太湖流域4種農(nóng)村生活污水處理工藝運(yùn)行效果比較

吳昊 楊非 王海芹

摘要：通過對太湖流域農(nóng)村生活污水處理技術(shù)的調(diào)查研究，選取4種典型處理技術(shù)（A/O工藝、戶用凈化槽工藝、厭氧產(chǎn)沼氣-缺氧反硝化脫臭-跌水充氧接觸氧化法-人工濕地技術(shù)、微動力高效復(fù)合滲濾床+氮磷消化濕地處理技術(shù)）為研究對象進(jìn)行分析比較。結(jié)果表明，厭氧產(chǎn)沼氣-缺氧反硝化脫臭-跌水充氧接觸氧化法-人工濕地技術(shù)，雖然初期建設(shè)成本略高，但處理效果穩(wěn)定，化學(xué)需氧量（COD）、總氮（TN）、總磷（TP）及氨態(tài)氮含量的去除率均達(dá)到80%以上，是一種很好的農(nóng)村生活污水處理工藝。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村生活污水;處理工藝;運(yùn)行效果;太湖流域

中圖分類號： X703.1 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）13-0309-05

太湖流域地處長江三角洲南部，是我國區(qū)域經(jīng)濟(jì)最為發(fā)達(dá)的地區(qū)之一，面積3.69萬km2，行政區(qū)劃分屬江蘇、浙江、上海和安徽三省一市，其中江蘇省占53%。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快及農(nóng)民收入水平的提高，農(nóng)村生活污水（廚房污水、生活洗滌與沐浴污水、廁所污水等）產(chǎn)生量大大增加[1]。李新艷等的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在太湖流域丘陵區(qū)農(nóng)村污水直排比例高達(dá)38%～47%，且化糞池的污染物去除效率有限[2]。根據(jù)《太湖流域“十二五”科技需求與目標(biāo)任務(wù)的建議》（太湖流域?qū)嵤┓桨妇幹平M）中對太湖流域典型污染源的調(diào)查顯示，農(nóng)村生活污水的化學(xué)需氧量（COD）、氨態(tài)氮（NH3-N）、總氮（TN）、總磷（TP）貢獻(xiàn)率分別占流域總量的21%、25%、18%、19%[3-4]。因此，提高農(nóng)村生活污水處理設(shè)施建設(shè)覆蓋率、保障太湖流域水環(huán)境質(zhì)量具有十分重要的意義。

農(nóng)村生活污水治理引起了社會的普遍關(guān)注，江蘇省自2008年起陸續(xù)開展農(nóng)村環(huán)境連片整治行動、美麗宜居鄉(xiāng)村建設(shè)以及“兩減六治三提升”專項(xiàng)行動等，農(nóng)村生活污水治理情況得到了一定的改善[5]。但在筆者調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)，部分農(nóng)村生活污水處理設(shè)施由于工藝選擇隨意，未能因地制宜，后期管理不到位等原因，其運(yùn)行效果未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，處理后的生活污水達(dá)不到一級B的要求，甚至荒廢，影響居民的正常生活[6]。本研究針對太湖流域農(nóng)村生活污水處理設(shè)施存在較大差異的特點(diǎn)，在實(shí)地調(diào)研的基礎(chǔ)上，選取4種運(yùn)用較為廣泛的處理工藝（A/O工藝、戶用凈化槽技術(shù)、厭氧產(chǎn)沼氣-缺氧反硝化脫臭-跌水充氧接觸氧化法-人工濕地技術(shù)、微動力高效復(fù)合滲濾床+氮磷消化濕地處理技術(shù)）[7]作為研究對象，進(jìn)行為期半年的穩(wěn)定運(yùn)行跟蹤監(jiān)測，比較研究4種農(nóng)村生活污水處理工藝對污染物的去除效果，綜合考慮各工藝的運(yùn)行效果、投資費(fèi)用以及日常管理與維護(hù)等方面，旨在為農(nóng)村生活污水處理工藝的選擇及優(yōu)化提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查與采樣方法

從2015年2月至2016年6月，筆者所在課題組陸續(xù)走訪了江蘇省內(nèi)太湖流域的代表性區(qū)域，包括無錫（宜興市、江陰市、錫山區(qū)、惠山區(qū)、濱湖區(qū)）、蘇州（昆山市、常熟市、太倉市、張家港市、吳中區(qū)、吳江區(qū)、相城區(qū)、高新區(qū)）、常州（武進(jìn)區(qū)、金壇市、溧陽市）、鎮(zhèn)江（丹徒區(qū)、丹陽市、句容市）、南京（江寧區(qū)、高淳區(qū)、溧水區(qū)）等地。通過管理部門訪談、資料收集以及現(xiàn)場實(shí)地調(diào)研等方式，對江蘇省太湖流域農(nóng)村生活污水的處理情況有了充分的了解。調(diào)查結(jié)果顯示，截至2016年6月，江蘇省太湖流域地區(qū)共建成農(nóng)村生活污水處理設(shè)施近 6 000套，涉及的工藝多達(dá)100余種，應(yīng)用占比超過1%的有20種，其中選擇4種實(shí)際運(yùn)用比較廣泛的處理工藝進(jìn)行取樣分析。

