5種農村生活污水處理工藝運行效果

張亞平， 徐 茂， 趙 坤， 韋 斯， 龍 珍

(1.東南大學能源與環境學院，江蘇南京 210096；2.江蘇省農業環境監測與保護站，江蘇南京 210036；3.南京大學環境學院，江蘇南京210023)

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5種農村生活污水處理工藝運行效果

張亞平1， 徐 茂2， 趙 坤1， 韋 斯3*， 龍 珍1

(1.東南大學能源與環境學院，江蘇南京 210096；2.江蘇省農業環境監測與保護站，江蘇南京 210036；3.南京大學環境學院，江蘇南京210023)

[目的]篩選農村生活污水處理最佳工藝。[方法]運用MBR、SBR、海沃特復合生物水、脈沖多層復合濾料生物濾池、DSP-SH(A2/O)5種常見的農村生活污水處理工藝對江蘇省太湖流域地區進行1 a的連續監測，比較分析不同工藝對生活污水中COD、TP、TN和氨氮的處理效果。[結果]5種農村生活污水處理工藝均可明顯降低生活污水中的COD、TP、TN和氨氮濃度，出水水質達到一級B標準，其中脈沖多層復合濾料生物濾池對污染物的去除效果最佳，可以獲得64%以上的COD去除率及90%以上的氨氮去除率，運行最為穩定。[結論]為農村生活污水處理提供了科學依據與借鑒。

農村生活污水；處理技術；運行效果

農村污染源已成為影響水環境的重要因素。據報道，農村生活污水輸出的COD、氨氮、總氮(TN)和總磷(TP)分別占入太湖污染物總量的9.79%、11.40%、13.71%和5.31%，且呈逐年增加的趨勢，農村生活污染已成為太湖地區氮、磷污染的主要來源[1-2]。農村生活污水量雖然低于城鎮，但農村生活污水處理率遠遠低于城鎮處理率[3]，直接威脅水環境的健康。江蘇省作為全國發達省份，又毗鄰太湖，農村生活污水處理直接影響太湖流域的水質。2010年作為全國8個農村環境連片整治示范省之一的江蘇省，選定了太湖、淮河流域以及南水北調沿線的南京、無錫、常州、蘇州、南通等16個縣(市、區)作為2010年農村環境連片整治示范區域。近年來，江蘇省政府加大了對建設農村生活污水處理設施的投入，截至2014年底，江蘇地區共建成農村生活污水處理設施6 000余套，太湖流域基本實現了鄉鎮污水處理全覆蓋[4]。調研發現，太湖流域(江蘇省域內)農村生活污水處理涉及的工藝多達100余種，使用工藝占比超過1%(含1%)以上的多達20種。農村生活污水處理工藝的選擇，除了需滿足處理規模、污水特征、出水水質等要求外，還應結合當地實際情況，綜合考慮投資費用、運行費用以及設施后期操作與日常維護的問題。SBR、海沃特復合生物水處理技術、DSP-SH(A2/O)技術、脈沖多層復合濾料生物濾池和MBR工藝是目前運用最廣泛的農村污水處理技術[5]。筆者調查了江蘇省使用廣泛的這5種生活污水處理工藝，分析不同工藝的處理效果，綜合比較投資費用與日常維護，篩選最適宜的農村生活污水處理技術，旨在為探索適合江蘇省農村地區的生活污水處理模式及促進太湖流域水環境的改善提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 調查工藝與調查地點根據江蘇省農村生活污水處理設施使用工藝，篩選5種典型的工藝，選擇正常運行達1 a以上的設施點進行監測。由于設施的管理模式與設施運行密切相關，因此選擇管理模式均為第三方監管模式的設施點。調查的設施點及工藝見表1。各設施地點的出水水質均為一級B標準。調查時間為2015年4月至2016年3月，為期1 a。

1.2 工藝原理

1.2.1MBR工藝。MBR工藝流程包括預處理單元、膜生物反應器處理單元、表流濕地單元、氧化塘單元。污水經外部污水管網送至處理站，先進入預處理池進行預沉降，出水經格柵截留污水中的懸浮污染物后進入調節池，再由泵提升到缺氧池和膜池進行生化處理。

1.2.2SBR工藝。SBR工藝的核心是SBR反應池，該池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池。通過好氧反應，達到去除COD、硝化和吸收磷的目的，如需除氮，先用好氧反應使其硝化，然后再進行厭氧反應脫氮。

1.2.3海沃特復合生物水處理技術。海沃特復合生物水處理技術流程：生活污水→格柵→均化池→復合生物濾池→回流池→人工濕地→出水。采用海沃特模塊填裝功能性復合材料，接種特效微生物制劑，達到脫氮除磷的目的。

