随着活性污泥生物处理技术的发展，MBR工艺因其占地小、出水水质好、泥浓度高、产泥量少等优点而得以迅速发展并应用。膜组件作为MBR工艺的核心组成之一，按常用材料类型，可分为有机材料的PVDF中空纤维膜、平板膜和无机材质的纳米平板陶瓷膜等。目前，MBR污水处理系统多数采用有机膜，有机膜MBR大规模应用已经有10年多的时间。近几年，纳米平板陶瓷膜国产化使得制作成本降低，采用平板陶瓷膜的MBR工艺开始崭露头角。相比有机膜而言，陶瓷膜采用无机材料高温烧制而成，具有化学稳定性高、耐酸碱、寿命长等优点。平板陶瓷膜在处理水质成分复杂或高浓度的工业废水时优势较为显著，而对于平板陶瓷膜在农村污水处理中的应用情况，现阶段则鲜有报道。
通过对北京南部某区采用一体化陶瓷膜污水处理设备的农村污水处理项目的应用研究，一方面分析农村污水处理的一些难点、痛点，另一方面也根据陶瓷膜MBR工艺在农村污水处理中的应用情况分析其设计、运行控制要点，为陶瓷膜MBR工艺更好地应用于农村污水处理提供一定的参考。
1、项目概况
该项目包括十多个农村污水处理站点，分散分布，每个站点均采用一体化陶瓷膜污水处理设备，重点介绍其中7套设计处理规模为500m3/d的设备运行情况。每个站点的工艺流程相同，均为AAO+陶瓷膜MBR工艺。
工艺流程如图1所示。
其中，纳米平板陶瓷膜是以无机陶瓷材料经特殊工艺制备而成的非对称膜。陶瓷膜壁密布孔径约为100nm的微孔，在抽吸外压的作用下，水等小分子可以透过膜，其他大分子物质被膜截留，从而达到分离目的。
平板陶瓷膜主要参数见表1。
由于农村污水水质水量波动大，不同项目差别较大，因此部分运行参数波动范围也较大。
该项目一体化设备的设计参数及运行条件如表2所示。纳米陶瓷膜如图2所示。
2、运行情况与分析
2.1 处理难点
①水量波动
该项目中7个设计处理规模为500m3/d的站点实际平均处理水量约为198m3/d，平均水量负荷率仅有39.6%，各站点负荷率标准偏差为15%～20%。而其中也不乏部分来水量达到或超过站点设计水量，以及当日来水量极少的情况。这体现了农村污水处理站点的一个重要特点，即水量波动大。
分析原因主要有：农村人口流动性大、农业灌溉和雨水的间歇性混入、周边小型企业的间歇性生产废水排入以及污水输送管网或沟渠的漏损等。针对水量波动大的特点，设计时设有冗余量，在设备选型时留有一定的安全系数。此外，水量波动大带来的另一个显著问题就是水量负荷小时，吨水能耗显著增加。
②水质波动
农村污水处理站点受雨水混入或企业、养殖户排污影响，水质波动较大。对其中一个进水异常站点进行了连续一周不同时间点的进水水质检测，结果如图3所示。
该站点进水水质波动较大且普遍浓度较高，通过对该村污水来源进行排查分析后，发现该站点水质波动主要是其周边存在小型作坊，间歇排水所致。同样，也有部分站点来水污染物浓度较低，这些站点分为两类:一类是明渠来水，存在雨水稀释作用;另一类是村民在冬季为防止水管冻裂采取的长流水习惯所致，这两类情况下进水浓度即可接近排放标准。进水浓度较高，以及进水中含难生物降解的有机物时，会导致出水难以达标，而低浓度又会导致污泥浓度难以为继。
除水质的波动外，农村污水由于管网不完善，还带来了冬季进水水温低的严重问题，对于明渠来水的站点，其冬季水温可低至4℃以下。众多研究表明，微生物在低温下的活性将大幅降低，这是因为在低温下一方面微生物的酶活性降低，水中基质间的传递变得缓慢，微生物生长繁殖迅速减缓，从而降低常规生化反应的速率，其中对生化反应速率的影响可以参考阿仑尼乌斯反应公式;另一方面生化系统中起硝化作用的硝化细菌活性受温度影响尤为明显，当温度＜11℃后，硝化反应将受到严重的抑制。因此，低温将会严重影响污水生物处理的效果，特别是会抑制系统的硝化，使得出水氨氮浓度难以达标。
2.2 陶瓷膜MBR工艺处理情况
选取进水水质及水量较为稳定的一个站点进行一定频次(出水每周2～3次，进水每月2～3次)的水质检测，以了解采用陶瓷膜MBR一体化设备处理常规农村污水时的效果以及膜污染变化情况。
该站点来水主要为生活污水，部分时段有少量雨水混入，平均进水COD、氨氮、TP浓度分别为189.02、40.03、3.95mg/L，平均出水浓度分别为17.54、1.35、0.19mg/L，由于未考核TN指标，仅进行了几次达标验证，通过少量投加外碳源(乙酸钠)，使得进水碳氮比(COD/TN)＞5即可保证出水TN达标。
来水为管道结合有盖板渠道的形式，在冬季该点进水温度能维持在8℃左右，设备内水温在10℃左右，加之本系统的污泥浓度较高(＞10g/L)，且在30d以上的长污泥龄下，有助于系统驯化适应低温的微生物，因此在此温度下，系统出水水质仍能保持稳定。出水TP通过化学除磷的方式去除，温度对其影响较小。本项目中明渠进水水温在4℃左右，出水氨氮基本未去除。
2.2.1 膜污染及其控制
该稳定运行站点的膜污染情况如图4所示。正常运行时通量为16～40L/(m2•h)，平均运行通量约为24L/(m2•h)。在此运行通量下，跨膜压差(TMP)为－40～－20kPa，压差上升速率约为1kPa/d。每隔半个月对膜系统进行一次在线维护清洗，停止产水，在清水池中配制浓度约为1000mg/L的次氯酸钠溶液，通过重力形式药液反向流入膜腔内部，浸泡4～6h。在线清洗后，跨膜压差可恢复至初始的－20kPa左右，之后再逐步上升至－35kPa左右。平板陶瓷膜由于强度大，部分站点运行压差维持在－55kPa左右，但为了保证系统的稳定，通常建议控制在－40kPa以内运行。