崇明區(qū)零散村落生活污水治理分析

田之光

（上海市機(jī)電設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200040）

1 崇明區(qū)農(nóng)村生活污水現(xiàn)狀

上海市崇明區(qū)農(nóng)村村落存在多種形式，既有獨(dú)門獨(dú)院的別墅式農(nóng)民新村、小區(qū)式中心村、也有分散的自然村落。其中分散的自然村落分布較廣，且位置相對(duì)于鄉(xiāng)、鎮(zhèn)較偏遠(yuǎn)，離最近的市政管網(wǎng)超過一定距離，因此生活污水納管率較低[1]。農(nóng)村自然村落的生活污水對(duì)附近河道污染問題及由此產(chǎn)生的公共衛(wèi)生安全問題逐漸突顯。新村附近大多數(shù)河道雖然都已修繕一新，河道邊用水泥或磚石砌起，但忽略了駁岸對(duì)河流及水陸生態(tài)系統(tǒng)的影響。雖然進(jìn)行了河道綠化，有些支流河水卻泛著青色。量大而面廣的農(nóng)村生活污水是造成郊區(qū)農(nóng)村慢流速支流小河道水質(zhì)變差的主要原因。

1.1 一級(jí)處理排放

目前，崇明區(qū)農(nóng)村的一級(jí)生活污水處理設(shè)施為化糞池。三格式化糞池造價(jià)低廉，在正常使用情況下可以去除糞便污水中50%的BOD5和CODCr，但出水水質(zhì)如要達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，則需進(jìn)一步處理。且由于化糞池非飽和帶中缺少碳源，抑制反硝化脫氮，最終導(dǎo)致硝酸鹽滲入地下水，是化糞池最普遍的環(huán)境危害。

1.2 二級(jí)處理排放

我國(guó)城市生活污水處理的主要途徑是經(jīng)市政管網(wǎng)收集后輸送到污水處理廠進(jìn)行集中處理。崇明區(qū)零散村落如果建立傳統(tǒng)集中式污水處理系統(tǒng)，投資建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用對(duì)經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后的農(nóng)村來說是沉重負(fù)擔(dān)。而建立分散式污水處理系統(tǒng)則不需要龐大的管網(wǎng)投資。

為實(shí)現(xiàn)崇明區(qū)分散的自然村落生活污水治理后排放達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，崇明區(qū)制定了“建養(yǎng)一體化”管理辦法。項(xiàng)目采用設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)一體化形式招投標(biāo)，養(yǎng)護(hù)期5年，養(yǎng)護(hù)期從通過竣工驗(yàn)收之日起開始計(jì)算。項(xiàng)目工程費(fèi)由區(qū)財(cái)政負(fù)責(zé)籌措，青苗費(fèi)、清障費(fèi)等前期費(fèi)由鎮(zhèn)（鄉(xiāng)）財(cái)政負(fù)責(zé)籌措。運(yùn)行養(yǎng)護(hù)費(fèi)由區(qū)財(cái)政、鎮(zhèn)（鄉(xiāng)）財(cái)政按80∶20比例分擔(dān)[2]。

2 目前采取的主要治理工藝

崇明區(qū)從2016年開始，加大了零散自然村落的農(nóng)村生活污水改造力度，主要采用生化處理工藝，采取地埋式一體化凈化槽，處理規(guī)模覆蓋1～200t/d。典型工藝包括厭氧+缺氧+生物接觸氧化、水解酸化+A2O、SBR等。目前各種工藝路線均可實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放；但存在竣工驗(yàn)收后，生活污水有機(jī)物濃度偏低、水量波動(dòng)及冬季低溫等不利因素的干擾，同時(shí)由于農(nóng)村生化處理專業(yè)技術(shù)隊(duì)伍的缺失，存在后期出水水質(zhì)波動(dòng)的可能性。以活性污泥法為例，具體分析活性污泥法（活性污泥法包括SBR、AB法、氧化溝、A2O等）的控制技術(shù)。

2.1 工藝控制指標(biāo)

（1）pH值：通常6～9，低于5或高于10時(shí)，活性污泥沉降緩慢，上清液渾濁，甚至?xí)l(fā)生液面有漂浮的活性污泥絮體；曝氣池出口pH值低于7.0，硝化菌活性降低，氨氮去除率明顯下降。

