一種農村分散式生活污水節能高效工藝

張震宇，吳義峰，黎發明，趙志紅

（1.大理漢龍萊科環境工程有限公司，云南 大理671000；2.東南大學，江蘇 南京210018；3.云南省大理市洱海保護管理局，云南 大理671000）

1 引言

隨著農村人口生活水平的提高，農民生活方式也逐漸城市化，使得農村生活污水逐步成為農村生態環境和當地水環境的重要影響因素。簡單的生態處理雖然具有運行管理方便，能耗低的優勢，但出水水質達不到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準。傳統的污水處理工藝因存在泥齡矛盾、碳源不足等問題，出水氮、磷也不能直接達到上述標準。同時農村污水處理也不能照搬城市污水處理廠的工藝流程與管理方式，城市污水處理廠的除磷脫氮工藝中有污泥回流、混合液回流，還須定期排放富磷剩余污泥，并采用加藥和機械脫水工藝，才能保證除磷效果，所有這些都需要高昂的投資與運行費用并配備專業管理人員的隊伍，這在廣大的農村地區是無法實現的，違背了農村生活污水處理經濟、節能、高效和簡便易維護的原則。因此開發占地面積小、技術有效、工藝流程簡單、管理要求低、投資和運行費用省的適合農村小型污水處理的新技術具有重要的意義。

2 工藝介紹

國內外相關研究成果與實踐指出，無論是生物技術還是新興的生態工程技術，單獨應用都不能解決農村生活污水處理及除磷脫氮的問題。必須將生物方法與生態工程有機結合，才能既節省成本和運行費用，又能達到穩定的除磷脫氮效果。因此，東南大學環境科學與工程課題組提出“厭氧－缺氧－跌水充氧接觸氧化－人工濕地”組合工藝，與漢龍萊科公司合作在云南大理進行實地研究，取得了很好的科研和工程效果。

該工藝融合生物與生態技術的各自優點，實現了節能和粗放管理的目的，在污染物去除功能上各自分工，有機統一。不僅充分利用和發揮了厭氧消化、缺氧反硝化、好氧硝化和生物生態氮磷去除等功能單元的各自優勢，同時實現農村污水處理過程中的節能減排與高效脫氮除磷目標，具有節能、節地、資源回收以及低建造費、低運行費和易維護性等特性，有望全面實現對氮、磷的資源化利用和污水回用的可持續發展目標。該工藝出水水質可以達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準。

2.1 工藝流程

該“厭氧－缺氧－跌水充氧接觸氧化－人工濕地”組合工藝，工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程

2.2 工藝原理

“厭氧－缺氧－跌水充氧接觸氧化－人工濕地”污水處理組合系統由厭氧生物濾池、缺氧調節池、好氧接觸氧化池和生態單元串聯而成，污水流經多級由生物填料以及水生植物等組成的生物格柵，增加了廢水與生物填料接觸的時間，以達到凈化水質的目的。

前段設厭氧池，起到厭氧發酵的作用，具有較長時間的污水停留時間，去除有機物，減輕后續單元負荷。采用大徑深比高效厭氧反應器，常溫運行，內部安裝生物膜填料，通過進出水設施控制池內恒水位運行，利于排泥與集氣，可除去80%的有機物。嚴格的厭氧狀態有利于有機物降解產酸、產甲烷，但厭氧時間的長短直接影響到污水中有機物降解的程度，進而影響到污水中臭味的去除。所以該工藝通過完全厭氧（無臭味產生）的參數及相應的運行特征來實現系統工藝除臭，做到與農村環境融為一體。

缺氧調節池兼具反硝化脫氮和水量調節的功能，同時接納厭氧池出水和好氧單元的回流液。由于缺氧狀態，氮的反硝化作用明顯，因此具有脫氮功能，可除去系統中約50%的TN負荷。由于厭氧池為恒水位運行，水量調節的任務由缺氧池擔當，同時該池也作為污水出庫系統運行的調節池，以調節不均勻的水量。

跌水接觸氧化池通過跌水曝氣，自然充氧，同時完成硝化和有機物去除。生物好氧降解過程為好氧菌在充分供氧的條件下，利用污水中的有機物進行生命活動，從而將有機物以二氧化碳、水等無機物的形式去除。生物脫氮過程為好氧氨的亞硝化硝化過程和硝酸鹽的缺氧反硝化生物過程的串聯來實現，兩過程生物種類和氧環境均不同，因此好氧段的水需回流到缺氧段，將好氧產生的硝酸鹽經反硝化后除去。跌水接觸氧化采用梯式跌水工藝，通過不同梯級區工藝參數控制可實現多級充氧，提高氧氣利用率。可去除系統中30%的COD負荷。

