農村生活污水一體化處理設備工藝分析

摘要：農村生活污水污染問題現已成為一個不可忽視的問題，迫切需要解決。一體化污水處理設備具有投資低、能耗少、占地面積小、處理效率高、管理方便等優勢，適合在農村地區推廣。針對農村生活污水的水質水量特征，對比分析了國內一體化污水處理設備常采用的主體工藝，為農村地區采用一體化生活污水處理設備提供了參考。

關鍵詞：一體化處理設備；農村生活污水；主體工藝對比

中圖分類號：X703.3 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2012）23-5482-04

Technological Analysis of Integrated Treating Equipment for Domestic Sewage in

Rural Areas

JIANG Jin-feng，ZHANG Yan，LI Cui-mei

（Department of Environmental Science and Engineering， Suzhou University of Science and Technology， Suzhou 215011， Jiangsu， China）

Abstract： The domestic sewage pollution problem in rural areas has become a noticeable problem， and it needed to be solved urgently. Integrated equipment for domestic sewage treatment had a series of advantages， such as low investment， low energy consumption and high efficiency， small area covered， easy management and so on. It was suitable for promotion in rural areas. Targeted the water features of domestic sewage in rural areas， the main process of domestic integration wastewater treatment equipment was compared and analyzed. It provided technical and economic reference for using integrated equipment for domestic sewage treatment in rural areas.

Key words： integrated treating equipment； domestic sewage in rural areas； main processes comparison

隨著中國經濟的迅速發展和城市化的步伐加快，農村居民的生活水平大大改善。農村供水事業不斷發展，由于淋浴、洗衣機、沖廁等衛生設施的普及，農村生活排水不斷增加。根據2010年人口普查數據顯示，中國現有近7億農村人口，污水排放量巨大。2005年10月，建設部組織對9省43縣74村莊調查顯示，96%的村莊沒有排水溝渠和污水處理系統[1]，生產生活污水未經處理沿道路邊溝或路面排放至就近水體，對農村生態環境造成了嚴重危害，已經成為新的區域性水環境的重要污染源。

鑒于我國污水處理事業存在著較大的資金缺口，水處理行業對水設備投資的資金壓力，與大型傳統的污水處理系統相比，具有投資低、能耗少、處理效率高、占地面積小、管理方便等一系列優勢的一體化污水處理設備更加符合我國的國情與發展形勢[2]。在這樣的契機與形勢下，一體化污水處理設備在廣大的農村地區已經并將繼續得到廣泛的推廣與應用。

1 農村生活污水特點

農村生活污水水質與農村的地理環境、經濟發展水平、生活習慣等多種因素有關。根據已有的調查數據分析，大部分農村生活污水的性質相差不大，污水的水質也比較穩定，相對于城市污水，有機物、氮、磷等營養物含量較高[3]，一般不含有毒物質，污水中還含有合成洗滌劑以及細菌、病毒、寄生蟲卵等，不同時段的水質也不同。

農村的生活污水水量一般都比較小，排放比較分散，變化幅度大，一天之中在上午、中午、下午都有一個高峰時段[4]，夜間基本不外排水。高峰時段的出現與季節、當地農村的生活習慣等因素有關。

2 一體化污水處理設備常用主體工藝探討與比較

一體化污水處理設備的資金投入低、空間利用少、處理效率高、管理方便等諸多優點，使其與大型傳統的污水處理系統相比，在農村地區具有更加廣闊的發展前景和不可替代的優勢：充分利用社會閑散資金，減少資金投入；緩解市政管道建設壓力，降低污水管網規模；有效節約建筑空間，降低土地利用成本；節約水資源，有效實現中水回用；高度集成水處理技術，推動水處理行業的革新。

一體化污水處理設備采用的主體工藝以A/O（厭氧-好氧活性污泥法）工藝為主[5]。隨著污水處理要求的不斷提高與多元化需求，MBR（膜生物反應器）工藝、SBR（序批式活性污泥法）工藝也作為主體工藝運用到一體化污水處理設備中。由于采用DAT-IAT[6，7]等其他工藝作為主體工藝的一體化污水處理設備效率較低或應用不廣等原因，故不予以分析比較。

2.1 A/O主體工藝

2.1.1 工藝原理 厭氧-好氧活性污泥法（Anoxic/Oxic，簡稱A/O）是由厭氧和好氧兩部分反應組成的污水生物處理工藝。污水進入厭氧池后與回流污泥混合。活性污泥中的聚磷菌在這一過程中有效降低污水中的BOD，并將污泥中的磷以正磷酸鹽的形式釋放到混合液中?；旌弦哼M入好氧池后，有機物被氧化分解，同時聚磷菌大量吸收混合液中的正磷酸鹽到污泥中。由于聚磷菌在好氧條件下吸收的磷多于厭氧條件下釋放的磷，因此污水經過“厭氧-好氧”的交替作用和二沉池的污泥分離作用，最終達到除磷的目的。