本研究于2016年7—11月期間對運(yùn)用4種處理工藝的農(nóng)村生活污水處理設(shè)施的進(jìn)出水水質(zhì)跟蹤監(jiān)測，為避免地表徑流影響，取樣期間避開中雨及以上降雨期。取樣過程中進(jìn)出水處于不斷流動的動態(tài)過程中，樣品混合后用1 L的白色塑料封口瓶密封保存，12 h內(nèi)進(jìn)行檢測分析。樣品每月取樣1次。1.2 工藝流程

（1）A/O工藝，即生活污水-AO預(yù)處理+人工生態(tài)綠地（圖1），特點(diǎn)是建設(shè)與治理同步，處理效果好，運(yùn)行維護(hù)簡單，生態(tài)綠地采用專門的防堵技術(shù)，生態(tài)效益顯著。

（2）戶用凈化槽工藝，工藝流程主要是污水進(jìn)入凈化槽后，由沉淀分離槽進(jìn)行預(yù)處理，去除比重較大的顆粒及懸浮物， 提高污水的可生化性，預(yù)過濾槽內(nèi)裝有填料，在填料上的厭氧生物膜的作用下去除可溶性有機(jī)物，曝氣槽是集曝氣、高濾速、截留懸浮物和定期反沖洗為一體的裝置，沉淀槽溢水堰設(shè)置了消毒裝置，對出水進(jìn)行消毒處理（圖2）。

（3）厭氧產(chǎn)沼氣-缺氧反硝化脫臭-跌水充氧接觸氧 化-人工濕地工藝是讓污水首先進(jìn)入?yún)捬醭?，進(jìn)行厭氧發(fā)酵，以降低后續(xù)接觸氧化反應(yīng)的有機(jī)負(fù)荷，同時(shí)進(jìn)行硝化液回流脫氮處理，經(jīng)過厭氧處理的污水經(jīng)泵提升進(jìn)入接觸氧化池，接觸氧化池共分5格，充分利用污水提升后的部分水頭，采用跌水充氧技術(shù)提供好氧反應(yīng)的需氧量，以降低運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)低能耗污水處理。在接觸氧化池內(nèi)，對有機(jī)污染物進(jìn)行好氧降解和充分硝化，接觸氧化池出水部分回流到前端厭氧池進(jìn)行脫氮，部分進(jìn)入后續(xù)潛流式人工濕地或生態(tài)凈化塘，進(jìn)一步去除氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)（圖3）。

（4）微動力高效復(fù)合滲濾床+氮磷消化濕地處理工藝則主要利用滲濾床和氮磷消化池的混合作用，進(jìn)一步提高處理效果，且無二次污染，不排放污泥。系統(tǒng)設(shè)置于地下，且可人為調(diào)節(jié)溫度，不受氣候條件影響（圖4）。不需要專用土地（地表可規(guī)劃為綠地、旱地、停車場或運(yùn)動場地）。

1.3 水質(zhì)指標(biāo)及測定方法

水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)為COD、TN、TP、氨態(tài)氮含量。COD采用重鉻酸鹽法（GB/T 11914—1989《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測定 重鉻酸鹽法》）;TN含量采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（HJ 636—2012《水質(zhì) 總氮的測定》）;TP含量采用鉬酸銨分光光度法測定GB/T 11893—1989《水質(zhì) 總磷的測定 鉬酸銨分光光度法》）;氨態(tài)氮采用納氏試劑分光光度法測定（HJ 535—2009《水質(zhì) 氨氮的測定》）。

2 結(jié)果與分析

2.1 4種處理工藝對各污染物的去除效果比較分析

2.1.1 A/O工藝對各污染物的去除效果比較分析 A/O工藝出水水質(zhì)基本滿足GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A標(biāo)準(zhǔn)。如圖5所示，COD進(jìn)水濃度過低，在8月僅為7.1 mg/L，可能是由于監(jiān)測時(shí)間恰逢多雨季節(jié)，雨污未分流導(dǎo)致;在9月之后，COD進(jìn)水濃度達(dá)到正常[8]，工藝對其去除率有了明顯的提高，說明設(shè)施在正常運(yùn)行后對COD的去除能達(dá)到較好的水平。設(shè)施對TN和氨態(tài)氮的去除有明顯的波動，最高可到90%，最低僅為18%，這個(gè)與A/O工藝中的厭氧段和好氧段是否正常運(yùn)行有很大的關(guān)系。TP在8月達(dá)到了92.05%的去除率，與夏季人工濕地植物茂盛生長相關(guān)，植物對氮磷的需求較大，同時(shí)濕地系統(tǒng)的微生物群落活動最為活躍。

