農(nóng)村生活污水一體化處理設(shè)備建設(shè)實(shí)踐和運(yùn)行數(shù)據(jù)分析

羅偉

（南京萬(wàn)德斯環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆K南京 210000）

1 引言

我國(guó)幅員遼闊，截至2016 年，我國(guó)農(nóng)村、城鄉(xiāng)接合部和小城鎮(zhèn)人口仍占全國(guó)人口60%以上，總數(shù)在8 億人以上［1］。廣大農(nóng)村及城鄉(xiāng)接合部遠(yuǎn)離城區(qū)，除了少數(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)之外，絕大多數(shù)居民生活污水沒(méi)有經(jīng)過(guò)統(tǒng)一的收集和處理，自然就近排放到河湖。由于上述地區(qū)數(shù)量眾多，污染物排放總量很大，對(duì)河流和湖泊的生態(tài)環(huán)境威脅不容忽視［1-2］。

在農(nóng)村、城鄉(xiāng)接合部等地區(qū)，村民住房與農(nóng)田以及自然水體等區(qū)域交錯(cuò)分布，其生活污水的產(chǎn)生和排放廣泛而分散，由于缺乏統(tǒng)一收集和管理，雨污混流，其排放多呈現(xiàn)出無(wú)組織、不穩(wěn)定、波動(dòng)大，受季節(jié)、環(huán)境和天氣等因素影響大的特點(diǎn)［3］。因此，廣大農(nóng)村、城鄉(xiāng)接合部等地區(qū)生活污水的處理和管理具有不同于城市生活污水的方面，相比規(guī)模化的城市生活污水處理而言，其處理設(shè)備設(shè)施的建設(shè)、運(yùn)行和管理面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)［2］。

本文收集了南京市江北片區(qū)共計(jì)106 個(gè)農(nóng)村污水一體化凈化處理裝置的建設(shè)、調(diào)試和運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)所得數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，試圖挖掘我國(guó)農(nóng)村生活污水產(chǎn)生和排放規(guī)律，分析一體化凈化處理裝置的運(yùn)行特征，以期為我國(guó)廣大農(nóng)村和城鄉(xiāng)接合部生活污水處理和管理提供借鑒。

2 技術(shù)路線(xiàn)和方法

2.1 項(xiàng)目背景

該項(xiàng)目服務(wù)的農(nóng)村片區(qū)位于南京市江北六合區(qū)，范圍跨葛塘街道、盤(pán)城街道、大廠(chǎng)街道和長(zhǎng)蘆街道等多個(gè)街道，所有村莊散布或連片分布于滁河兩岸。以相對(duì)獨(dú)立的村戶(hù)或者村莊為單位，為數(shù)戶(hù)或者數(shù)十戶(hù)單獨(dú)提供一套一體化生活污水處理設(shè)備，有針對(duì)性地接收對(duì)應(yīng)村戶(hù)的生活污水，經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后排放到附近農(nóng)田或河流。設(shè)備出水執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 技術(shù)路線(xiàn)

項(xiàng)目中一體化設(shè)備采用了調(diào)節(jié)池－缺氧－好氧接觸氧化－二沉池－生態(tài)濾池的工藝路線(xiàn)。

一體化農(nóng)村污水處理設(shè)備一般采用A/O 工藝，污水中的氮在好氧單元被氧化成硝酸鹽氮后，回流至缺氧單元進(jìn)行反硝化脫氮，最終轉(zhuǎn)化為氮?dú)鈴奈鬯腥コ?。生物膜法具有耐沖擊負(fù)荷、運(yùn)行穩(wěn)定、脫氮效能強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)節(jié)能、無(wú)污泥膨脹問(wèn)題、污泥產(chǎn)量少等優(yōu)點(diǎn)［4］。為適應(yīng)農(nóng)村污水水質(zhì)水量波動(dòng)大的特性，本項(xiàng)目中好氧單元采用接觸氧化法工藝，好氧段槽內(nèi)裝填半軟性球型填料。

為避免因排泥工作而難以自動(dòng)化運(yùn)行或造成次生環(huán)境污染問(wèn)題，項(xiàng)目實(shí)施中排除了生物除磷法和化學(xué)除磷法，選擇了裝配式生態(tài)濾池為一體化農(nóng)村污水設(shè)備出水的深度處理工藝。該工藝不僅無(wú)需排除污泥，具有深化去除生化尾水中氮磷等污染物的效果，出水水質(zhì)好，還可以營(yíng)造美麗的景觀，與美麗鄉(xiāng)村的建設(shè)理念相吻合［5］。

2.3 技術(shù)方法

（1）設(shè)備進(jìn)水流量控制

嚴(yán)格按照設(shè)備設(shè)計(jì)噸位進(jìn)水（按24 h 連續(xù)進(jìn)水計(jì)），通過(guò)控制提升管路的回水閥和進(jìn)水閥開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)水水量。

