浙江省農(nóng)村生活污水一體化處理設(shè)施應(yīng)用現(xiàn)狀與典型工藝研究

唐占譜，何 芳，胡前亮，肖玉笛，曲云鵬

（1.浙江省建設(shè)工程質(zhì)量檢驗站有限公司，浙江 杭州 310007；2.浙江建科節(jié)能環(huán)?？萍加邢薰?，浙江 杭州 310007）

1 浙江省農(nóng)村生活污水處理設(shè)施建設(shè)現(xiàn)狀

2014年以來，在“美麗鄉(xiāng)村”建設(shè)理念的推動下，浙江省率先提出全面治理農(nóng)村生活污水，每年浙江省都有新政策出臺，對農(nóng)村生活污水進(jìn)行多面性、持續(xù)性的管控治理，浙江省農(nóng)村生活污水治理水平在近年得到顯著提升。根據(jù)浙江省農(nóng)村生活污水治理監(jiān)管平臺數(shù)據(jù)統(tǒng)計，截至目前，全省已建有處理設(shè)施的行政村數(shù)為15 525個，污水處理設(shè)施共57 381座，運維管理單位123家。其中已建成一體化集中處理設(shè)施47 712座，處理設(shè)施總設(shè)計日處理能力為1 449 179.7 t，行政村處理設(shè)施覆蓋率為93.2%，農(nóng)村生活污水治理行政村出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)率為84.1%。

全省約40 000座一體化集中處理設(shè)施中，主要由“活性污泥法衍生工藝”“生物膜處理工藝”“其他一體化組合工藝”3種工藝模式組成，其中活性污泥法衍生工藝占比達(dá)52.16%，生物膜處理工藝占比達(dá)35.50%，其他一體化組合工藝占比達(dá)12.34%。

2 浙江省農(nóng)村生活污水特點及典型處理工藝

農(nóng)村生活污水具有排放點分散、水量小、時段性和季節(jié)性強(qiáng)等特點，污水中氮、磷濃度高且含有大量的營養(yǎng)鹽、細(xì)菌和病毒[1-2]，農(nóng)村生活污水若得不到有效治理，將會影響村鎮(zhèn)飲用水安全，造成土壤肥力下降，糧食產(chǎn)量降低，也會對地下水、湖泊、流域的水質(zhì)產(chǎn)生影響[3-5]。因此，采用具有先進(jìn)性、適用性、有效性的污水處理工藝是解決農(nóng)村生活污水問題的關(guān)鍵。通過分析活性污泥法衍生工藝中的典型工藝“厭氧-缺氧-好氧法（anaerobicˉanoxicˉoxic,AAO）主體工藝”和“序批式活性污泥法（sequencing batch reactor,SBR）主體工藝”，生物膜處理工藝中的典型工藝“膜生物反應(yīng)器（membrane bioˉreactor,MBR）主體工藝”，梳理和對比農(nóng)村生活污水一體化處理設(shè)備相關(guān)原理和特點，為模式選擇、推廣和應(yīng)用提供理論支持。

2.1 活性污泥法衍生工藝

2.1.1 AAO主體工藝

一體化AAO工藝將厭氧-好氧除磷系統(tǒng)和缺氧-好氧脫氮系統(tǒng)相結(jié)合，可同時去除水中的有機(jī)物、氮和磷。在厭氧池，聚磷菌利用生活污水中低級脂肪酸等易降解的有機(jī)物進(jìn)行厭氧釋磷。在缺氧池，反硝化菌利用剩余的有機(jī)物和回流的硝酸鹽進(jìn)行反硝化作用脫氮。在好氧池，硝化菌進(jìn)行硝化作用將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，同時聚磷菌進(jìn)行好氧吸磷，可有效去除水中的有機(jī)物、氮和磷，并且能夠有效避免出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象。該工藝整體穩(wěn)定可靠，沉淀效果理想，可獲得穩(wěn)定的出水水質(zhì)。