（2）水溫：低于10℃，出水未沉降絮體增多；高于40℃，菌膠團(tuán)部分解體；低于5℃，生化系統(tǒng)基本無去除率。

（3）F/M（系統(tǒng)中有機(jī)物與微生物數(shù)量比值）值：傳統(tǒng)活性污泥法F/M控制在0.2～0.4kgBOD5/kgMLSS·d。

（4）DO：曝氣池出口溶解氧控制在2～3mg/L；檢測(cè)過地埋式一體化凈化槽曝氣池出口出現(xiàn)4.5mg/L甚至8.0mg/L情況。

（5）活性污泥濃度（MLSS）：水溫降低10℃，活性污泥的活性降低一半。

（6）沉降比（SV30%）：通過觀察自由沉淀（前30s），了解是否發(fā)生活性污泥濃度過低、絲狀菌膨脹、曝氣過度和活性污泥濃度過高等非正常工況；應(yīng)每日用1000mL量筒取樣觀察，目前許多處理設(shè)施該檢測(cè)項(xiàng)目存在空白。

（7）污泥齡：污泥齡控制在15～20d可兼顧脫氮除磷兩方面工藝要求。

（8）回流比：控制在30%～70%；存在由于回流比控制不準(zhǔn)確和缺氧池碳源不足導(dǎo)致反硝化去除率下降現(xiàn)象。

（9）原水成分：BOD5∶N∶P=100∶5∶1，若長(zhǎng)期比例失衡，應(yīng)適當(dāng)考慮補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)劑，例如投加碳源—葡萄糖、氮磷營(yíng)養(yǎng)劑尿素和磷酸。

上述工藝控制參數(shù)，需要注意監(jiān)測(cè)，并根據(jù)各參數(shù)的變化情況及時(shí)調(diào)整工藝控制。

2.2 活性污泥法運(yùn)行故障的應(yīng)對(duì)方法

2.2.1 生化系統(tǒng)培菌啟動(dòng)困難[3]

（1）接種培菌：接種臨近污水處理廠二沉池回流污泥：通常按照F/M值5～10，例如按照進(jìn)水量10t/d，BOD5=150mg/L，二沉池回流污泥濃度是曝氣池的1～2倍，因此MLSS取值4000mg/L。

（2）壓濾泥餅投加量：含水率取值85%，由于無效成分較多，投加量要求與接種回流污泥量相近。

（3）培菌：24h全程悶曝，DO≯3mg/L；最后組織低濃度低水量廢水進(jìn)入，DO值控制在2～3mg/L。隨后培菌過程逐步增加進(jìn)水量和進(jìn)水濃度，增加幅度按照平均分配原則在30d內(nèi)提高到正常處理水量規(guī)模，MLSS達(dá)到500mg/L需要進(jìn)行適當(dāng)排泥。

（4）自培菌：進(jìn)水濃度是正常值的20%，悶曝2d。較接種培菌時(shí)間延長(zhǎng)2～3周。

2.2.2 活性污泥濃度無法有效提升

傳統(tǒng)活性污泥法，F(xiàn)/M為0.2～0.4、SV30為15%、MLSS為1100～2500mg/L。但曝氣過度、營(yíng)養(yǎng)劑不足、底物濃度低和進(jìn)水含有過量的有毒或抑制類物質(zhì)，將導(dǎo)致濃度提升困難。

通常DO≥6.0mg/L，F(xiàn)/M≤0.03，曝氣池出水TP≤0.1mg/L、NH3-N≤1mg/L，污泥濃度無法提升。

2.2.3 生化池浮渣、泡沫故障

（1）泡沫：1）棕黃色泡沫（或與活性污泥相同顏色）：活性污泥老化；2）灰黑色泡沫：曝氣不足，處于缺氧狀態(tài)；3）白色泡沫：黏稠不易破碎泡沫，負(fù)荷高，黏稠易破碎泡沫，過度曝氣；4）彩色泡沫：帶顏色廢水進(jìn)入生化池或洗滌劑進(jìn)入系統(tǒng)。

