典型農(nóng)村生活污水處理工藝選擇

彭 蘭

（江西省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究與規(guī)劃院，江西 南昌 330039）

1 農(nóng)村生活污水特點(diǎn)

農(nóng)村生活污水主要包括廚房污水、洗衣污水和洗澡污水等。農(nóng)村生活污水水質(zhì)相對(duì)比較穩(wěn)定，一般含有油類、脂類、蛋白質(zhì)、淀粉等有機(jī)物和氨氮、磷等無(wú)機(jī)物，不含有毒有害物質(zhì)，污水排放后經(jīng)過(guò)發(fā)酵會(huì)含有寄生蟲(chóng)、細(xì)菌等。總體而言，農(nóng)村生活污水有以下特征。一是農(nóng)村生活污水水量具有不均勻間歇排放的特點(diǎn)，瞬時(shí)變化較大，農(nóng)戶用水高峰期主要有早中晚3個(gè)時(shí)段。早上主要是洗漱、廚房和洗衣用水等，用水量在一天中最大；中午主要是廚房用水，用水量最小；晚上主要是洗浴用水和廚房用水，用水量在一天中處于中位。二是農(nóng)村生活污水屬低濃度污水類型，其中固體懸浮物（SS）質(zhì)量濃度為100～500 mg/L，化學(xué)需氧量（COD值）為50～300 mg/L，氨氮（NH-N）質(zhì)量濃度為5～38 mg/L，總磷（TP）質(zhì)量濃度為0.5～12.0 mg/L。三是NH-N和TP質(zhì)量濃度變化相對(duì)較大，NH-N較大值出現(xiàn)在中午和晚上時(shí)段，說(shuō)明NH-N主要是由廚房污水引起的；TP較大值出現(xiàn)在早上時(shí)段，說(shuō)明TP主要是由洗衣廢水引起的。四是污水中COD和SS存在一定的正相關(guān)性，SS的去除也將引起COD的降低。一般污水量較小時(shí)，SS含量相對(duì)較高。

2 農(nóng)村生活污水處理工藝比選

農(nóng)村生活污水一般分三級(jí)處理。一級(jí)處理工藝可分為戶內(nèi)設(shè)施和終端設(shè)施兩部分，戶內(nèi)設(shè)施一般指三格式化糞池，終端設(shè)施一般包括格柵井、沉沙池等處理設(shè)備和設(shè)施。二級(jí)處理工藝主要包含活性污泥法、生物膜法兩大類及其相應(yīng)的組合或改良工藝。此外，厭氧生物法在二級(jí)處理工藝中也得到了廣泛的應(yīng)用。三級(jí)處理工藝主要包括人工濕地、穩(wěn)定塘、土地滲濾等常見(jiàn)的生態(tài)處理工藝。下面針對(duì)各級(jí)處理工藝進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明并比選。

2.1 一級(jí)處理工藝

一是化糞池。化糞池是污水處理當(dāng)中的第1個(gè)環(huán)節(jié)，主要是收集污水并對(duì)污水進(jìn)行厭氧消化，實(shí)現(xiàn)固液分離。而后，上清液進(jìn)入下一個(gè)處理單元，下層沉積物留在化糞池內(nèi)繼續(xù)厭氧消化。二是格柵井。為保證污水提升泵不被大塊的污染物堵塞，并使其長(zhǎng)期穩(wěn)定高效運(yùn)行，需在泵前設(shè)置格柵。三是沉沙池。沉沙池主要是用來(lái)去除污水中的沙粒，依據(jù)重力沉降原理將污水中的沙粒沉淀下來(lái)，防止沙粒進(jìn)入管道和閥門，磨損或阻塞管道閥門。

2.2 二級(jí)處理工藝

二級(jí)處理工藝原理主要包括活性污泥法、生物膜法兩大類及其相應(yīng)的組合或改良工藝。其中，活性污泥法有AO、AAO、SBR等處理工藝，生物膜法有MBR、FMBR、生物接觸氧化等技術(shù)，水解酸化是活性污泥法和生物膜法相組合的工藝。

