一種駁岸斜坡式生物接觸氧化系統在農村生活污水處理領域的應用前景

邱呈東 姚運佳 李林柱 余四堂

摘要：研究探索一種駁岸斜坡式生物接觸氧化系統在農村生活污水處理中的應用前景。依據一種駁岸斜坡式生物接觸氧化系統原理，提出一套農村生活污水處理系統。將生活污水經污水管網收集進入收集池中，再通過提升電泵將生活污水提升至一級溢流堰，經一級溢流堰讓污水均勻流入多級斜坡式生物接觸氧化設施，污水經多級斜坡式生物接觸氧化設施處理后流入二級溢流堰，通過二級溢流堰將一部分污水回流到收集池中，另一部分污水排入人工濕地中，通過人工濕地中水生植物的生長來吸收污水中的氮、磷等營養物質，最后將處理后污水排入外環境。研究結果可以為農村生活污水處理提供一個全新的研究方向。

關鍵詞：一種駁岸斜坡式生物接觸氧化系統;農村生活污水處理;運行成本;運行管理

Abstract：The purpose of this study is to explore the application prospect of a slope biological contact oxidation system in the field of rural domestic sewage treatment.Based on the principle of a slope biological contact oxidation system， a set of rural domestic sewage treatment system is proposed. The domestic sewage was collected into the collection pool through the sewage conduit， and then lifted to the first level overflow weir through the electric pump. Next， the sewage flows into the multi-level slope type biological contact oxidation facility evenly through the first level overflow weir. After the sewage is treated by the multi-level slope type biological contact oxidation facility， it flows into the second level overflow weir. Through the second level overflow weir， part of the sewage flows back to the collection pool， another part of the sewage is discharged into the constructed wetland， and the nutrients such as nitrogen and phosphorus are absorbed by the aquatic plants in the constructed wetland. Finally， the treated sewage is discharged into the external environment.The results of this study can provide a new research direction for the study of rural domestic sewage treatment.

Key words：A slope biological contact oxidation system;Rural domestic sewage treatment;Running cost;Operation management

黨的十九大報告提出了鄉村振興戰略，并要求統籌推進農村生態文明建設，農村生態環境整治工作隨之提上日程，而農村生活污水的治理作為其中一項重點工作，使得農村生活污水處理方面的研究也成為當下的一個熱點。

1 農村生活污水的來源及特點

（1）農村生活污水來源：主要來源于淘米、洗菜、洗衣、沐浴、拖洗、沖廁廢水等[2-4];（2）農村生活污水水質特點：COD、BOD濃度較高，可生化性較強;含有人畜糞便，氮磷含量較高;懸浮物較高;水質不穩定，不同時段差異大;（3）農村生活污水水量特點：水量較小;水量不穩定，不同時段差異大，有明顯高峰期。

2 目前農村生活污水處理面臨的問題

長期以來，農村生活污水的處理一直是生態環境保護工作的薄弱環節[5]。隨著中國經濟的發展，農村生活品質日益提升，衛生潔具、洗衣機、沐浴設施等走進尋常百姓家，導致農村的人均日用水量和生活污水排放量急增，然而由于農村居民較為分散、農村生活污水收集困難，且長期缺乏資金投入，導致很多農村沒有建設污水處理設施和配套雨污管網，農村生活污水直接排放或經化糞池簡單處理后進入周邊土壤或水體，既污染環境又影響感觀，而且容易導致地下水或地表水水質惡化，甚至黑臭化，滋生蚊蟲，不僅破壞水環境生態，還嚴重威脅著周邊居民的飲用水安全和身體健康。

而即使部分農村建設了生活污水處理設施，由于設計先天不足導致的運行成本高、運行管理難度大、以及缺乏專業技術人才、運維資金不足、管理體系不完善等原因，導致現有的生活污水處理設施普遍存在處理效率低下、甚至設施停用、“曬太陽”等問題。

3 一種駁岸斜坡式生物接觸氧化系統的專利簡介

深圳市鐵漢生態環境股份有限公司于2016年9月26日申請，并于2017年5月31日獲得專利授權公告號為CN 206203981 U的一種駁岸斜坡式生物接觸氧化系統實用新型專利。該實用新型專利提出一種凈化河水的方法，在河岸設置一個斜坡式生物接觸氧化池，斜坡平面鋪設填料，通過提升泵將河水提升至進水槽，經進水槽流入斜坡式生物接觸氧化池，通過水流獲得空氣中氧氣，不需要安裝風機進行曝氣，節約處理成本，并利用河水中的微生物進行掛膜，河水流經填料微生物膜時，其中的可降解物質被填料上微生物膜捕獲降解，達到凈化河水的目的，河水經處理后再排入河中。