2.1.2 戶用凈化槽工藝對各污染物的去除效果比較分析 戶用凈化槽工藝出水水質(zhì)基本滿足GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級B標(biāo)準(zhǔn)。如圖6所示，戶用凈化槽技術(shù)進(jìn)出水水質(zhì)基本正常，COD、氮處理效果較好，比較穩(wěn)定;對COD的去除率為40%～80%，對TN的去除率為40%～70%，對氨態(tài)氮的去除率為20%～60%。該方法雖然有一定的去磷效果，但去除率不高，最高去除率僅為35%，且隨著使用時(shí)間的延長，須要及時(shí)更換填料，否則會影響處理效果。

2.1.3 厭氧產(chǎn)沼氣-缺氧反硝化脫臭-跌水充氧接觸氧化-人工濕地工藝對各污染物的去除效果比較分析 厭氧產(chǎn)沼氣-缺氧反硝化脫臭-跌水充氧接觸氧化-人工濕地工藝的出水水質(zhì)基本滿足GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級B標(biāo)準(zhǔn)。如圖7所示，其進(jìn)水水質(zhì)正常，出水水質(zhì)COD達(dá)到一級B標(biāo)準(zhǔn)，8月各項(xiàng)指標(biāo)去除率很高，其原因是夏季氣溫高，跌水充氧接觸氧化段掛膜豐富，對有機(jī)污染物去除效果好;人工濕地植物茂盛生長相關(guān)，植物對氮磷的需求較大，同時(shí)濕地系統(tǒng)的微生物群落活動最為活躍，對氮磷去除貢獻(xiàn)很大。水質(zhì)處理效果很好，比較穩(wěn)定，4項(xiàng)指標(biāo)最高去除率均達(dá)到80%以上。

2.1.4 微動力高效復(fù)合滲濾床+氮磷消化濕地處理工藝對各污染物的去除效果比較分析 微動力高效復(fù)合滲濾床+氮磷消化濕地處理技術(shù)的出水水質(zhì)基本滿足GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級B標(biāo)準(zhǔn)。如圖8所示，7、8月各污染物進(jìn)水濃度較低，工藝仍能對其有較好的處理效果，其中COD去除率達(dá)38.64%。在10月，該工藝對TN、氨態(tài)氮、TP的去除率達(dá)到最高。在11月，該工藝對TN的去除效果很差，可能與氣溫低導(dǎo)致濕地植物生長緩慢，甚至死亡有關(guān)。

2.2 4種處理工藝建設(shè)運(yùn)行比較分析

如表2所示，4種農(nóng)村生活污水處理工藝的操作管理都比較簡單，只須定期清理、檢修即可。其中，戶用凈化槽工藝的建設(shè)成本最高，達(dá)到其他3種工藝建設(shè)成本的4倍不止。厭氧產(chǎn)沼氣-缺氧反硝化脫臭-跌水充氧接觸氧化法-人工濕地技術(shù)的建設(shè)成本次之，1 t水投資達(dá)6 000元左右，遠(yuǎn)高于A/O工藝和微動力高效復(fù)合滲濾床+氮磷消化濕地處理技術(shù)。A/O工藝建設(shè)成本較低，但運(yùn)行費(fèi)用較高，1 t水費(fèi)用遠(yuǎn)高于其他3種水處理技術(shù)。

3 討論

3.1 4種處理工藝運(yùn)行效果比較分析

A/O工藝的監(jiān)測時(shí)間屬于多雨季節(jié)，COD進(jìn)水含量過低，總磷含量變化太大，水處理效果極不穩(wěn)定，這對A/O工藝在實(shí)際應(yīng)用中具有借鑒作用，在夏季必須做好工藝的運(yùn)行維護(hù)。戶用凈化槽技術(shù)將處理工藝集成到小型凈化槽中，無需配套另外設(shè)備即可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，操作簡便、維護(hù)簡單，但建設(shè)成本較高，去磷效果較差。厭氧產(chǎn)沼氣-缺氧反硝化脫臭- 跌水充氧接觸氧化法-人工濕地技術(shù)處理效果持續(xù)、穩(wěn)定，是一種很好的農(nóng)村生活污水處理工藝，但建設(shè)成本偏高。微動力高效復(fù)合滲濾床+氮磷消化濕地處理技術(shù)脫氮效果很好，處理率60%以上，但COD、TP進(jìn)水含量因?yàn)槭芗竟?jié)影響較大，去除效果不太穩(wěn)定。