1.2.4脈沖多層復合濾料生物濾池。脈沖多層復合濾料生物濾池集有機物降解和生物脫氮為一體，以硝化反應為主要功能，利用不同填料的特點，提高濾池的氮、磷去除率。生物濾池內的濾料為微生物的生長提供了載體表面，其表面形成的膜層含有豐富的去除廢水中底物的微生物，其中包括好氧和兼性細菌、真菌、藻類和原生動物等。污水在流經載體表面的過程中，通過有機營養物的吸附、氧向生物膜內部的擴散及在膜中所發生的生物氧化等作用，對污染物進行降解。

1.2.5DSP-SH(A2/O)技術。DSP-SH(A2/O)技術工藝流程：廢水經預處理后進入厭氧反應器，通過厭氧過程使廢水中的部分難降解有機物得以降解去除，進而改善廢水的可生化性，并為后續的缺氧段提供適合于反硝化過程的碳源，使高COD物質在該段得到部分分解，而后是進行氧化降解有機物和進行硝化反應的好氧段。

表1 調查工藝及地點

1.3 樣品采集農村生活污水處理設進水口和出水口，8:00—20:00每隔2 h采樣1次，且該時間段污水處理工程處于進出水不斷流動的動態過程中。樣品混合后用1 L的白色塑料封口瓶密封冷藏保存，48 h內進行檢測分析。樣品每月取樣1次，為期1 a。

1.4 測定項目與方法TP含量采用鉬酸銨分光光度法(GB 11893—89)測定；TN含量采用過硫酸鉀氧化紫外分光光度法(GB 11849—89)測定；氨氮含量采用納氏試劑分光光度法(HJ 535—2009)測定；COD含量采用重鉻酸鹽法(GB 11914—89)測定。

2 結果與分析

2.1 5種工藝運行效果比較

2.1.1COD處理效果。從圖1～3可見，SBR工藝在冬季COD進水濃度偏低，其他時間進水濃度正常，COD出水達到一級B標準，COD去除率為60.00%～84.00%，平均去除率74.92%，處理效果較穩定；MBR工藝COD進水濃度為60～170 mg/L，出水濃度低于60 mg/L，達到一級B標準，COD去除率最高可達84.00%，平均去除率為68.47%；脈沖多層復合濾料生物水處理技術COD進水濃度正常，出水濃度達一級B標準，全年去除率為64.00%～72.00%，非常穩定；海沃特復合生物水處理技術COD進水濃度普遍偏低，全年有9個月進水濃度低于60 mg/L，處理穩定性較差；DSP-SH(A2/O)工藝COD進水濃度正常，為90～290 mg/L，出水水質大多高于60 mg/L，未達到一級B標準，平均去除率為52.91%，處理穩定性較差。

圖1 5種工藝對COD進水濃度的影響

圖2 5種工藝對COD出水濃度的影響

圖3 5種工藝對COD的去除率

2.1.2TP處理效果。從圖4～6可見，SBR工藝TP的進水濃度過低，出水濃度達到一級B標準，TP去除率波動較大；MBR工藝對TP的去除效果很差，全年只有2個月出水水質達一級B標準，去除率最低6.53%，穩定性差；脈沖多層復合濾料生物濾池技術的TP進出水濃度均達標且穩定，TP的去除率為88.00%～92.00%，波動幅度小，平均去除率為88.80%，處理效果穩定；海沃特生物濾池技術的TP進水濃度也偏低，出水濃度達一級B標準，去除率為23.00%～74.00%，平均去除率為43.69%；DSP-SH(A2/O)技術對TP的去除效果也較差，去除率最高為46.91%，只有部分出水達到一級B標準。

圖4 5種工藝對TP進水濃度的影響

圖5 5種工藝對TP出水濃度的影響

圖6 5種工藝對TP的去除率

2.1.3TN處理效果。從圖7～9可見，脈沖多層復合濾料生物濾池技術的平均去除率為76.00%，去除效果穩定；其次為MBR工藝，平均去除率為60.75%，波動較小；DPS-SH(A2/O)技術進水濃度正常，但去除率較低，處理效果不穩定；SBR工藝在2015年4—7月的TN去除率較低，后期逐漸趨于平穩，去除率達60.00%以上；海沃特復合生物水處理技術的TN去除率為24.00%～73.00%，進水濃度過低，受環境因素影響較大。

圖7 5種工藝對TN進水濃度的影響

圖8 5種工藝對TN出水濃度的影響

圖9 5種工藝對TN的去除率

2.1.4氨氮處理效果。從圖10～12可見，脈沖多層復合濾料生物濾池技術對氨氮的去除率高達99.99%，基本穩定在90.00%～99.00%，氨氮進水濃度為20～30 mg/L，效果最好；MBR工藝對氨氮的平均去除率為67.20%，波動較小；SBR工藝其次，由于前期進水濃度較低，去除率波動較大，后期趨于穩定；海沃特復合生物水處理技術在溫度較低時對氨氮的去除率開始下降，并降低明顯；DSP-SH(A2/O)工藝對氨氮的平均去除率最低，僅為34.00%，無規律性波動較大。

