一種駁岸斜坡式生物接觸氧化系統(tǒng)在農(nóng)村生活污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用前景

邱呈東 姚運佳 李林柱 余四堂

摘要：研究探索一種駁岸斜坡式生物接觸氧化系統(tǒng)在農(nóng)村生活污水處理中的應(yīng)用前景。依據(jù)一種駁岸斜坡式生物接觸氧化系統(tǒng)原理，提出一套農(nóng)村生活污水處理系統(tǒng)。將生活污水經(jīng)污水管網(wǎng)收集進(jìn)入收集池中，再通過提升電泵將生活污水提升至一級溢流堰，經(jīng)一級溢流堰讓污水均勻流入多級斜坡式生物接觸氧化設(shè)施，污水經(jīng)多級斜坡式生物接觸氧化設(shè)施處理后流入二級溢流堰，通過二級溢流堰將一部分污水回流到收集池中，另一部分污水排入人工濕地中，通過人工濕地中水生植物的生長來吸收污水中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，最后將處理后污水排入外環(huán)境。研究結(jié)果可以為農(nóng)村生活污水處理提供一個全新的研究方向。

關(guān)鍵詞：一種駁岸斜坡式生物接觸氧化系統(tǒng);農(nóng)村生活污水處理;運行成本;運行管理

Abstract：The purpose of this study is to explore the application prospect of a slope biological contact oxidation system in the field of rural domestic sewage treatment.Based on the principle of a slope biological contact oxidation system， a set of rural domestic sewage treatment system is proposed. The domestic sewage was collected into the collection pool through the sewage conduit， and then lifted to the first level overflow weir through the electric pump. Next， the sewage flows into the multi-level slope type biological contact oxidation facility evenly through the first level overflow weir. After the sewage is treated by the multi-level slope type biological contact oxidation facility， it flows into the second level overflow weir. Through the second level overflow weir， part of the sewage flows back to the collection pool， another part of the sewage is discharged into the constructed wetland， and the nutrients such as nitrogen and phosphorus are absorbed by the aquatic plants in the constructed wetland. Finally， the treated sewage is discharged into the external environment.The results of this study can provide a new research direction for the study of rural domestic sewage treatment.

Key words：A slope biological contact oxidation system;Rural domestic sewage treatment;Running cost;Operation management

黨的十九大報告提出了鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，并要求統(tǒng)籌推進(jìn)農(nóng)村生態(tài)文明建設(shè)，農(nóng)村生態(tài)環(huán)境整治工作隨之提上日程，而農(nóng)村生活污水的治理作為其中一項重點工作，使得農(nóng)村生活污水處理方面的研究也成為當(dāng)下的一個熱點。

1 農(nóng)村生活污水的來源及特點

（1）農(nóng)村生活污水來源：主要來源于淘米、洗菜、洗衣、沐浴、拖洗、沖廁廢水等[2-4];（2）農(nóng)村生活污水水質(zhì)特點：COD、BOD濃度較高，可生化性較強;含有人畜糞便，氮磷含量較高;懸浮物較高;水質(zhì)不穩(wěn)定，不同時段差異大;（3）農(nóng)村生活污水水量特點：水量較小;水量不穩(wěn)定，不同時段差異大，有明顯高峰期。

2 目前農(nóng)村生活污水處理面臨的問題

長期以來，農(nóng)村生活污水的處理一直是生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作的薄弱環(huán)節(jié)[5]。隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展，農(nóng)村生活品質(zhì)日益提升，衛(wèi)生潔具、洗衣機、沐浴設(shè)施等走進(jìn)尋常百姓家，導(dǎo)致農(nóng)村的人均日用水量和生活污水排放量急增，然而由于農(nóng)村居民較為分散、農(nóng)村生活污水收集困難，且長期缺乏資金投入，導(dǎo)致很多農(nóng)村沒有建設(shè)污水處理設(shè)施和配套雨污管網(wǎng)，農(nóng)村生活污水直接排放或經(jīng)化糞池簡單處理后進(jìn)入周邊土壤或水體，既污染環(huán)境又影響感觀，而且容易導(dǎo)致地下水或地表水水質(zhì)惡化，甚至黑臭化，滋生蚊蟲，不僅破壞水環(huán)境生態(tài)，還嚴(yán)重威脅著周邊居民的飲用水安全和身體健康。

而即使部分農(nóng)村建設(shè)了生活污水處理設(shè)施，由于設(shè)計先天不足導(dǎo)致的運行成本高、運行管理難度大、以及缺乏專業(yè)技術(shù)人才、運維資金不足、管理體系不完善等原因，導(dǎo)致現(xiàn)有的生活污水處理設(shè)施普遍存在處理效率低下、甚至設(shè)施停用、“曬太陽”等問題。

