村鎮污水處理傳統工藝及一體化處理技術研究

張慶軍

（遼寧城建設計院有限公司，沈陽 110168）

城鎮污水由于分散、規模小，傳統的污水原處理工藝對管網的基礎設施、工藝等方面的要求較高等原因，導致城鎮污水對村鎮環境造成了污染，村鎮分散污水處理已成為傳統污水治理之后的又一個熱點，其治理成效將影響我國黑臭水體治理效果及生態環境狀況。因此，研發適合村鎮污水處理工藝對改善城鎮化過程中人居環境具有重要的意義。

1 村鎮污水處理概況

1.1 村鎮污水特征

村鎮污水主要包括居民生活污水、養殖廢水，學校、醫院、服務機構及各種公共設施排水，以及部分工業廢水和雨水等。具有以下明顯特點[1]。

（1）生活污水的比重較大，受地區生活習慣、環境管理、設施完善程度等因素的影響，水質有較大的不均勻性。

（2）村鎮人口相對較少，污水水量小且分散，水量不穩定，不易收集；市場對某種行業或是產品的社會需求量不同也會影響廢水量的變化；受雨季及用水的影響，水量的變化系數較大。

（3）污染物主要含有TOC、TN、TP，生活污水中含有大量的氮和磷，有機物濃度相對較低，屬于典型的低碳氮比污水。

1.2 村鎮污水處理工藝概述

隨著我國對水環境質量要求的提高，修訂后的《污水綜合排放標準》（GB 8978-1996）特別對出水氮、磷含量加嚴了要求，現有污水處理設施重點考慮達到氮、磷排放標準，由此研發了多種脫氮除磷工藝[2]。而針對我國村鎮分散污水處理的工藝技術應滿足以下要求：低碳氮比污染物處理效果好，出水氮磷達標；投資少，能耗低；占地面積小，一體化設計；污泥排放量少，運行和維護簡單，操作管理方便。

1.2.1 A/O工藝

20世紀80年代初開發的A/O（Anoxic/Oxic）工藝是目前較為廣泛使用的一種脫氮工藝。在缺氧反硝化時，反硝化菌以污水中的有機碳為碳源，以硝化回流液為電子受體，進而完成反硝化脫氮[3]。

主要優點：硝化反應消耗堿度可通過反硝化產生堿度得到一定的補充；缺氧、好氧池的順序有利于減輕好氧池負荷，提高有機物的去除率；以原污水為碳源，降低了建設運行費用。

主要缺點：由于沒有獨立的污泥回流系統，培養出的污泥不能去除難降解的物質；較大的內循環比加大了運行費用；內循環液攜帶一定的溶解氧，進而破壞了嚴格的缺氧環境，影響反硝化脫氮效果。

1.2.2 A/A/O工藝

A/A/O（Aerobic/Anoxic/Oxic）工藝是在A/O工藝的基礎上增設厭氧池而開發的具有同步脫氮除磷功能的工藝，可用于二級污水處理、三級污水處理、中水回用，具有較好的脫氮除磷效果[4]。出水進入二沉池進行泥水分離，上清液及一部分剩余污泥進行排放，一部分污泥回流至厭氧反應器。污水與含磷回流污泥進入厭氧區，在釋磷菌作用下釋放磷并產生能量，同時降解部分有機物。出水進入缺氧池后，利用從好氧區回流至缺氧區的混合液完成反硝化脫氮，最后進入好氧區，進行氧化降解有機物、吸收磷和硝化反應，最終實現同步脫氮除磷功能。

主要優點：水力停留時間少于其他類工藝；厭氧、缺氧、好氧交替運行，絲狀菌增殖少，減少了污泥膨脹的可能性；具有較好的脫氮除磷效果。

主要缺點：除磷效果很難進一步提高，污泥增長有一定限度，尤其是處理低碳氮比城鎮污水；內回流不宜太大使得脫氮效果受到一定限制；由于硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在有機負荷、泥齡以及碳源需求上存在矛盾和競爭，影響氮、磷的去除效果[5]。