2.2.1 AO工藝。AO是Anoxic-Oxic的縮寫(xiě)，AO工藝法也叫厭氧好氧工藝法。A（Anaerobic）是厭氧段，用于脫氮除磷；O（Oxic）是好氧段，用于除去水中的小分子有機(jī)物。AO工藝將缺氧和好氧兩段工藝串聯(lián)在一起使用（見(jiàn)圖1、圖2）。

圖1 厭氧-好氧工藝流程圖（以除磷為主）

圖2 缺氧-好氧工藝流程圖（以脫氮為主，含內(nèi)回流）

其中，缺氧段主要是將污水中的脂類、油類、蛋白質(zhì)、淀粉等大分子有機(jī)物分解為小分子有機(jī)物，將不溶的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可溶的有機(jī)物，為好氧段有機(jī)物的充分分解做準(zhǔn)備。好氧段主要是將小分子物質(zhì)徹底分解為二氧化碳等無(wú)機(jī)物。此工藝中的缺氧段可提高污水的可生化性及好氧段氧的利用效率。根據(jù)污水中的淀粉、脂類、油類、蛋白質(zhì)、淀粉等大分子有機(jī)物濃度的不同，可選擇使用厭氧好氧工藝或缺氧好氧工藝，前者適用于含高濃度大分子的有機(jī)廢水，后者適用于一般濃度的有機(jī)廢水。

2.2.2 AAO工藝。AAO工藝是厭氧—缺氧—好氧（Anaerobic-Anoxic-Oxic）的簡(jiǎn)稱，是一種常用的污水處理工藝（見(jiàn)圖3），具有良好的脫氮除磷效果。各段處理工藝發(fā)揮著不同的效果，各段功能簡(jiǎn)述如下。

圖3 厭氧-缺氧-好氧工藝流程圖（含內(nèi)回流和污泥回流）

一是厭氧段。污水從初沉池出來(lái)后首先進(jìn)入?yún)捬醭刂?，污水中的淀粉、脂類、蛋白質(zhì)等大分子有機(jī)物在兼性厭氧發(fā)酵菌的作用下硝化分解為小分子發(fā)酵產(chǎn)物，污水在厭氧區(qū)停留足夠長(zhǎng)的時(shí)間后進(jìn)入缺氧段。二是缺氧段。在缺氧段中，反硝化細(xì)菌將厭氧段沒(méi)有分解完的含碳有機(jī)物轉(zhuǎn)化為碳源，并利用回流污泥中帶來(lái)的硝酸鹽進(jìn)行反硝化，將碳源還原成N進(jìn)行釋放，達(dá)到去碳除氮目的。三是好氧段。污水中的各有機(jī)物經(jīng)歷了厭氧段和缺氧段處理后來(lái)到好氧段時(shí)，有機(jī)污染物濃度已經(jīng)較低。在好氧環(huán)境下硝化菌繁殖生長(zhǎng)，硝化菌將水中的氨轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，進(jìn)一步去除水中的氨氮。好氧段混合液中含有的高濃度硝酸鹽回流至缺氧池中參與反硝化。四是二沉池。二沉池的作用主要是濃縮污泥，二沉池中的污泥一部分回流至厭氧池中保持系統(tǒng)中活性污泥的濃度，另外一部分排出。