3 一種駁岸斜坡式生物接觸氧化系統(tǒng)的專利簡介

深圳市鐵漢生態(tài)環(huán)境股份有限公司于2016年9月26日申請，并于2017年5月31日獲得專利授權(quán)公告號為CN 206203981 U的一種駁岸斜坡式生物接觸氧化系統(tǒng)實用新型專利。該實用新型專利提出一種凈化河水的方法，在河岸設(shè)置一個斜坡式生物接觸氧化池，斜坡平面鋪設(shè)填料，通過提升泵將河水提升至進(jìn)水槽，經(jīng)進(jìn)水槽流入斜坡式生物接觸氧化池，通過水流獲得空氣中氧氣，不需要安裝風(fēng)機進(jìn)行曝氣，節(jié)約處理成本，并利用河水中的微生物進(jìn)行掛膜，河水流經(jīng)填料微生物膜時，其中的可降解物質(zhì)被填料上微生物膜捕獲降解，達(dá)到凈化河水的目的，河水經(jīng)處理后再排入河中。

4 一種駁岸斜坡式生物接觸氧化系統(tǒng)的凸出優(yōu)勢

一種駁岸斜坡式生物接觸氧化系統(tǒng)通過河水流動獲取空氣中的氧氣，為河水中微生物凈化河水提供動力，無需另外安裝風(fēng)機進(jìn)行曝氣，工藝簡單，成本較低，運行管理方便。

5 一種駁岸斜坡式生物接觸氧化系統(tǒng)在農(nóng)村生活污水處理中的應(yīng)用

5.1 工藝流程介紹

將生物污水經(jīng)污水管網(wǎng)收集進(jìn)入收集池中，經(jīng)沉淀后，再通過提升電泵將生活污水提升至一級溢流堰，經(jīng)過一級溢流堰讓污水均勻布設(shè)，流入多級斜坡式生物接觸氧化設(shè)施，多級斜坡式生物接觸氧化設(shè)施斜坡控制在較小坡度，使得污水緩慢流淌，斜坡上鋪設(shè)有彈性填料，利用生活污水中的微生物進(jìn)行掛膜，污水流經(jīng)填料時，污水中的可降解物質(zhì)被填料表面的生物膜捕捉并降解，利用溢流堰跌水和斜坡上污水的流動獲得空氣中的氧氣，為微生物降解提供動力，污水經(jīng)多級斜坡式生物接觸氧化設(shè)施處理后流入二級溢流堰，通過二級溢流堰將一部分污水回流到收集池中，降低收集池中污水濃度，延長污水與填料生物膜的接觸時間，降低多級斜坡式生物接觸氧化設(shè)施降解壓力，從而進(jìn)一步提升處理效果，另一部分污水排入人工濕地中，通過人工濕地中水生植物的生長來吸收污水中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，達(dá)到脫氮除磷的目的，處理后的污水最后排入外環(huán)境。（工藝流程圖見圖1）

5.2 主要參數(shù)及關(guān)系

（1）流量關(guān)系：

Q2? ——每天的提升水流量，m3/d;

Q3? ——每天的回流水流量，m3/d;

Q4? ——每天的出水流量，m3/d。

（2）時間關(guān)系

t2? ——污水單次流過多級斜坡式生物接觸氧化設(shè)施與填料生物膜的有效接觸時間，s;

l? ——斜坡長度，m;

v? ——斜坡污水流動速度，m/s。

（3）流量與時間的關(guān)系

t1? ——污水與多級斜坡式生物接觸氧化設(shè)施填料生物膜的有效接觸時間，s。

（4）回流比（回流比直接決定整套系統(tǒng)的耗能水平）

R ——回流比，無量綱。

（5）BOD5表面積負(fù)荷

Ns0? ——BOD5表面積負(fù)荷，gBOD5/（m2·d）;

Q1? ——每天的進(jìn)水流量（理論上Q1 = Q4），m3/d;

S0 ——進(jìn)水BOD5濃度，mg/L。

d? ——斜坡寬度，m。

（6）斜坡坡度i，與每天的提升水流量Q2、多級斜坡式生物接觸氧化設(shè)施斜坡長度l和寬度d一起影響污水流動速度v，從而影響污水單次流過多級斜坡式生物接觸氧化設(shè)施與填料生物膜的有效接觸時間t2，并進(jìn)一步影響回流比R。