（2）設(shè)備溶解氧控制

通過(guò)控制曝氣管旁路控制閥開(kāi)度調(diào)節(jié)曝氣量，控制各單元溶解氧濃度如下：好氧單元溶解氧濃度保持在2～4 mg/L［6］；缺氧單元溶解氧濃度保持在0.5～1 mg/L；曝氣時(shí)間24 h，水量不足的站點(diǎn)可設(shè)置間歇式曝氣。

（3）混合液回流控制

利用空氣提升器的提升作用實(shí)現(xiàn)混合液回流，回流比控制在200%～400%。

（4）污泥回流控制

采用另一路空氣提升器實(shí)現(xiàn)污泥回流，回流比控制在100%～150%，運(yùn)維期間可定期對(duì)沉淀池進(jìn)行攪拌，減少沉淀池浮泥的產(chǎn)生。

（5）菌群馴化（掛膜）

投加市政污泥馴化掛膜，前期設(shè)備進(jìn)水為設(shè)計(jì)進(jìn)水量的50%，對(duì)菌種進(jìn)行馴化，7 d 后按設(shè)計(jì)流量進(jìn)水，進(jìn)行掛膜培養(yǎng)。

（6）水質(zhì)檢測(cè)和運(yùn)行控制

及時(shí)檢測(cè)進(jìn)水水質(zhì)，特別在調(diào)試期采用試紙等快檢技術(shù)，在水質(zhì)明顯變化時(shí)適當(dāng)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)。

3 結(jié)果和討論

3.1 農(nóng)村污水排污規(guī)模和排污水質(zhì)特征統(tǒng)計(jì)分析

以設(shè)計(jì)處理規(guī)模（t/d）為分組依據(jù)，計(jì)算此次在南京江北片區(qū)共106 個(gè)農(nóng)村污水收集站點(diǎn)的來(lái)水水質(zhì)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)值，見(jiàn)表1。從表1 數(shù)據(jù)可以看出，相同處理規(guī)模的點(diǎn)位水質(zhì)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差較大，表明即使收集戶(hù)數(shù)（表現(xiàn)為日來(lái)水量）相同，不同的村莊收集站點(diǎn)所收集的生活污水水質(zhì)也差別較大；同時(shí)，不同處理規(guī)模的站點(diǎn)相互之間污水水質(zhì)差別不大，說(shuō)明農(nóng)村生活污水具有排水水質(zhì)波動(dòng)大，而不同地點(diǎn)之間的污水水質(zhì)又具有相似性的特點(diǎn)。

表1 南京江北片區(qū)農(nóng)村污水收集站點(diǎn)進(jìn)水水質(zhì)統(tǒng)計(jì)

進(jìn)一步對(duì)上述106 個(gè)農(nóng)村污水收集站點(diǎn)的來(lái)水中的COD 和NH3－N 濃度進(jìn)行分組，統(tǒng)計(jì)在各水質(zhì)濃度區(qū)間的村莊個(gè)數(shù)分布，可得出以下結(jié)論：

（1）南京江北片區(qū)農(nóng)村污水排放規(guī)模普遍較小，排污規(guī)模在1～5 t/d 的村莊數(shù)量最多，以5 t/d 的步長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)，隨著規(guī)模的增大，對(duì)應(yīng)的村莊數(shù)量呈指數(shù)規(guī)律遞減，已沒(méi)有排污量超過(guò)50 t/d 的村莊。

（2）南京江北片區(qū)農(nóng)村污水COD 濃度在200 mg/L以下者最多，占總樣本量的52%，COD 濃度200～400 mg/L 的占總樣本量的41%，兩者累積頻率為93%。農(nóng)村污水COD 濃度最高不超過(guò)800 mg/L。

（3）南京江北片區(qū)農(nóng)村污水NH3－N 濃度普遍在30～70 mg/L，累計(jì)占總樣本量的61.3%，低于30 mg/L和高于70 mg/L 的站點(diǎn)數(shù)量比較接近，分別占總樣本量的19%。農(nóng)村污水NH3－N 濃度最高不超過(guò)120 mg/L。