2.2.3 SBR工藝。SBR工藝是序批式活性污泥法的簡(jiǎn)稱，其是一種間歇式曝氣活性污泥污水處理工藝，各工作過(guò)程可在一個(gè)裝置內(nèi)進(jìn)行。其具體工作過(guò)程概括為進(jìn)水—曝氣—沉淀—排水，按此過(guò)程循環(huán)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)間歇式污水處理，每個(gè)工序根據(jù)需求進(jìn)行時(shí)間控制。此工藝尤其適用于建設(shè)空間不足、間歇排放和流量變化較大的場(chǎng)合，在我國(guó)應(yīng)用廣泛。其主要變形工藝包括循環(huán)式活性污泥法（Cyclic Activated Sludge System，CASS；Cyclic Activated Sludge Technology，CAST）、連續(xù)和間歇曝氣工藝（Demand Aeration Tank-Intermittent Aeration Tank，DATIAT）和交替式內(nèi)循環(huán)活性污泥法（Alternated Internal Cyclic System，AICS）。

2.2.4 MBR技術(shù)。MBR膜生物反應(yīng)器處理技術(shù)（Membrane Bioreactors，MBR）是MBR膜分離技術(shù)與活性污泥污水處理技術(shù)的一種新型組合。MBR膜分離技術(shù)主要是實(shí)現(xiàn)了固液分離，將大分子有機(jī)物直接分離出來(lái)，相當(dāng)于活性污泥中二沉池的作用，極大地提高了活性污泥工序中污染物的降解速率，同時(shí)減少了污泥的產(chǎn)生量。該技術(shù)具有出水質(zhì)量高、運(yùn)行效果穩(wěn)定、占地小、污泥量少且高效、節(jié)能和環(huán)保等特征。

2.2.5 FMBR技術(shù)。FMBR兼氧膜生物反應(yīng)器技術(shù)（Facultative Membrane Bioreactor，F(xiàn)MBR技術(shù)），是江西金達(dá)萊環(huán)保股份有限公司在MBR技術(shù)基礎(chǔ)之上，結(jié)合兼性菌的污染物去除技術(shù)研發(fā)的一種新型膜生物反應(yīng)技術(shù)。FMBR技術(shù)在兼氧環(huán)境下各反應(yīng)同步進(jìn)行，不僅具有高效脫氮功能，還實(shí)現(xiàn)了污水中碳、氮、磷等污染物和污泥的同步處理。

2.2.6 生物接觸氧化技術(shù)。生物接觸氧化技術(shù)是一種生物膜法，是介于活性污泥法和生物濾池之間的一種污水處理工藝。其工藝原理是在池內(nèi)裝填料，然后底部曝氣，使池內(nèi)的污水和填料上的生物膜充分接觸，在有氧的條件下，由微生物分解消化為有機(jī)物分子，從而達(dá)到凈化污水的作用。

2.2.7 水解酸化技術(shù)。水解、酸化是厭氧消化中的2個(gè)步驟。水解是指廢水中的有機(jī)物在進(jìn)入微生物細(xì)胞之前，通過(guò)微生物細(xì)胞釋放的自由酶或固定酶發(fā)生生化反應(yīng)。酸化是一種發(fā)酵過(guò)程，其代謝產(chǎn)物是有機(jī)酸。水解酸化配合不同的后處理環(huán)節(jié)的目的不一樣。水解酸化后面接好氧處理工藝，水解酸化的目的就是將污水中的淀粉、脂類、蛋白質(zhì)等大分子有機(jī)物分解為小分子有機(jī)物，提高污水的可生化性，達(dá)到凈化污水的效果。

2.3 三級(jí)處理工藝

三級(jí)處理工藝主要包括人工濕地、穩(wěn)定塘、土地滲濾等常見(jiàn)的生態(tài)處理工藝。

2.3.1 人工濕地工藝。人工濕地系統(tǒng)是利用工程措施建立起來(lái)的具有自然濕地性質(zhì)和污水處理功能的仿自然處理系統(tǒng)，由水生植物、微生物、微型動(dòng)物及處于水飽和狀態(tài)的填料層組成，通過(guò)微生物的物理、化學(xué)及生物反應(yīng)達(dá)到污水處理的效果。其凈化原理主要包括過(guò)濾、吸附、植物吸收及微生物分解、轉(zhuǎn)化等。人工濕地根據(jù)進(jìn)水方式的不同分為表面流、潛流和立式流人工濕地，根據(jù)處理規(guī)模和用地條件的不同，人工濕地可選擇使用獨(dú)立式、并聯(lián)、串聯(lián)或綜合式。