圖10 5種工藝對氨氮進水濃度的影響

圖11 5種工藝對氨氮出水濃度的影響

圖12 5種工藝對氨氮的去除率

2.2 5種工藝投資與維護費用比較5種工藝建設費用與運行費用等參數比較見表2。建設費用不包括管網、化糞池等的費用。MBR雖然處理效果較好，但是運行費用較高，脈沖多層復合濾料生物濾池技術為微動力，運行費用較低。

目前，設施都采用自動控制系統，無需專人管理，但是不同工藝維護管理內容不同。MBR工藝需定期添加化學藥劑以去除污染物，并定期清洗和更換膜組件，維護較復雜；SBR工藝則需定期清理污泥，以及更換消毒劑和風機用隔膜套件；海沃特復合生物水處理技術、DSP-SH(A2/O)技術和脈沖多層復合濾料生物濾池只需進行日常維護即可，維護較簡單。

3 結論與討論

(1)脈沖多層復合濾料生物濾池技術利用缺氧池脫氮，對COD、TN、TP、氨氮4種污染物的去除效果最佳，且設施維護簡單，運行費用低，這與黃濤[6]和蔣怡[7]的復合生物濾池+人工濕地可降低COD和磷濃度的研究結果一致。海沃特復合生物水處理技術主要是利用微生物和膜的作用去除污染物，去除效果較好，但受環境因素影響較大；SBR工藝主要原理是利用硝化與反硝化作用；MBR工藝利用化學法去除污染物，需要定期加入化學試劑，處理效果受人為因素影響較大，運行費用較高；DSP-SH(A2/O)技術主要是利用缺氧池的反硝化作用進行脫氮，利用好氧池的微生物降解COD、TP，處理效果不穩定。

(2)筆者篩選的5種農村生活污水處理工藝都可顯著降低污染物濃度，達到設施的出水水質一級B標準。其中，脈沖多層復合濾料生物濾池處理效果最為穩定，污染物去除效果最好。

表2 5種工藝投資費用比較

(3)農村生活污水處理工藝的運行效果與設施的維護情況、當地的用水習慣等密切相關，因此農村生活污水處理技術的選擇不僅要針對農村生活污水的特點、考慮村鎮的經濟條件及周邊環境，還要結合技術本身管理復雜程度，切實選擇適用于當地的處理工藝。

[1] 太湖流域水環境綜合治理總體方案(2013年修編)[Z].2013.

[2] 江蘇省太湖流域水環境綜合治理實施方案(2013年修編)[Z].2013.

[3] 梁祝,倪晉仁.農村生活污水處理技術與政策選擇[J].中國地質大學學報(社會科學版),2007,7(3):18-22.

[4] 張悅,段華平,孫愛伶,等.江蘇省農村生活污水處理技術模式及其氮磷處理效果研究[J].農業環境科學學報,2013,32(1):172-178.

[5] 龍珍, 張亞平, 管永祥, 等.江蘇省太湖流域農村生活污水處理設施建設情況剖析[J].安徽農業科學,2015,43(11):220-224.

[6] 黃濤.脈沖雙層濾料生物濾池與人工濕地組合工藝處理農村生活污水應用技術研究[D].南京:東南大學，2010.

[7] 蔣怡.水解-脈沖生物濾池處理農村生活污水的研究[D].南京：東南大學，2005.

Purifying Effect of Five Kinds of Rural Sewage Treatment Technologies

ZHANG Ya-ping1, XU Mao2, ZHAO Kun1,WEI Si3*et al (1. School of Energy and Environment, Southeast University, Nanjing, Jiangsu 210096; 2. Agricultural Environment Monitoring and Protection Station, Nanjing, Jiangsu 210036; 3.School of Environment,Nanjing University,Nanjing,Jiangsu 210023)

[Objective] To screen the optimal technology of rural domestic sewage treatment. [Method] Five common rural domestic sewage treatment techniques were adopted, which were MBR, SBR, HyWaT composite biological water, pulse multilayer composite filter material biological filter, and DSP-SH(A2/O). Continuous monitoring for one year was carried out in Taihu Lake watershed. The treatment effects of different technologies on COD, TP, TN and ammonia nitrogen in domestic sewage were analyzed and compared. [Result] Five common rural domestic sewage treatment techniques could all significantly reduced the COD, TP, TN and ammonia nitrogen concentrations in domestic sewage, which reached the B standard of level 1 of effluent quality. Among them, pulse multilayer composite filter material biological filter had the optimal removal efficiency to pollutant, which could obtain more than 64% COD removal rate and 90% ammonia nitrogen removal rate. Its operation was the most stable. [Conclusion] This research provides scientific basis and reference for the rural domestic sewage treatment.

Rural domestic sewage; Treatment technology; Opreation effect

國家科技重大專項(2012ZX07101-005)。

張亞平(1979- )，女，河南駐馬店人，副教授，博士，博士生導師，從事水污染控制、土壤修復、農業面源污染治理研究。*通訊作者，副教授，博士，碩士生導師，從事水污染控制研究。

2016-08-15

S 181.3;X 52

A

0517-6611(2016)30-0050-04