农村污水脱氮：生物膜协同强化处理新工艺

前阵子去一个农村生态示范点，看到一套污水处理的装置，跟常见的城市污水处理厂不太一样。地方不大，也没什么大水池，倒是有好几个填满了像“海绵块”的桶。工作人员介绍说，这是一种新型的生物膜工艺，关键是把脱氮的效率提上去了。农村的污水跟城市的不一样——氮含量高，尤其是氨氮，如果排到河里，很容易让水变绿发臭。传统的处理方法要么太费电，要么管理起来麻烦，农村往往没那个条件。所以这几年，很多研究都在琢磨怎么让生物膜工艺在农村用得起来、用得好。

农村污水的“麻烦”在哪

农村生活污水其实成分不算复杂，主要就是厨房水、洗浴水、厕所水。但跟城市污水比，有一个很突出的问题：碳氮比低。说白了就是水里能当“食物”的有机物少，但氮元素多。微生物除去氮的时候，第一步需要把氨氮变成硝态氮（硝化过程），这需要氧气；第二步再把硝态氮变成氮气跑掉（反硝化过程），这却需要没有氧气而且要有碳源。这种“一会要氧、一会不要氧”的矛盾，在农村那种一天只有几吨、流量变化大的污水里特别难协调。传统活性污泥法需要大池子、持续曝气，农村根本玩不转。

生物膜法是什么

生物膜法其实不算很新，就是把微生物附着在填料（比如塑料片、纤维球）表面，形成一层滑滑的膜。水流流过的时候，膜里的微生物就吃水里的污染物。好处是微生物密度高，而且不容易被水冲走，对冲击负荷承受力强。但以前常见的生物膜工艺（比如生物滤池、生物转盘）主要擅长去除有机物，对脱氮就不那么拿手了。因为脱氮需要好氧区（硝化）和缺氧区（反硝化）在空间或时间上交替，而传统生物膜往往整个膜都暴露在好氧环境里，反硝化菌没地方干活。

新工艺的“协同”怎么理解

所谓“协同脱氮强化处理”，说白了就是想办法让同一套生物膜系统里，好氧和缺氧两种环境并存，而且让两种菌相互配合。怎么做到的呢？一个很实用的办法是：改变填料的形状和结构。比如用一些多孔、带有内外层差别的填料。水流经过填料表面时，外层接触氧气多，形成好氧区，适合硝化菌；内层因为氧气进不去，形成缺氧区，适合反硝化菌。这样，外层的硝化菌把氨氮变成硝态氮，硝态氮再扩散到内层，让反硝化菌把它变成氮气排走。整个过程在一个桶里就完成了，不需要单独设缺氧池。

另一个关键点：曝气方式

传统生物膜工艺往往连续曝气，整个系统都是好氧的。新工艺会采用“间歇曝气”或者“分区曝气”。比如曝气几分钟，停几分钟。曝气的时候，污水里的氧气充足，硝化菌工作；停气的时候，水中的氧很快被消耗，整个系统进入缺氧状态，反硝化菌开始干活。这样一来，同一个生物膜，不同时间各司其职。有些设计更巧妙，在同一个反应器里，一边曝气一边不曝气，靠水流循环把硝态氮送到缺氧区。

还有什么帮手

• 填料本身也能帮忙。有些新填料里添加了缓释碳源，比如包埋的玉米芯粉或者聚己内酯。反硝化菌需要碳源，但农村污水本身碳源少，这些填料慢慢释放“食物”，让反硝化菌不会饿肚子。
• 还有的工艺会增加内循环回流。把出水的一部分（含硝态氮）打回反应器前端，让反硝化菌多一次机会处理。不过农村能耗敏感，所以这种回流量要控制得刚刚好，不能太费电。
• 生物膜本身也有“厚度”学问。太薄了，缺氧区小；太厚了，内层传质受阻。新工艺通过控制水力负荷和填料选型，让生物膜维持一个合适的厚度，保证内外层均衡。

实际效果怎么样

根据一些农村示范项目的数据，这种协同强化的生物膜工艺，对总氮的去除率可以做到70%到85%，比传统生物滤池的40%到60%明显提高。而且出水氨氮能稳定在个位数（毫克/升）。更重要的是，整个系统不需要复杂的仪表和控制，维护很简单，村里找个电工或者兼职人员就能管。运行费用也低，主要就是一个小风机曝气，一天几度电。对于日处理几十吨的小型站点来说，很划算。

不是万能，但很实在

当然，这种工艺也有短板。比如进水浓度波动太大的时候，生物膜可能不适应，需要一定时间恢复。另外，填料用久了会堵塞，需要定期反冲洗或者更换。不过相比那些需要加药、需要专业人员操作的工艺，这已经算是皮实耐用的选择了。其实吧，农村污水处理没有银弹，合适的就是最好的。这种生物膜协同脱氮的新工艺，解决了一个最头疼的问题——在不增加太多成本和复杂度的情况下，把氮去掉。大概就是这样，技术还在往前发展，未来说不定会有更聪明的办法。