生態單元為人工濕地單元，也是出水水池控制單元，構建為人工濕地，或改進現有自然濕地。配置該地區現有植物類型，既保持了現有自然生態的完整性，同時持續去除TN、TP等，其中系統中約40%的TN在人工濕地被去除。人工濕地可種植水生蔬菜，由農戶管理，既能維護好生態效益，還能產生相應的經濟效益，節約運行成本，強化除磷脫氮。經人工濕地后出水水質可達到一級A標。

“厭氧－缺氧－跌水充氧接觸氧化－人工濕地”的組合工藝系統中生長著大量的細菌、真菌、酵母菌、霉菌、原生動物等生物，并相伴存在一個豐富的微生物酶系，從而構成一個相互依存、協同作用又相互制約的微生物生態系。污水中的有機質及氮、磷等營養素在這個生態系統中，通過微生物的降解、吸收等作用而被去除。人工濕地單元處理污水時，有機物的降解和轉化主要由植物根系上的微生物活動來完成。在植物根系上，依次形成好氧區、兼氧區和厭氧區，為好氧微生物和厭氧微生物大量存在提供了條件，難降解的有機物在好氧區內被好氧微生物氧化分解，而在還原區域內則經厭氧細菌發酵作用將有機物分解。細菌能使含氮化合物轉化為可供植物和微生物利用的含氮無機化合物；真菌強大的酶系統，引起纖維素、木質素、果膠等的分解，能分解蛋白質化合物釋放放線菌是降解含氮和不含氮化合物的積極參與者，還能形成抗生物質維持濕地生動態平衡；磷細菌能將有機狀態的、不可直接利用的磷素降解為簡單的、可供植微生物吸收的磷化物，并在厭氧條件下提供短鏈脂肪酸；硫細菌能將有機硫化物分解為無機硫化物再從污水中除去；含氮化合物的去除則先由亞硝化細菌和硝化細菌好氧條件下將其降解為硝酸和亞硝酸，又在缺氧條件下經反硝化細菌將其還原。整個系統裝置示意圖如圖2所示。

圖2 系統裝置示意

3 工藝創新分析

該“厭氧－缺氧－跌水充氧接觸氧化－人工濕地”組合工藝具有以下幾點創新點和技術優勢：工藝中跌水充氧技術的應用，利用微型污水提升泵一次提升污水將勢能轉化為動能，分級跌落，形成水幕及水滴自然充氧，無需曝氣裝置，降低了污水生物處理中主要能耗，大幅度降低電力消耗，在生活污水處理中是一種首創性的研究，已獲國家發明專利授權。在工藝組合上，采用污水厭氧發酵降低后續跌水池的負荷，減少接觸氧化池的需氧量。同時厭氧發酵還可以產生部分沼氣加以利用。采用重力回流至厭氧池后的缺氧池兼有脫氮功能。“厭氧缺氧＋跌水充氧接觸氧化＋人工濕地”工藝是一種生物處理與生態處理相結合的新工藝，解決了單純依靠小型污水生物處理工藝除磷脫氮工藝復雜，建設及運行成本高的弊端。處理工藝中人工濕地除具有污水深度處理功能外，還兼有處理村落初期地表徑流的作用。該工藝達到一下經濟技術指標：總氮平均去除率＞83%，總磷平均去除率＞80%；COD平均去除率＞85%；設施建設費＜6000元／t；運行費＜0.1元／t。

以上經濟技術指標，建設和運行費用低，是國內如一體化小型污水處理設施的1／2。氮、磷去除率高于國內同類技術指標。

4 結語

從國內外農村生活污水處理技術的發展趨勢來看，以生物生態技術為主體的農村生活污水處理技術具有低成本、易于管理及良好的除磷脫氮功能等特點，代表了農村生活污水處理技術未來的發展方向。該“厭氧－缺氧－跌水充氧接觸氧化－人工濕地”組合工藝通過試驗研究和工程實踐證明，是一種農村分散式生活污水節能高效工藝。

［1］ 詹 旭，吉祝美，呂錫武.五級跌水充氧生物接觸氧化法處理農村污水［J］.凈水技術，2007（3）：21～24.

［2］ 李先寧，呂錫武，孔海南，等.農村生活污水處理技術與示范工程研究［J］.中國水利，2006（17）：17～18.

［3］ 唐 晶，呂錫武，吳琦平，等.生物、生態組合技術處理農村生活污水研究［J］.中國給水排水，2008（17）：1～3.