（2）浮渣：常見棕褐色且堆積過度的液面浮渣，有兩種可能性：1）生化池發(fā)生反硝化；2）發(fā)生了絲狀菌膨脹。

2.2.4 活性污泥隨放流水漂出原因

存在沖擊負(fù)荷、活性污泥老化、活性污泥中毒、二沉池發(fā)生反硝化、曝氣過度等均可能導(dǎo)致放流水漂泥現(xiàn)象的發(fā)生。

F/M≥0.5判定存在負(fù)荷沖擊；F/M≤0.04且持續(xù)超30d，將出現(xiàn)污泥老化；DO≥3.5mg/L屬于曝氣過度。

2.2.5 活性污泥上浮

污泥反硝化和污泥絲狀菌膨脹是主要原因。

2.2.6 活性污泥老化

排泥不及時(shí)、進(jìn)水長(zhǎng)期低負(fù)荷、過度曝氣、活性污泥濃度控制過高均會(huì)造成活性污泥老化。

2.2.7 脫氮除磷

反硝化菌及聚磷菌的生長(zhǎng)繁殖需要水中富含有機(jī)物。通常依靠厭氧+缺氧+曝氣并結(jié)合有效的回流比控制，實(shí)現(xiàn)脫氮。聚磷菌厭氧釋磷，好氧過量吸磷，通過排泥除磷。

A2O脫氮除磷工藝控制參數(shù)的協(xié)調(diào)控制：1）厭氧池底物濃度：F/M≥0.15、厭氧池硝態(tài)氮≤1.5mg/L；2）DO控制：好氧池出水DO≥2.0mg/L、厭氧池≤0.2mg/L、缺氧池≤0.5mg/L；3）pH值：缺氧池反硝化pH值范圍6.5～7.5，曝氣池pH值范圍7.5～8.5；4）污泥齡：15～20d；5）回流比：脫氮內(nèi)回流200%～400%，除磷外回流50%～100%；6）水溫：20℃～28℃，低于5℃菌膠團(tuán)基本停止活動(dòng)；7）缺氧反硝化BOD5/TKN≥4.0、厭氧釋磷BOD5/TP≥25。

2.3 零散自然村落生化法處理生活污水的優(yōu)劣分析

零散自然村落生活污水存在持續(xù)低有機(jī)物濃度和低水量，24h內(nèi)水質(zhì)波動(dòng)較大。為確保生化法脫氮除磷和CODCr的去除，需要針對(duì)pH值、水溫、F/M值、DO、MLSS、SV30%、污泥齡、回流比、原水濃度開展日常監(jiān)控。否則長(zhǎng)期缺失監(jiān)管，前述章節(jié)分析的活性污泥法運(yùn)行故障將可能發(fā)生。通過對(duì)上海其他區(qū)域小型污水處理站的調(diào)查，有專業(yè)化污水管理的只占22.2%，分析認(rèn)為，出水水質(zhì)達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)可能與缺乏專業(yè)化管理有關(guān)[4]。

為有效應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的超標(biāo)排放異常工況，并結(jié)合崇明區(qū)河網(wǎng)密集、土地和水資源相對(duì)富余的特點(diǎn)，建議結(jié)合新農(nóng)村建設(shè)，在地埋式生活污水生化處理設(shè)施出口或CODCr波動(dòng)較大支流，建設(shè)公園式人工濕地，確保匯流水達(dá)標(biāo)排放；但不建議高SS水直接進(jìn)入人工濕地。

3 人工濕地的優(yōu)劣性分析

人工濕地是一種人工生態(tài)系統(tǒng)，通過過濾、吸附、沉降等物理過程以及化學(xué)與生物作用的協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)改善。人工濕地的優(yōu)點(diǎn)：投資較低、維護(hù)管理簡(jiǎn)單、處理效果好、使用范圍廣。但也存在自身無法克服的缺點(diǎn)，主要是受氣候條件限制較大（冬季氣溫較低區(qū)域推廣困難），占地面積大（生化污水長(zhǎng)面的2～3倍），易產(chǎn)生淤積和堵塞。