外界氣溫是影響農(nóng)村生活污水處理工藝污染物去除率的關(guān)鍵因素之一， 氣溫對工藝的各組成部分（微生物、人工濕地微動力高效復(fù)合滲濾床+氮磷消化濕地 建設(shè)投資較小，運(yùn)行費(fèi)用很低 無復(fù)雜設(shè)備，系統(tǒng)維護(hù)簡單，只須負(fù)責(zé)濕地植物的生長 較不穩(wěn)定

植物等）具有很大的影響作用。4種工藝在低溫期的COD、TN、TP去除率均要低于高溫期，但影響程度不一致，其中厭氧產(chǎn)沼氣-缺氧反硝化脫臭-跌水充氧接觸氧化-人工濕地工藝受外界氣溫影響最大，A/O工藝相對較小。從4種工藝的建設(shè)安裝分析，A/O工藝、戶用凈化槽工藝和微動力高效復(fù)合滲濾床+氮磷消化濕地工藝的厭氧和好氧系統(tǒng)部分一般埋在地下，利用地?zé)崾芡饨鐪囟扔绊懴鄬^小，冬季低溫條件下受外界溫度影響相對較大，從而導(dǎo)致生物膜的微生物轉(zhuǎn)化作用得到限制。除戶用凈化槽工藝之外的其他3種工藝均設(shè)有人工濕地處理單元，夏季濕地植物與微生物生長迅速，對氮磷的去除作用極大，但到了冬季植物和微生物基本不發(fā)揮作用。在實(shí)際應(yīng)用中，必須十分清楚地考慮溫度的影響[9]。

3.2 4種處理工藝建設(shè)與維護(hù)比較分析

A/O工藝運(yùn)行費(fèi)用較大，達(dá)2.17元/t;戶用凈化槽工藝建設(shè)成本大，適合分散型農(nóng)村生活污水處理;厭氧產(chǎn)沼氣-缺氧反硝化脫臭-跌水充氧接觸氧化-人工濕地工藝，設(shè)施較多，但運(yùn)行成本低，效果穩(wěn)定。微動力高效復(fù)合滲濾 床+ 氮磷消化濕地工藝基建投資低，無需專門的人員維護(hù)，且運(yùn)營費(fèi)用極低。

農(nóng)村生活污水的治理對區(qū)域污染防止所起的作用是非常巨大的[10-11]，有效改善附近地表水的水質(zhì)，大大減少了疫病暴發(fā)或流行病的潛在危險(xiǎn)，有效改善了農(nóng)村的人居環(huán)境和農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，縮小了城鄉(xiāng)差距，促進(jìn)了區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，促使社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)一步協(xié)調(diào)。

4 結(jié)論

經(jīng)調(diào)研，江蘇省太湖流域農(nóng)村生活污水處理技術(shù)種類多達(dá)幾百個(gè)，即使按照工藝原理分類也多達(dá)數(shù)十種，很多地方更是因?yàn)楣に囘x擇和設(shè)計(jì)沒有因地制宜，給后期的統(tǒng)一維護(hù)帶來較大的技術(shù)難度，更甚者只建設(shè)不運(yùn)行。太湖流域農(nóng)村生活污水日變化系數(shù)大，在早、中、晚各有1個(gè)高峰時(shí)段，但夜間排水量小，甚至出現(xiàn)斷流現(xiàn)象[12]，同時(shí)，作為旅游業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)，江蘇省太湖流域農(nóng)村生活污水新增來源（農(nóng)家樂污水），油脂含量多，水質(zhì)、水量波動大，尤其在節(jié)假日或冬季，污染物濃度明顯較高，這對農(nóng)村生活污水處理技術(shù)選擇和管理要求較高。因此，農(nóng)村生活污水治理應(yīng)在設(shè)計(jì)之初就根據(jù)當(dāng)?shù)氐幕咎卣?，因地、因時(shí)、因人制宜，選用不同的處理技術(shù)以適應(yīng)當(dāng)?shù)貤l件和滿足農(nóng)民需求，以保證其長期有效穩(wěn)定的運(yùn)行。

厭氧產(chǎn)沼氣-缺氧反硝化脫臭-跌水充氧接觸氧化法-人工濕地技術(shù)，雖然初期建設(shè)成本略高，但處理效果穩(wěn)定，COD、TN、TP及氨態(tài)氮的去除率均達(dá)到80%以上，是一種很好的農(nóng)村生活污水處理工藝。

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