2.1.2 工藝特點 采用A/O工藝作為主體工藝的一體化污水處理設備具備降低有機污染物和除磷脫氮的功能，也不存在污泥膨脹問題，運行管理較簡便。由于填料的比表面積大，池內的充氧條件良好，生物接觸氧化池內單位容積的生物固體量高，再加上污泥回流，反應池內活性污泥濃度較高，因此兼有活性污泥法的特點，具有較高的容積負荷。由于生物固體量多，當有機容積負荷較高時，其F/M比可以保持在一定水平，因此污泥產量可相當于或低于活性污泥法。該工藝操作簡單，運轉費用低，處理效果好，運行穩定。是目前較為成熟的生活污水處理工藝，能有效地確保污水達標排放。

2.1.3 工藝流程說明 A/O工藝流程見圖1。生活污水經格柵井進入調節池后，由污水泵抽送至A級生物處理池（兼氧池），兼氧池內掛有彈性填料，通過吸附在填料上的兼氧細菌的吸附水解作用，使污水中對生物細菌有抑制作用和難以生物降解的有機物水解，并將大分子的有機物水解為小分子的有機物并對固體有機物進行降解，減少了污泥量，降低污水中懸浮固體的含量，并利用污水中的有機物作為碳源，使從后級好氧段回流的硝化液中的硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮在兼氧脫氮菌的作用下形成氣態氮從污水中逸出，達到脫氮的目的，從而降解污水中有機污染物，提高污水的生化可降解性，并去除污水中的氨氮和懸浮物。兼氧池出水進入O級好氧接觸氧化池，好氧池內好氧微生物在水體中有充足溶解氧的情況下，利用污水中的可溶性污染物進行新陳代謝，從而達到去除污水中可溶解性污染物的目的。好氧池出水自流入二沉池，污水中大部分懸浮物能在此得以有效去除。二沉池出水自流入中間水池儲存，中間水泵再提升到沙過濾器去除水中膠體、顆粒、懸浮雜質，確保出水達到排放標準后，消毒排放。

經格柵處攔截的柵渣定期清理外運，二沉池中的污泥部分回流至A級生物處理池，另一部分污泥至污泥池使污泥進行好氧穩定消化，減少污泥體積和臭氣排放，消化池上清液溢流回到調節池進行循環處理。剩余污泥定期抽送出設備罐體外運處置。

2.2 MBR主體工藝

2.2.1 工藝原理 膜生物反應器（Membrane bioreactor，簡稱MBR）技術是活性污泥生物處理技術與膜分離技術相結合的一種新工藝。它不同于活性污泥法，不使用沉淀池進行固液分離，而是使用中空纖維膜替代沉淀池，因此具有高效固液分離性能。同時利用膜的特性，使活性污泥不隨出水流失，在生化池中形成8 000～12 000 mg/L超高濃度的活性污泥濃度，使污染物分解徹底，因此出水水質良好、穩定，出水細菌、懸浮物和濁度接近于零[8]。

2.2.2 工藝特點 MBR處理工藝對水質的適應性好，耐沖擊負荷性能好，出水水質優良、穩定，不會產生污泥膨脹；池中采用新型彈性立體填料，比表面積大，微生物易掛膜、脫膜，在同樣有機物負荷條件下，對有機物去除率高，能提高空氣中的氧在水中的溶解度；工藝簡單；不必單獨設立沉淀、過濾等固液分離池，占地面積少。水力停留時間大大縮短；污泥排放量少，只有傳統工藝的30%，污泥處理費用低。但一次性投資較高。

2.2.3 工藝流程說明 MBR工藝流程見圖2。污水經格柵井進入調節池后經提升泵進入生物反應池，通過PLC控制器開啟鼓風機充氧，生物反應池出水經循環泵進入膜分離處理單元，污水返回調節池。反沖洗泵利用清洗池中處理水對膜處理設備進行反沖洗，反沖污水返回調節池。通過生物反應池內的水位控制提升泵的啟閉。膜單元的過濾操作與反沖洗操作可自動或手動控制。當膜單元需要化學清洗操作時，關閉進水閥和污水循環閥，打開藥洗閥和藥劑循環閥，啟動藥液循環泵，進行化學清洗操作。MBR工藝是高效膜分離技術與活性污泥法有機結合的新型污水處理技術，它利用膜的高效截留作用，將生化反應池中的活性污泥和大分子有機物截留住，省掉了初沉池和二沉池，進行固液分離，有效達到了泥水分離的目的?；钚晕勰酀舛纫虼舜蟠筇岣?，水力停留時間和污泥停留時間可以分別控制，而難降解的大分子有機物延長其在反應池中的停留時間，使之得到最大限度的分解，大大強化了生物反應器的功能。