3.2 進(jìn)水量對(duì)處理效果的影響

不同進(jìn)水規(guī)模的設(shè)備在調(diào)試前期和運(yùn)行期對(duì)COD 的處理效果見(jiàn)圖1。

圖1 不同進(jìn)水規(guī)模的設(shè)備在調(diào)試前期和運(yùn)行期對(duì)COD 的處理效果

不同進(jìn)水規(guī)模的設(shè)備在調(diào)試前期和運(yùn)行期對(duì)NH3－N 的處理效果見(jiàn)圖2。

圖2 不同進(jìn)水規(guī)模的設(shè)備在調(diào)試前期和運(yùn)行期對(duì)NH3－N 的處理效果

重點(diǎn)考察缺氧－好氧接觸氧化工藝段對(duì)污染物的去除效果。從測(cè)定結(jié)果可以看出，對(duì)于處理規(guī)模不超過(guò)25 t/d 的設(shè)備，處理效果受進(jìn)水規(guī)模影響較小，COD 去除率可穩(wěn)定在50%附近；當(dāng)平均進(jìn)水量超過(guò)25 t/d 時(shí)，COD 和NH3－N 去除效率整體隨進(jìn)水量增大而明顯下降。

一體化裝置對(duì)NH3－N 的去除效果較差，尤其在進(jìn)水量超過(guò)25 t/d 的設(shè)備中，出水NH3－N 濃度甚至高于進(jìn)水，表明在前置的厭氧單元和缺氧單元可能存在較強(qiáng)的水解反應(yīng)，并且在好氧單元設(shè)備掛膜暫未達(dá)到設(shè)計(jì)的理想程度，這也是因?yàn)橄趸?xì)菌生長(zhǎng)速率比普通的異養(yǎng)微生物菌群更慢。

事實(shí)上，根據(jù)正常的污染負(fù)荷設(shè)計(jì)，當(dāng)平均進(jìn)水量超過(guò)25 t/d 時(shí)，缺氧＋好氧接觸氧化＋沉淀池的一體化農(nóng)村污水處理裝置總長(zhǎng)度已超過(guò)10 m，從方便制造、運(yùn)輸和安裝的角度看，也不建議單套農(nóng)村污水一體化處理設(shè)備設(shè)計(jì)處理能力超過(guò)25 t/d。

3.3 進(jìn)水污染物濃度對(duì)處理效果的影響

從不同進(jìn)水COD 濃度和COD 去除率、NH3－N去除率（見(jiàn)圖3）可以看出，在進(jìn)水COD 濃度低于200 mg/L 時(shí)，COD 去除率隨進(jìn)水COD 濃度增加而明顯增加；而在進(jìn)水COD 濃度超過(guò)200 mg/L 時(shí)，設(shè)備對(duì)COD 的去除率趨于穩(wěn)定而不再隨進(jìn)水COD 濃度增加而增加。穩(wěn)定的最大COD 去除率在60%～70%。

圖3 不同進(jìn)水COD 濃度范圍下設(shè)備對(duì)污染物的處理效果

設(shè)備對(duì)COD 和NH3－N 的去除率隨進(jìn)水COD 濃度的變化走勢(shì)在進(jìn)水COD 濃度超過(guò)600 mg/L 后呈現(xiàn)較大的差異，在進(jìn)水COD 濃度超過(guò)600 mg/L 后，設(shè)備對(duì)NH3－N 的去除率急劇下降，表明在進(jìn)水COD濃度過(guò)高時(shí)，由于異養(yǎng)菌對(duì)水中溶解氧的競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)，對(duì)接觸氧化反應(yīng)器中硝化菌群的生長(zhǎng)造成嚴(yán)重抑制。因此，針對(duì)厭氧＋缺氧＋好氧接觸氧化農(nóng)村污水處理設(shè)備，不建議COD 濃度大于600 mg/L 的污水直接進(jìn)入設(shè)備，可以采取均化調(diào)節(jié)或適當(dāng)引入低濃度水稀釋后，再將污水送入設(shè)備處理，以保障設(shè)備對(duì)NH3－N 的處理效果。

從不同進(jìn)水NH3－N 濃度和NH3－N 去除率（見(jiàn)圖4）可以看出，在所調(diào)研的樣本中，進(jìn)水NH3－N 濃度在10～120 mg/L 的范圍內(nèi)，NH3－N 去除率隨進(jìn)水NH3－N 濃度增加而增加。在調(diào)試前期，進(jìn)水NH3－N濃度小于40 mg/L 時(shí)，NH3－N 去除率受進(jìn)水NH3－N濃度影響較大，隨進(jìn)水NH3－N 濃度增加，NH3－N 去除率增加較快，而在進(jìn)水NH3－N 濃度超過(guò)40 mg/L時(shí)，設(shè)備對(duì)NH3－N 的去除率隨進(jìn)水NH3－N 濃度增加而增加的速率明顯減慢。在所調(diào)研的樣本中，各設(shè)備對(duì)NH3－N 的去除率最大在40%附近，此時(shí)設(shè)備出水NH3－N 濃度平均為30 mg/L（基本在20 mg/L 以上），表明設(shè)備掛膜暫未達(dá)到設(shè)計(jì)的理想程度，特別是硝化菌群的生長(zhǎng)量暫未達(dá)到滿(mǎn)負(fù)荷水平。