2.1.2 SBR主體工藝

一體化SBR工藝是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥污水處理技術(shù)，又稱為序批式活性污泥法。生活污水連續(xù)進(jìn)入處理池直到反應(yīng)器內(nèi)最高行液位，通過池底泵的攪動，使污水和池中活性污泥充分混合，進(jìn)水達(dá)到設(shè)定的液位后開始曝氣，使污水中的污染物在此階段通過微生物的降解作用得以去除；進(jìn)入沉淀階段后停止曝氣和攪拌，使混合液處于靜止?fàn)顟B(tài)，完成固水分離，水中的溶解氧將不斷下降，最終上清液排出，到循環(huán)開始時的最低水位。其運行次序一般分為進(jìn)水期、反應(yīng)期、沉淀期、排水期和閑置期5個階段，5個階段所需的時間為一個周期[6]。

2.2 生物膜處理工藝

MBR主體工藝是生物膜處理工藝中的典型工藝。一體化MBR 工藝是指膜分離與生物膜處理有機(jī)結(jié)合的新型污水處理技術(shù)[7]，污水通過過濾裝置進(jìn)入調(diào)節(jié)池，再通過缺氧池進(jìn)行生化反應(yīng)處理。污水經(jīng)過好氧處理后，在模組件進(jìn)行過濾，濾膜直接浸入在曝氣池中，與反應(yīng)混合液直接接觸。通過氣提方式在膜的底部通入空氣，對中空纖維膜的外表面進(jìn)行擦洗，進(jìn)而可連續(xù)去除掉黏附在膜表面上的固體物質(zhì)，達(dá)到防止或降低膜的污染或堵塞的目的。同時氣流也具有曝氣作用，可提供生物降解所需要消耗的大部分氧，其余部分氧還要通過擴(kuò)散曝氣系統(tǒng)來提供。濾膜組件將生化反應(yīng)池中的活性污泥和大分子有機(jī)物截留住，不僅有助于增殖緩慢的微生物生長，而且延長了難降解有機(jī)物在系統(tǒng)中的停留時間，生物反應(yīng)中產(chǎn)生的過量污泥可以直接可以從超濾膜池中排出。

3 典型處理工藝出水水質(zhì)指標(biāo)對比

通過選取設(shè)備價格、主體質(zhì)量相近，處理量為10 t/d 的農(nóng)村生活污水一體化處理設(shè)備，對分別采用AAO 主體工藝、SBR 主體工藝和MBR 主體工藝的處理設(shè)備進(jìn)行出水水質(zhì)性能分析。完成設(shè)備培菌調(diào)試后，2022 年 4 月 11 日—6 月9 日期間采集污水處理廠內(nèi)農(nóng)村生活污水作為原水在水溫26 ℃±5 ℃條件下穩(wěn)定運行60 d，期間設(shè)備進(jìn)出水5 項基本污染物濃度指標(biāo)如下。

（1）pH。測試期間進(jìn)水 pH 為 6.8～7.7，AAO 主體工藝設(shè)備出水 pH 為 6.3～7.7，MBR 主體工藝設(shè)備出水pH 為 6.6～7.7，SBR 主體工藝設(shè)備出水 pH 為 6.8～7.8。

（2）化學(xué)需氧量。測試期間進(jìn)水化學(xué)需氧量值為112～194 mg/L；期間AAO 主體工藝設(shè)備出水化學(xué)需氧量去除率為87.0%，處理后化學(xué)需氧量濃度最小值為14 mg/L，最大值為29 mg/L；期間MBR 主體工藝設(shè)備出水化學(xué)需氧量去除率為89.1%，處理后化學(xué)需氧量濃度最小值為13 mg/L，最大值為26 mg/L；期間SBR 主體工藝設(shè)備出水化學(xué)需氧量去除率為87.9%，處理后化學(xué)需氧量濃度最小值為15 mg/L，最大值為27 mg/L。

（3）懸浮物。測試期間進(jìn)水懸浮物值為60～98 mg/L；期間AAO 主體工藝設(shè)備出水懸浮物去除率為87.6%，處理后懸浮物濃度最小值為5 mg/L，最大值為17 mg/L；期間MBR 主體工藝設(shè)備出水懸浮物去除率為93.1%，處理后懸浮物濃度最小值小于等于4 mg/L，最大值為9 mg/L；期間SBR 主體工藝設(shè)備出水懸浮物去除率為88.3%，處理后懸浮物濃度最小值為6 mg/L，最大值為14 mg/L。懸浮物處理前后對比如圖1 所示。