5.3 工程建設(shè)內(nèi)容及要求

工程建設(shè)內(nèi)容主要包括收集池、一級溢流堰、多級斜坡式生物接觸氧化設(shè)施、二級溢流堰、氧化塘等。

（1）收集池中間隔斷，分為兩個區(qū)域，前一個區(qū)域起到沉淀的作用，用于沉淀較大的顆粒物，后一個區(qū)域布置提升電泵。（2）為減少耗能，減小回流比R，需要延長污水單次流過多級斜坡式生物接觸氧化設(shè)施與填料生物膜的有效接觸時間t2，因此多級斜坡式生物接觸氧化設(shè)施長度會比較長，為使得多級斜坡式生物接觸氧化設(shè)施合理布置，也可以采用折疊式布置。（3）為增加斜坡填料附著的生物膜量，防止填料變形，被水流壓在水底，斜坡填料應(yīng)選擇帶剛性支撐的彈性纖維填料。（4）斜坡填料的布置要能夠適當(dāng)減緩污水流速，并使得填料充分與污水接觸，促進(jìn)掛膜，附著更多的生物膜。（5）由于農(nóng)村生活污水流量不穩(wěn)定，二級溢流堰應(yīng)具有微調(diào)功能。當(dāng)收集池中污水低于低水位警戒線時，可以調(diào)小出水量;當(dāng)收集池中污水高于高水位警戒線時，可以調(diào)大出水量。（6）收集池應(yīng)設(shè)置溢流管。由于農(nóng)村生活污水流量不穩(wěn)定，且整套系統(tǒng)是通過提升電泵進(jìn)水，無法實時調(diào)控進(jìn)出水量，因此收集池應(yīng)在高水位警戒線上方設(shè)置溢流管，當(dāng)收集池水位過高時，可以通過溢流管外排。（7）多級斜坡式生物接觸氧化設(shè)施不適用于北方，北方天氣寒冷會導(dǎo)致水面結(jié)冰，而南方多雨，因此多級斜坡式生物接觸氧化設(shè)施需建設(shè)雨棚，防止填料上附著的生物膜被雨水沖散。（8）人工濕地前端池體填充卵石、煤矸石等填料，后端池體種植四季常青的水生植物。（9）考慮到農(nóng)村生活污水處理站的財政撥款多為一次性撥款，一般不含運行費用，可以配套建設(shè)安裝太陽能電池板，通過太陽能電池發(fā)電收入，補貼農(nóng)村生活污水處理站的運行成本，不建議安裝太陽能發(fā)電儲能電池，儲能電池使用維護(hù)不方便，且需要定期更換，提高了維護(hù)使用成本。

5.4 設(shè)施調(diào)試要求

設(shè)施運行初期，需要進(jìn)行調(diào)試，通過調(diào)試使多級斜坡式生物接觸氧化設(shè)施填料掛膜，并對出水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得進(jìn)出水量達(dá)到相對平衡。

5.5 運行維護(hù)要求

（1）定期對收集池沉淀物進(jìn)行清理;（2）定期對提升電泵進(jìn)行維護(hù)檢查，做到一用一備，切換使用;（3）定期查看收集池水位，并根據(jù)收集池水位對出水量進(jìn)行微調(diào);（4）對氧化塘中水生植物進(jìn)行定期清理收割、補種;（5）對太陽能電池進(jìn)行維護(hù)檢查;（6）定期對進(jìn)出水口進(jìn)行采樣監(jiān)測，查看達(dá)標(biāo)排放情況。

5.6 優(yōu)缺點

本系統(tǒng)的優(yōu)點在于抗水質(zhì)水量變化能力強，且不需要安裝風(fēng)機進(jìn)行曝氣，運行管理方便、運行成本較低。本系統(tǒng)的缺點在于多級斜坡式生物接觸氧化設(shè)施占地面積較大，且斜坡建設(shè)要求較高，施工難度較大。

6 應(yīng)用前景展望

根據(jù)研究探索，一種駁岸斜坡式生物接觸氧化系統(tǒng)在農(nóng)村生活污水處理中具有很大的應(yīng)用前景，具有抗水質(zhì)水量變化能力強、運行維護(hù)簡單、運行成本較低等適合用作農(nóng)村污水處理工藝的特點，可以作為農(nóng)村生活污水處理領(lǐng)域的一個全新的研究方向，值得各位研究人員深入探索。

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收稿日期：2020-04-09

作者簡介：邱呈東（1993-），男，學(xué)士學(xué)位。研究方向為水污染治理。

通訊作者：姚運佳（1993-），女，學(xué)士學(xué)位，助理工程師。研究方向為環(huán)境監(jiān)測技術(shù)及安全。