目前國(guó)內(nèi)建設(shè)的人工濕地，主要以潛流為主，依靠植物根系泌氧（≤3g/m2濕地），供氧能力差；同時(shí)為減少用地和投資，用地僅為2～3m2/t·d。導(dǎo)致初期運(yùn)行正常，中后期由于供氧不足、厭氧菌大量繁殖導(dǎo)致出水黑臭。人工濕地的設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格按照《人工濕地污水處理工程技術(shù)規(guī)范》（HJ2005-2010）設(shè)計(jì)施工，尤其要做好防滲處理和專業(yè)化的運(yùn)行管理。人工濕地進(jìn)水水質(zhì)應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行，否則無法確保去除率和穩(wěn)定運(yùn)行[5]。人工濕地系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)要求見表1，人工濕地系統(tǒng)污染物去除率如表2。

表1 人工濕地系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)要求 （單位：mg/L）

表2 人工濕地系統(tǒng)污染物去除效率 （單位：%）

人工濕地的基質(zhì)、植物和微生物是處理污水的組成部分?；|(zhì)一般由石質(zhì)、砂質(zhì)、土質(zhì)、泥炭、沸石和煤渣等介質(zhì)組成。植物一般由沉水植物、浮水植物和挺水植物組成。微生物包括好氧型、厭氧型和兼性厭氧型多種。人工濕地適合于無霜期長(zhǎng)、植物生長(zhǎng)期長(zhǎng)的小規(guī)模生化出水的處理，針對(duì)零散自然村落是最合理最經(jīng)濟(jì)的末端水處理方法。

3.1 污染物去除

1）脫氮：通過基質(zhì)和植物根系的過濾和吸附、沉淀、氨的揮發(fā)、植物吸收和微生物降解；2）除磷：無機(jī)磷能被植物吸收轉(zhuǎn)化成自身的ATP、DNA和RNA，定期收割可實(shí)現(xiàn)除磷；3）BOD5和SS的去除：基質(zhì)的吸附作用及微生物的降解作用；4）有機(jī)物：微生物分解利用和植物根系吸收；5）重金屬：通過離子交換、化學(xué)沉淀、植物吸收和微生物氧化的結(jié)合去除；6）難降解有機(jī)物：通過植物根系吸收和微生物降解吸收。

據(jù)初步估算，1kgBOD5在植物的光合作用下，至少可以合成30kg總碳（有機(jī)物）[6]。再將植被收割清理后，水中的有機(jī)物才能得到有效去除，但一旦人工濕地生產(chǎn)出來的植被得不到有效收割和處理，其污染能力是巨大，因此人工濕地建成后的管理至關(guān)重要。

人工濕地的日常管理包括植物補(bǔ)栽、固廢清理、植物收割與處置、水位控制、填料更換等。表面流人工濕地存在冬季結(jié)冰，夏季水體易發(fā)臭和招引蚊蠅，建議盡量避免采用該方式。

3.2 人工濕地的設(shè)計(jì)參數(shù)

人工濕地的主要設(shè)計(jì)參數(shù)宜根據(jù)試驗(yàn)資料確定，無資料和經(jīng)驗(yàn)值可采用表3數(shù)據(jù)取值。

表3 人工濕地主要設(shè)計(jì)參數(shù)

3.3 幾何尺寸

1）長(zhǎng)寬比＜3∶1、潛流水深0.4～1.6m、水力坡度0.5%～1%；2）潛流人工濕地底部應(yīng)設(shè)置清淤裝置；3）植物種植密度：挺水植物9～25株/m2，浮水植物和沉水植物3～9株/m2；4）防滲層：滲透系數(shù)≯10-8m/s。

4 結(jié)語

生化設(shè)施出水再進(jìn)入人工濕地，只要管理得當(dāng)，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。崇明地區(qū)除建設(shè)較大型人工濕地外，也可以考慮建設(shè)迷你型人工濕地污水處理設(shè)施。零散分布的自然村落采用建設(shè)5～10m2的小型人工濕地，既可處理污水，又可美化環(huán)境。人工濕地系統(tǒng)可形成良好的生態(tài)循環(huán)，不僅有較好的污水凈化效果，且有較好的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益。崇明地區(qū)河網(wǎng)密布，若能再結(jié)合生態(tài)駁岸和人工浮島建設(shè)，將能提高區(qū)域景觀價(jià)值。