圖1 懸浮物處理前后對比

（4）氨氮。測試期間進(jìn)水氨氮值為33.3～48.9 mg/L；期間AAO 主體工藝設(shè)備出水氨氮去除率為96.4%，處理后氨氮濃度最小值為0.817 mg/L，最大值為5.97 mg/L；期間MBR 主體工藝設(shè)備出水氨氮去除率為98.0%，處理后氨氮濃度最小值為0.076 mg/L，最大值為1.23 mg/L；期間SBR 主體工藝設(shè)備出水氨氮去除率為97.6%，處理后氨氮濃度最小值為0.568 mg/L，最大值為1.21 mg/L。

（5）總磷。測試期間進(jìn)水總磷值為4.21～7.01 mg/L；期間AAO 主體工藝設(shè)備出水總磷去除率為72.3%，處理后總磷濃度最小值為1.17 mg/L，最大值為1.88 mg/L；期間MBR 主體工藝設(shè)備出水總磷去除率為77.6%，處理后總磷濃度最小值為0.781 mg/L，最大值為1.89 mg/L；期間SBR 主體工藝設(shè)備出水總磷去除率為78.9%，處理后總磷濃度最小值為0.719 mg/L，最大值為1.45 mg/L。總磷處理前后對比如圖2 所示。

圖2 總磷處理前后對比

通過60 d 的連續(xù)出水跟蹤化驗監(jiān)測，對3 種不同主體工藝農(nóng)村生活污水處理設(shè)備出水污染物中的pH、化學(xué)需氧量、懸浮物、氨氮、總磷5 個指標(biāo)做了優(yōu)效性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性的對比，得出AAO 主體工藝設(shè)備經(jīng)濟(jì)性最佳，MBR 主體工藝5 項指標(biāo)平均污染物去除率相較最佳，SBR 主體工藝穩(wěn)定性最佳。

4 典型處理工藝技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、性能指標(biāo)對比

結(jié)合運行狀態(tài)、維護(hù)管理、出水水質(zhì)等對3 臺一體化處理設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、性能指標(biāo)等進(jìn)行綜合對比總結(jié)，結(jié)果如表1 所示。

表1 技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、性能指標(biāo)對比

5 結(jié)語

采用農(nóng)村生活污水一體化處理設(shè)備是解決浙江省農(nóng)村生活污水排放分散、濃度不均的有效方法，其具有投資成本低、維護(hù)管理便捷、充分利用土地資源、協(xié)控污水管網(wǎng)規(guī)模、水資源重復(fù)利用等一系列優(yōu)勢。而AAO 主體工藝處理設(shè)備技術(shù)成熟，工藝結(jié)構(gòu)簡單，運行維護(hù)成本低，但占地面積大，適用經(jīng)濟(jì)狀況一般的農(nóng)村地區(qū)。SBR 主體工藝水量適應(yīng)性強(qiáng)，但運行維護(hù)次數(shù)頻繁，運維專業(yè)性強(qiáng)，適合具備一定經(jīng)濟(jì)條件的農(nóng)村地區(qū)。MBR 主體工藝設(shè)備出水穩(wěn)定，但運維成本相較更高，需配備專業(yè)運行維護(hù)人員，適用經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的農(nóng)村地區(qū)。

浙江省作為農(nóng)村生活污水治理先行者，連續(xù)出臺了相關(guān)政策與規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，未來應(yīng)深入剖析治理經(jīng)驗，重點加強(qiáng)農(nóng)村生活污水處理設(shè)備精準(zhǔn)性、適用性、有效性，統(tǒng)籌全省農(nóng)村人居環(huán)境改善情況，推進(jìn)相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新，培育有效的市場監(jiān)管體系，形成綠色健康的農(nóng)村環(huán)境新局面。