新型一體化設備處理農村生活污水的中試研究

劉君，邱敬賢，黃獻

（1.航天凱天環保科技股份有限公司，長沙 410100；2.長沙凱天工研院環保服務有限公司，長沙 410100）

2017年2月，《全國農村環境綜合整治“十三五”規劃》提出要重點整治農村環境[1]；同年9月，第三次全國改善農村人居環境工作會議強調要全面推進農村生活垃圾治理，積極開展農村生活污水治理，大力推進農村“廁所革命”，有效整治村容村貌；黨的十九大報告中提出實施“鄉村振興戰略”，進一步強調了鄉村生態環境的重要性；全國生態環境保護大會提出：以農村垃圾、污水治理和村容村貌提升為主攻方向，推進鄉村環境綜合整治，國家對農村的投入要向這方面傾斜。一系列的利好政策助力農村環境產業的迅速發展。

我國農村地區的生活污水因基礎處理設施不完善，大部分被直排或經化糞池處理后直接排放至附近的河道、坑塘或農田土壤，導致周邊環境被污染，甚至危害人體健康[2]。由于農村地勢不平坦、農戶分散、鋪設管網困難，分散式農村一體化生活污水處理設備快速被推向市場，并得到了廣泛應用。但一體化設備的處理工藝不一，出水也受到不同工藝參數的影響，這使得一體化設備在農村地區的推廣受到一定限制。

國內企業經過不斷的探索，推出了新型一體化污水處理設備（凱天罐），該新型一體化處理設備具備結構簡單、占地面積少、投資省、能耗低、運行費用低、管理方便等優點，適用于經濟不發達地區的分散式農村生活污水處理。

1 實驗裝置和方法

1.1 實驗裝置

一體化裝置結構俯視圖見圖1，該裝置由調節池、缺氧區、厭氧區、好氧區、固液分離區、澄清區組成，設備流程見圖2，該裝置的處理能力為1m3/d。

圖1 新型一體化污水處理設備俯視圖

圖2 新型一體化污水處理設備工藝流程圖

1.2 中試實驗地點和實驗水樣

實驗在長沙某農莊進行，進水為農莊化糞池的存量生活污水，主要來源于餐廚、洗滌和沖廁等，處理水量約為1m3/d，現場中試實驗如圖3所示。進水主要控制指標見表1。

圖3 農莊現場中試實驗

表1 進水水質、設計值、出水要求的主要指標值

由于實驗進水量的限制，中試實驗的進水來自農莊化糞池里的存量水，包括餐廚、洗滌、沐浴和沖廁等污水，污水濃度越存越高，并伴隨明顯惡臭現象（圖4）。由表1可知，該農村生活污水處理設備的項目設計值比實驗場地的實際值偏低程度較大，尤其是TN、NH4+-N和TP值超標嚴重。但經一體化設備處理后，污水明顯澄清且無臭味（圖5）。故在后續實驗過程中對進水進行了適度稀釋，以使各類指標接近設計值，并添加一定的碳源以保證實驗過程中微生物的正常運行。

圖4 實驗裝置進水水質

圖5 進出水對比圖

1.3 主要水質指標分析檢測方法（表2）

表2 各水質分析方法

2 結果與分析

2.1 COD的處理效果

圖6為一體化裝置進水、好氧區、厭氧區、出水CODCr及去除率的變化曲線。

圖6 一體化裝置進水、好氧區、厭氧區、出水CODCr及去除率變化曲線

從圖6中可看出：進水CODCr質量濃度除少數時間段明顯偏高外，其余時間段較穩定，在好氧區的出水就能穩定達到甚至明顯優于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A標。在進水未被稀釋前，當進水比在2 : 1、1 : 0、1 : 1時，CODCr的平均去除率分別為89.4%、89.7%、92.8%。因進水CODCr能滿足設計指標的要求，故稀釋后需加葡萄糖作為碳源以提供微生物的營養物質。稀釋加入碳源穩定一天后，CODCr的平均去除率為91.6%。

2.2 對生活污水的脫氮效果

一體化裝置進水、好氧區、厭氧區及出水對TN、NH4+-N的去除效果分別如圖7、圖8所示。同上，當進水比分別在2 : 1、1 : 0、1 : 1時，TN的平均去除率分別為79.9%、84.0%、88.1%，NH4+-N的平均去除率分別為96.5%、95.9%、93.8%；NH4+-N的平均去除率明顯高于TN的去除率，盡管NH4+-N進水質量濃度變化幅度很大，但出水穩定，表明裝置硝化效果好，而反硝化效果較差。但稀釋穩定一天后，TN的平均去除率為87.7%，NH4+-N的平均去除率為87.1%；裝置的硝化和反硝化效果均好，故裝置對TN、NH4+-N的去除效果與進水水質密切相關。稀釋后出水中TN、NH4+-N均能穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A標。

圖7 一體化裝置進水、好氧區、厭氧區、出水TN及去除率變化曲線

圖8 一體化裝置進水、好氧區、厭氧區、出水及去除率變化曲線

2.3 TP的處理效果

一體化裝置進水、好氧區、厭氧區及出水對TP質量濃度及TP去除情況如圖9所示。當進水比在2 : 1、1 : 0、1 : 1時，TP的平均去除率分別為87.2%、90.3%、93.5%，對TP的去除效果明顯。稀釋穩定一天后出水中TP均能穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級B標。

圖9 一體化裝置進水、好氧區、厭氧區、出水TP及去除率變化曲線

2.4 SS的處理效果

一體化裝置進水、好氧區、厭氧區及出水對SS質量濃度及SS去除情況如圖10所示。在進水未被稀釋前，對缺氧區和厭氧區進水比例進行調節，當進水比在2 : 1、1 : 0、1 : 1時，SS的平均去除率分別為96.5%、95.6%、97.9%。經各水質指標對比分析，選取進水比例1 : 1稀釋前后出水中SS均能穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A標。

圖10 一體化裝置進水、好氧區、厭氧區、出水SS及去除率變化曲線

3 結論

（1）中試實驗啟動15d后，中試裝置開始穩定運行，出水水質穩定、水質澄清且無惡臭，裝置具備良好的耐沖擊負荷能力。

（2）在穩定運行期間，通過缺氧區和厭氧區進水比例的調節，確定最佳進水比為1 : 1；在此條件下，符合進水指標的生活污水經處理后，SS、TN、NH4+-N、TP、CODCr平均去除率分別為93.3%、87.7%、87.1%、86.4%、91.6%，出水除TP外均能穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A標。

（3）RAAOO一體化污水處理設備具有操作簡單、占地面積小、耐沖擊能力強等優點，可適用于以分戶、聯戶、小集中等收集模式的農村生活污水處理。