1.2.3 改進AAO工藝

為解決AAO工藝碳源競爭及同步脫氮除磷的矛盾，研究者做了大量的工藝改進，開發了以下工藝：解決硝酸鹽干擾釋磷問題的UCT工藝；針對碳源不足而改變進水方式提出的倒置AAO工藝，及新型同步硝化反硝化脫氮除磷工藝，如Dephanox[6]等。南非開普敦大學[7]（University of Cape Town）提出的UCT脫氮除磷工藝將污泥回流由厭氧區改到缺氧區，使污泥經反硝化后再回流至厭氧區，減小了硝酸鹽對厭氧區釋磷的影響。UCT工藝的缺氧池分為兩部分接受二沉池回流污泥和好氧區硝化混合液，使污泥的脫氮與混合液的脫氮分開進行，進而減少反硝化不充分的硝酸鹽進入厭氧區[8]。同濟大學高廷耀[9]等為了解決AAO工藝中碳源競爭矛盾，把缺氧區放在工藝最前端，厭氧區置后，開發了對常規除磷脫氮工藝提出一種新的碳源分配方式的倒置AAO工藝。Wanner[10]率先開發出第一個以厭氧污泥中的PHB（聚羥基丁酸酯）為反硝化碳源的工藝，在AAO工藝的厭氧池與缺氧池之間增設一中間沉淀池和固定膜反應池，為反硝化除磷細菌提供了所需的環境和基質，進而開發了一種強化除磷的DEPHANOX工藝。

改進AAO工藝的特點：通過改變碳源分配方式提高缺氧段反硝化能力，提高系統的脫氮能力；充分利用聚磷菌在厭氧條件下形成的吸磷動力，回流污泥的釋磷與吸磷效果得到提高；污泥及混合液回流過程中的動力消耗低。該類工藝在脫氮除磷效果上雖有所提高，但一體化程度低，存在反應器體積較大、投資和運行費用高等缺點[11]。

2 一體化村鎮分散污水處理工藝發展

現代分散污水處理技術發展的總趨勢是趨向于一體化設計，一系列一體化污水處理新工藝得到較好的開發應用，該類工藝大大減少了占地面積，改變了傳統工藝在時間和空間上的布置形式，并大大簡化了水處理工藝的流程，適合用于處理城鎮污水。該類工藝根據空間和時間可以歸結為兩類[12]：一類是對反應器的內部空間進行合理分區，如對空間上的厭氧區-缺氧區-好氧區進行一體化設計等。另一類是將反應、沉淀等工序按時間順序進行調配的一體化氧化溝工藝等。

M.Ro[13]等研究的一種厭氧-缺氧-好氧復合反應器，污水依次通過厭氧區、缺氧區和好氧區，取得了較好的一體化污水處理效果。由Pasveer[14]研制的一體化氧化溝（Ombined Oxidation Ditch）成功的將集曝氣、沉淀、泥水分離和污泥回流實現一體化，開發后迅速得到發展。比利時史格斯清水公司開發的UNITANK是專利技術，無需二次沉淀池、污泥回流系統簡單且容易實現自動控制，建成投產后效果良好[15]。英國學者Lockett[16]采用將反應曝氣、沉淀、出水、污泥回流基于一體的SBR反應器（Sequencing Batch Reactor），投資和運行費用大大降低，改善了污泥特性，工藝簡單且有較好的脫氮除磷效果。

一體化工藝優點：將傳統生物處理工藝的反應、沉淀和污泥回流一體化，減少了占地面積，提高了工藝對分散污水抗沖擊負荷能力；工藝簡單，施工安裝及運行費用低，運行管理方便，能耗低；脫氮除磷反應能在一個反應器內同時連續發生，減小了反應器容積，節省了反應時間，對負荷變化適應性強；剩余污泥量少，減少了二次污染及污泥處理成本[17]。沒有厭氧、缺氧、好氧明顯分區的一體化設備有利于硝化和反硝化反應的進行，進而達到更好的脫氮除磷目的，同時為聚磷菌在缺氧環境中以硝酸鹽作為電子受體進行吸磷反應提供了環境，進而完成反硝化除磷，這是業內研究開發新型脫氮除磷工藝的重點和熱點。

一體化工藝的缺點：現有一體化工藝的最大缺點就是處理低碳氮比污水時脫氮除磷的效率仍存在一定限制，不能較好地應用到村鎮分散污水處理領域，污水量不穩定導致工藝設備利用率較低，生物處理調試運行受外界環境要求較大，自動化程度要求高，因而研究與開發高效脫氮除磷技術以及相關成套設備對處理村鎮分散污水具有重要意義[18、19]。目前我國能夠實現同步硝化反硝化及反硝化除磷的環保、節能一體化工藝仍較少。因此，開發經濟、高效、低耗的新型脫氮除磷一體化工藝仍是國內外的研究熱點[20]。

3 結論

（1）針對村鎮污水處理工程的設計規范、標準、法規等較少，沒有相適應的工藝，而是延用和照搬大、中型規模城市污水處理工藝，因此建設運行費用高、占地面積大，開發適合村鎮分散污水處理的一體化污水處理技術尤為關鍵。

（2）現有一體化工藝的最大缺點是脫氮除磷的效率較低，不能滿足村鎮污水處理的需要，因而研究與開發高效脫氮除磷技術以及相關成套設備具有重要的現實意義。