太陽能動力型集成式污水處理工藝在農村的開發與應用

摘 要:太陽能動力型污水集成式處理工藝是一種針對農村污水水質、基于太陽能動力-生物處理方法的集成式處理工藝。它操作簡單方便、治污效果持久，在減少農村面源污染、節約能源上前景廣闊，在我國農村有較大的開發和應用價值。

關鍵詞:太陽能集成污水處理農村污水

中圖分類號:X703文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(b)-0143-01

我國農村生活污水的污染是面源性，對環境的不良影響也是潛移默化、日積月累的。廣大農村人口眾多、居住分散，如城市那樣集中處理生活污水是不可能的。針對目前農村污水處理設備多不具備脫氮除磷功能，且其生活污水又具有低碳高氮磷的特點，為了減少農村面源污染，節約能源，探索操作簡單方便、治污效果持久的農村生活污水處理工藝勢在必行，太陽能動力型集成式污水處理工藝就是依據我國農村污水特點開發的新工藝，有廣泛的應用前景。

1 開發基礎

新工藝的開發是以解決現實問題為基礎的。農村生活污水處理工藝的推行中存在下列問題:

(1)工藝選擇問題。目前我國農村采用的污水處理工藝大致有穩定塘、土地處理、一體化處理設備等，主要以污水中的有機物為處理對象，而忽視了除磷脫氮。國外很有效果，但在國內還需要做相應的試驗和改進。

(2)設備效能問題。國內外對具有較好脫氮除磷功能的污水處理一體化裝置的研制和開發還處于研究階段。在技術方面，低碳高氮磷污水在進行生物脫氮除磷處理時存在的主要問題是碳源不足，有機碳源往往成為制約生物脫氮除磷效果的主要因素，由于反硝化菌和聚磷菌在碳源上存在競爭，難以同時高效脫氮除磷;在經濟方面，為達到較好脫氮效果，需要較大的內回流比而導致運行費用較高。

(3)應用效果問題。目前在推廣或試驗的各種方案都有一定的效果，但國內農村污水的成分復雜，工藝效果的持久性、經濟性和二次污染問題依然突出。簡單經濟的處理效果有限，好的效果又往往伴隨高能源的消耗和高成本的投入，在處理過程中增加了農民的負擔，也不利于能源的節約。

為了解決上述問題，開發高效低耗、高度集成、便于管理、具備于脫氮除磷功能的新型生活污水處理設備是必要的。而且具備去除有機物和脫氮除磷功能的集成技術將在我國農村污水處理中有很大發展潛力，若在太陽能技術和造價上獲得重要突破，市場發展前景將更加廣闊。

2 原理解析

太陽能動力型集成式污水處理工藝是在對生物脫氮除磷工藝的效果和原因分析的基礎上，結合農村生活污水特點和污水的脫氮除磷機理及影響因素開發出來的新型的生物反應器，是太陽能風能組合、多點進水水解池、好氧活性污泥法、沸石濾床相結合的處理技術，是一種針對農村污水水質、基于太陽能動力-生物處理方法的集成式處理工藝。

(1)經過集水池的生活污水，進入多點進水設計的高效厭氧水解單元。最終達到高效的厭氧降解的作用。

(2)厭氧水解單元之后設置好氧活性污泥法工藝，在好氧條件下利用活性污泥對污水中的殘留有機物進行進一步生物降解。

(3)在工藝運行良好的情況下，經過物理、化學和生物等作用，完成生活污水的處理，這種集成式工藝的處理出水可達到《污水綜合排放標準》(8978-1996)一級排放標準。

3 處理步驟

處理工藝生物反應器分為厭氧水解單元、好氧處理單元及沸石過濾單元，可達到集成型一體化處理要求。廢水經過集水池通過多點進水器進入太陽能污水處理工藝裝置可實現系統的高效傳質。

1)厭氧水解。廢水首先進入掛有彈性填料的厭氧水解單元。厭氧水解單元污水與彈性填料表面接觸，一些復雜的不溶性的聚合物轉化為簡單的溶解性的單體或二聚體化合物，如淀粉在水體中被水解為葡萄糖，蛋白質被水解為肽鏈或氨基酸等。通過水解酸化和多點進水的聯合作用，廢水中大部分難降解有機物得到去除。

(2)好氧處理。經過厭氧水解處理后出水進入好氧處理單元，曝氣池由曝氣管供氧，在好氧活性污泥法作用下進一步降解廢水中殘留有機物，好氧微生物在有溶解氧存在的條件下，攝取廢水中的有機物為養料，進行呼吸作用與自身繁殖，從而有效的去除了污水中的有機污染物。這些水解酸化與曝氣池相結合的工藝，其總的水力停留時間縮短，曝氣量減少，基建投資有所降低，運行費用可降低三分之一以上。

(3)沸石過濾。好氧混合液的過濾采用沸石過濾單元完成。正常運行過程中，混合液中污泥會被沸石填料床截留，保證較高流速條件下仍具有良好的過濾功能。

(4)廢水外排。以上處理的污水通過出水管排放進入濕地處理系統。經過反應器耦合的水解酸化工藝和生物接觸氧化工藝穩定運行后，對氨氮和有機物的去除率均達到85%以上，經過過濾后的出水達到GB8978-1996的一級排放標準。

(5)太陽能動力。采用太陽能風能組合發電單元能同時收集太陽能和風能，提高了設備的利用率和能量收集效能。利用太陽能收集器、貯能器、微型發電機產生的能量作為主要曝氣動力來源，加上風能機和微動力風機補充發電，在系統的切換裝置的作用下，實現太陽能機組與風電機組輸出功率的變換。

4 工藝特點

將太陽能利用技術運用到農村污水處理工藝中以解決系統的曝氣動力，不但解決農村污水處理的動力問題，也從節能、環保、經濟等角度為農村治污開創一個新思路，節能又產能，緩解了農村污水處理站“建得起，養不起”的矛盾，具有良好的應用前景和獨特的魅力。

(1)創新性和適宜性。工藝利用多點進水高效水解酸化裝置作為一種有效的預處理工藝，其水解池取代了傳統的初沉池，大大提高了有機物的去除率。更為重要的是工藝本著改善系統水力特征的原則，通過水力學措施加快了水解酸化工藝的傳質過程，實現了傳質的高效性，使系統的有機物去除能力大為增強，減少了后續處理的負荷，且污水在理化性質上發生了更大的變化，更適宜后續處理，使之在較短的時間內達到較為理想的狀態。

(2)經濟性和可靠性。工藝的好氧處理采用活性污泥法工藝與沸石生物濾池單元相結合的方式，達到集成化設計，工藝出水可直接達到一級排放標準，節省投資和占地。應用沸石生物過濾單元處理低農村生活污水時，掛膜容易，水力停留時間短，處理效果穩定，不需要污泥回流，反應器體積緊湊，操作簡單。

(3)集成性和高效性。工藝的流程具有良好的集成性，可組合為整體設備，亦可模塊化分為太陽能動力模塊、厭氧模塊與好氧模塊，構建一種簡便、高效的工藝運行方式，不但充分利用太陽能，實現脫氮除磷，也使出水水質達到GB8978-1996一級標準。投資及運行成本較低，工藝處理效果穩定，可整體采用集成型一體化設計方法，易于實現設備化，有良好的環境效益、社會效益和經濟效益。