圖4 不同進(jìn)水NH3－N 濃度范圍下設(shè)備在調(diào)試前期和運(yùn)行期對(duì)NH3－N 的處理效果

隨著調(diào)試的進(jìn)行，設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定，再次做了水質(zhì)檢測(cè)分析，結(jié)果見(jiàn)圖4（b）。從結(jié)果可知，此時(shí)NH3－N去除率保持相對(duì)穩(wěn)定，受進(jìn)水NH3－N 濃度波動(dòng)影響不大。另外，從結(jié)果中仍可看出，各站點(diǎn)NH3－N 的穩(wěn)定去除率整體有了較明顯的提高，平均去除率接近60%；在進(jìn)水NH3－N 濃度不超過(guò)50 mg/L 的情況下，設(shè)備出水NH3－N 濃度普遍低于15 mg/L。

另外還發(fā)現(xiàn)在運(yùn)行效果比較差的站點(diǎn)，經(jīng)常出現(xiàn)出水NH3－N 濃度明顯高于進(jìn)水的情況，表明在前置的厭氧單元和缺氧單元可能存在較強(qiáng)的水解反應(yīng)，將原水中的大量有機(jī)氮轉(zhuǎn)化成了NH3－N。由于硝化菌群數(shù)量不足，這些NH3－N 在好氧單元無(wú)法充分轉(zhuǎn)化為NO3－N 的情況下，將隨出水排出而造成出水NH3－N 濃度過(guò)高，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)進(jìn)水NH3－N 濃度。以上結(jié)果也從側(cè)面表明，農(nóng)村不少站點(diǎn)的排污水存在有機(jī)氮含量較高的現(xiàn)象。

綜合上述分析結(jié)果，從處理的穩(wěn)定性和可靠性角度考慮，為盡量避免出水超標(biāo)，針對(duì)進(jìn)水COD 濃度超過(guò)600 mg/L 或者進(jìn)水NH3－N 濃度超過(guò)70 mg/L的站點(diǎn)，可以考慮引入較低濃度的污水將水質(zhì)稀釋到上述指標(biāo)值以下，再送入調(diào)節(jié)池＋缺氧＋好氧接觸氧化一體化污水處理裝置進(jìn)行處理。

4 結(jié)論

（1）項(xiàng)目實(shí)施片區(qū)內(nèi)農(nóng)村生活污水具有排水水質(zhì)波動(dòng)大，而不同地點(diǎn)之間的污水水質(zhì)又具有相似性的特點(diǎn)。

（2）根據(jù)片區(qū)村戶(hù)的分布情況，農(nóng)村污水排放規(guī)模普遍較小，大部分在1～5 t/d 范圍內(nèi)。排污水中，COD 濃度在200 mg/L 以下者最多，NH3－N 濃度普遍在30～70 mg/L。農(nóng)村不少站點(diǎn)的排污水存在有機(jī)氮含量較高的現(xiàn)象。

（3）對(duì)于處理規(guī)模不超過(guò)25 t/d 的設(shè)備，處理效果受進(jìn)水規(guī)模影響較小，當(dāng)平均進(jìn)水量超過(guò)25 t/d時(shí)，COD 和NH3－N 去除效率整體隨進(jìn)水量增大而明顯下降。從運(yùn)行和建設(shè)角度考慮，不建議單套農(nóng)村污水一體化處理設(shè)備設(shè)計(jì)處理能力超過(guò)25 t/d。

（4）針對(duì)缺氧＋好氧接觸氧化法的農(nóng)村污水處理設(shè)備，不建議在COD 濃度大于600 mg/L 或NH3－N濃度大于70 mg/L 的污水直接進(jìn)入設(shè)備，可以采取均化調(diào)節(jié)或適當(dāng)引入低濃度水稀釋后，再將污水送入設(shè)備處理，以保障設(shè)備對(duì)NH3－N 的處理效果。

（5）由于設(shè)備點(diǎn)數(shù)多，分布地點(diǎn)廣闊而分散，且交通條件較差，設(shè)備調(diào)試運(yùn)維工作繁雜而辛苦，從運(yùn)行管理的角度看，應(yīng)盡可能采用維護(hù)簡(jiǎn)單的處理技術(shù)，探索采用遠(yuǎn)程云監(jiān)控＋當(dāng)?shù)鼐用裰鲃?dòng)參與維護(hù)的方式，及時(shí)修復(fù)排除水泵堵塞等常見(jiàn)問(wèn)題，提高設(shè)備維護(hù)的及時(shí)性和設(shè)備完備性，避免建而不用，成為“曬太陽(yáng)”工程［7］，確保投資收到環(huán)境效益和社會(huì)實(shí)效。