2.3.2 穩(wěn)定塘工藝。穩(wěn)定塘工藝是以天然塘或人造塘為基礎(chǔ)，利用塘中的微生物、水生植物和水生動(dòng)物的綜合作用，在太陽(yáng)輻射提供初始能量和空氣提供氧的前提下，將塘中的有機(jī)污染物進(jìn)行降解消化的過(guò)程。穩(wěn)定塘中的微生物、水生植物、動(dòng)物將能量進(jìn)行梯級(jí)傳遞轉(zhuǎn)化，不僅去除了污水中的有機(jī)物達(dá)到凈化水質(zhì)的目的，還實(shí)現(xiàn)了能量轉(zhuǎn)化、資源回收。

2.3.3 土地滲濾工藝。土地滲濾工藝是運(yùn)用生態(tài)學(xué)原理加工程學(xué)方法而形成的生態(tài)學(xué)污水處理技術(shù)，即在人工控制條件下將污水澆灌在土地上，土壤中微生物經(jīng)過(guò)物理、化學(xué)和生物作用將污水中的有機(jī)物進(jìn)行吸附、降解和凈化，達(dá)到處理污水的目的。污水中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分得以再利用，水質(zhì)得到不同程度的改善，實(shí)現(xiàn)廢水資源化與無(wú)害化。土地滲濾工藝可分為慢速滲濾處理法、快速滲濾處理法、地表漫流處理法、濕地生態(tài)處理法及地下滲濾處理法等。

2.4 工藝比選

根據(jù)以上不同工藝的介紹，并結(jié)合各工藝的建設(shè)運(yùn)行成本、主要污染物去除能力、運(yùn)行維護(hù)要求、主要優(yōu)缺點(diǎn)、可靠性和適用程度等方面進(jìn)行比較，比較結(jié)果如表1所示。

表1 農(nóng)村生活污水常用治理工藝比選表

3 選擇建議及總結(jié)

3.1 二級(jí)處理工藝選擇建議

總體來(lái)看，生物接觸氧化、AO（缺氧好氧）、水解酸化3種二級(jí)處理工藝處理效果較好，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）自動(dòng)化控制，可靠性較高，噸水投資及運(yùn)維成本較為合理。各農(nóng)村應(yīng)根據(jù)區(qū)域特點(diǎn)，對(duì)于環(huán)境較敏感需執(zhí)行一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的村莊優(yōu)選生物接觸氧化、AO或水解酸化處理工藝；對(duì)于環(huán)境敏感程度一般執(zhí)行二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的村莊，推薦水解酸化；對(duì)于人口較多的大型、環(huán)境較敏感村莊，建議選擇MBR或FMBR處理工藝。

3.2 三級(jí)處理工藝選擇建議

對(duì)于村莊內(nèi)有可利用的現(xiàn)狀水塘，經(jīng)相關(guān)部門和人員同意、推薦利用的，可選穩(wěn)定塘作為三級(jí)處理工藝。對(duì)于無(wú)可利用的現(xiàn)狀水塘且用地?zé)o特殊需求的村莊，可選擇人工濕地或土地滲濾處理工藝。

總體而言，農(nóng)村污水治理是農(nóng)村生態(tài)環(huán)境污染防治的重要內(nèi)容，是一個(gè)系統(tǒng)性的工程，應(yīng)該從各個(gè)方面統(tǒng)籌考慮。農(nóng)村污水處理技術(shù)在選擇上應(yīng)遵循低投資、低耗能、高除污、簡(jiǎn)單操作和穩(wěn)定運(yùn)行等原則。