的技术分析
1 3、 MBR膜工艺及应用现状
1.3.1 、MBR工艺原理.
1.3.2 、MBR的技术优势
1.3.3 、MBR技术在国内外的研究与应用进展
1.4、研究意义及内容.
第二章 实验方法与结果.
2.1、实验目标.
2.2、实验装置与实验过程.
2.3、实验材料
2.4、实验分析方法与仪器设备
2.5、实验用水与接种污泥
2.5.1、实验用水
2.5.2、接种污泥
2.6、膜通量与膜清洗
2.7、实验操作参数.
2.8、参数变化的影响
2.8.1、曝气强度的影响
2.8.2、混合液回流比的影响
2.8.3、污泥浓度的影响
2.8.4 、PAC投加的影响.
2.8.5、污染物的去除效果
2.8.6、膜通量及清洗
2.9、本章小结
第三章 污水分散式处理技术的工程应用
3.1、工程概况
3.2、工程设计.
3.2.1、设计进、出水水质
3.2.2、工艺可行性分析
3.2.3、工艺流程，
3.2.4、工艺设计
3.3、运行效果
3.3.1 、COD的去除.
3.3.2、氨氮的去除.
3.3.3、总氮的去除.
3.3.4、总磷的去除.
3.3.5、膜通量及清洗
3.4、本章小结.
结 论
针对我国农村污水分散式处理的迫切需求，本论文对MBR工艺在污水分散式处理中的应用进行了研究，得出结论如下：
第一，MBR工艺的实验研究表明，曝气强度、混合液回流比、污泥浓度、PAC投加量等参数的变化对污染物的去除效果都有影响。在曝气强度为300 L/m2h - 900 L/m2h时，COD的去除率为70% - 90%，氨氮的去除率为63% - 90%，其中曝气强度为500L/m2h时，COD和氨氮的去除率均能达到90%，处理效果最好；在混合液回流比为150%- 300%时，TN的去除率为50%-70%，其中混合液回流比为200%时，TN的去除率均能达到70%，处理效果最好；在污泥浓度为4000 mg/L - 10000 mg/L时，COD的去除率为76%-92%，氨氮的去除率为65% - 92%，TN的去除率为40% - 73%，其中污泥浓度为6000 mg/L，COD、氨氮和TN的去除率分别为92%、78%和73%，污染物去除的效果更好；在投加PA 20 mg/L后，与空白试验相比，COD的去除率从87%提升到92%，氨氮的去除率从87%提升到89.5%，TP的去除率从76%提升到84%，改善了COD、氨氮和TP的去除效果。
第二，MBR工艺膜清洗的实验中，三种清洗方式的比较表明，采用酸/碱结合的清洗方式比单独用酸、碱或水的清洗方式对膜污染的去除更有效，即酸/碱结合的清洗方式能更好的去除过滤阻力，恢复膜通量。
第三，MBR工艺用于农村污水处理的中试研究表明，该工艺对污水中污染物有很好的去除效果，出水平均水质中COD约为30 mg/L，氨氮约为1.50 mg/L，TN约为8.8mg/L，TP约为0.29 mg/L，可以确保出水水质基本达到《农村生活污水处理排放标准》（DB44/2208-2019）和《地表水环境质量标准（GB3838-2002）》地表水IV类标准。另外，在最佳工况下，膜的TMP约需要25天增长到设计限值，然后采用酸/碱结合的清洗方式，可以有效恢复膜的渗透特性。
综上所述，MBR工艺作为农村污水分散式处理工艺，一方面可以确保出水水质优质稳定，另一方面该工艺属于较易实现装备化的先进技术，运营管理中调控也更为灵活和稳定，可通过微机实现自动线上控制，使运行管理者的操作方式更为方便，更适宜于现代农村污水的分散处理，应用价值较好。
参考文献.