2.3 SBR主體工藝

2.3.1 工藝原理 序批式活性污泥法（Sequencing batch reactor，簡稱SBR法）是一種間歇式活性污泥法。SBR工藝在運行操作上的最大優點是將曝氣、反應、沉淀、排水等單元操作工序按時間順序在同一個反應池中反復進行。其運行次序一般分為進水期、反應期、沉淀期、排水期和閑置期5個階段，5個階段所需的時間稱為一個周期[9]。一個周期內各個階段的運行時間、反應池混合液的濃度以及運行狀況等都可以根據進水水質與運行功能靈活操作。只要有效地控制與變換各階段的操作，SBR法就能在一定的范圍內適應水質、水量的變化；而且，在進水與反應階段，缺氧（或厭氧）與好氧狀態交替出現，有效地抑制了專性好氧菌的過量增長繁殖。同時，較短的污泥齡又使絲狀菌無法大量繁殖，由此克服了常規活性污泥易使污泥膨脹的弊端。

2.3.2 工藝特點 采用SBR法作為主體工藝的一體化污水處理設備具有工藝流程簡單，構筑物少的特點。該工藝不需設置污泥回流設施，不設二沉池，曝氣池容積也小于傳統連續式活性污泥法、運行費用低。SVI值較低，污泥易沉降，不易產生污泥膨脹的現象。通過調節運行，不僅去除COD，而且可以有效地脫氮除磷。該工藝對水質水量變化適應性強，出水水質較穩定，適合間歇排放的污水，可由PLC自動控制系統靈活控制運行工序[10]。但SBR法屬于間歇式活性污泥法，排水時間短，并且排水時要求不攪動沉淀污泥層，因而需要專門的排水設備（潷水器），且對潷水器的要求較高。上述原因導致采用該工藝作為主體工藝的一體化設備處理效率不高。

2.3.3 工藝流程說明 SBR工藝流程見圖3。污水經過格柵井去除掉較大的漂浮物，然后流入到調節池進行均質、均量。出水經提升泵提升后進入主反應SBR設備池，經曝氣、反應、沉淀、排水一系列操作工序后，下部污泥進入污泥儲存池，上清液經潷水器潷水后進入中間水池，經過消毒工藝處理后作為回用中水或達標排放至水體。進入污泥儲存池的污泥經壓濾后抽排外運，上清液回流至調節池。

2.4 常用主體工藝技術經濟對比

現以一體化生活污水處理設備處理量為150 m3/d，對采用的常用主體工藝進行技術經濟比較，詳見表1。根據表1對比分析可以得出，A/O主體工藝總投資費用和運行費用較低，在出水水質不作較高要求時，應優先考慮采用該主體工藝一體化處理設備；MBR主體工藝出水水質可穩定符合GB18918-2002一級A排放標準，但工藝設備相對復雜，總體投資與運行費用較高，建議土地利用成本較高的東部地區和發展較好的農村地區使用；SBR主體工藝對進水水質有很高的抗沖擊能力，該工藝流程簡單，設備少，由于該工藝屬于間歇式活性污泥法，對于進水水質、水量不穩定的地區，可以考慮使用此工藝作為一體化污水處理設備的主體工藝。

3 小結與討論

一體化生活污水處理設備具有投資低、能耗少、處理效率高、占地面積小、管理方便等一系列優勢，可以有效地緩解管網建設壓力，適合農村地區分散式污水處理，在我國農村地區具有廣闊的發展前景。

在一體化生活污水處理設備采用的常用主體工藝中，A/O主體工藝技術成熟，發展穩定，在工程投資和運行成本上體現出較大的優勢；MBR主體工藝在出水水質及出水穩定性上更優，但投資和運營成本較高，管理方面相對復雜。隨著膜組件生產工藝的不斷發展革新，MBR主體工藝顯示出巨大的發展潛力；SBR主體工藝流程簡單，設備少，但由于屬于間歇性活性污泥法，處理效率不高，且對潷水器的要求較高，常僅在水質水量變化較大的地區使用。對于具體的農村一體化生活污水處理設備主體工藝選擇，應結合當地水質、水量的特點，綜合上述技術經濟因素予以考慮。

參考文獻：

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（責任編輯 王曉芳）