4 一種駁岸斜坡式生物接觸氧化系統的凸出優勢

一種駁岸斜坡式生物接觸氧化系統通過河水流動獲取空氣中的氧氣，為河水中微生物凈化河水提供動力，無需另外安裝風機進行曝氣，工藝簡單，成本較低，運行管理方便。

5 一種駁岸斜坡式生物接觸氧化系統在農村生活污水處理中的應用

5.1 工藝流程介紹

將生物污水經污水管網收集進入收集池中，經沉淀后，再通過提升電泵將生活污水提升至一級溢流堰，經過一級溢流堰讓污水均勻布設，流入多級斜坡式生物接觸氧化設施，多級斜坡式生物接觸氧化設施斜坡控制在較小坡度，使得污水緩慢流淌，斜坡上鋪設有彈性填料，利用生活污水中的微生物進行掛膜，污水流經填料時，污水中的可降解物質被填料表面的生物膜捕捉并降解，利用溢流堰跌水和斜坡上污水的流動獲得空氣中的氧氣，為微生物降解提供動力，污水經多級斜坡式生物接觸氧化設施處理后流入二級溢流堰，通過二級溢流堰將一部分污水回流到收集池中，降低收集池中污水濃度，延長污水與填料生物膜的接觸時間，降低多級斜坡式生物接觸氧化設施降解壓力，從而進一步提升處理效果，另一部分污水排入人工濕地中，通過人工濕地中水生植物的生長來吸收污水中的氮、磷等營養物質，達到脫氮除磷的目的，處理后的污水最后排入外環境。（工藝流程圖見圖1）

5.2 主要參數及關系

（1）流量關系：

Q2? ——每天的提升水流量，m3/d;

Q3? ——每天的回流水流量，m3/d;

Q4? ——每天的出水流量，m3/d。

（2）時間關系

t2? ——污水單次流過多級斜坡式生物接觸氧化設施與填料生物膜的有效接觸時間，s;

l? ——斜坡長度，m;

v? ——斜坡污水流動速度，m/s。

（3）流量與時間的關系

t1? ——污水與多級斜坡式生物接觸氧化設施填料生物膜的有效接觸時間，s。

（4）回流比（回流比直接決定整套系統的耗能水平）

R ——回流比，無量綱。

（5）BOD5表面積負荷

Ns0? ——BOD5表面積負荷，gBOD5/（m2·d）;

Q1? ——每天的進水流量（理論上Q1 = Q4），m3/d;

S0 ——進水BOD5濃度，mg/L。

d? ——斜坡寬度，m。

（6）斜坡坡度i，與每天的提升水流量Q2、多級斜坡式生物接觸氧化設施斜坡長度l和寬度d一起影響污水流動速度v，從而影響污水單次流過多級斜坡式生物接觸氧化設施與填料生物膜的有效接觸時間t2，并進一步影響回流比R。

5.3 工程建設內容及要求

工程建設內容主要包括收集池、一級溢流堰、多級斜坡式生物接觸氧化設施、二級溢流堰、氧化塘等。

（1）收集池中間隔斷，分為兩個區域，前一個區域起到沉淀的作用，用于沉淀較大的顆粒物，后一個區域布置提升電泵。（2）為減少耗能，減小回流比R，需要延長污水單次流過多級斜坡式生物接觸氧化設施與填料生物膜的有效接觸時間t2，因此多級斜坡式生物接觸氧化設施長度會比較長，為使得多級斜坡式生物接觸氧化設施合理布置，也可以采用折疊式布置。（3）為增加斜坡填料附著的生物膜量，防止填料變形，被水流壓在水底，斜坡填料應選擇帶剛性支撐的彈性纖維填料。（4）斜坡填料的布置要能夠適當減緩污水流速，并使得填料充分與污水接觸，促進掛膜，附著更多的生物膜。（5）由于農村生活污水流量不穩定，二級溢流堰應具有微調功能。當收集池中污水低于低水位警戒線時，可以調小出水量;當收集池中污水高于高水位警戒線時，可以調大出水量。（6）收集池應設置溢流管。由于農村生活污水流量不穩定，且整套系統是通過提升電泵進水，無法實時調控進出水量，因此收集池應在高水位警戒線上方設置溢流管，當收集池水位過高時，可以通過溢流管外排。（7）多級斜坡式生物接觸氧化設施不適用于北方，北方天氣寒冷會導致水面結冰，而南方多雨，因此多級斜坡式生物接觸氧化設施需建設雨棚，防止填料上附著的生物膜被雨水沖散。（8）人工濕地前端池體填充卵石、煤矸石等填料，后端池體種植四季常青的水生植物。（9）考慮到農村生活污水處理站的財政撥款多為一次性撥款，一般不含運行費用，可以配套建設安裝太陽能電池板，通過太陽能電池發電收入，補貼農村生活污水處理站的運行成本，不建議安裝太陽能發電儲能電池，儲能電池使用維護不方便，且需要定期更換，提高了維護使用成本。

5.4 設施調試要求

設施運行初期，需要進行調試，通過調試使多級斜坡式生物接觸氧化設施填料掛膜，并對出水量進行調節，使得進出水量達到相對平衡。

5.5 運行維護要求

（1）定期對收集池沉淀物進行清理;（2）定期對提升電泵進行維護檢查，做到一用一備，切換使用;（3）定期查看收集池水位，并根據收集池水位對出水量進行微調;（4）對氧化塘中水生植物進行定期清理收割、補種;（5）對太陽能電池進行維護檢查;（6）定期對進出水口進行采樣監測，查看達標排放情況。

5.6 優缺點

本系統的優點在于抗水質水量變化能力強，且不需要安裝風機進行曝氣，運行管理方便、運行成本較低。本系統的缺點在于多級斜坡式生物接觸氧化設施占地面積較大，且斜坡建設要求較高，施工難度較大。

6 應用前景展望

根據研究探索，一種駁岸斜坡式生物接觸氧化系統在農村生活污水處理中具有很大的應用前景，具有抗水質水量變化能力強、運行維護簡單、運行成本較低等適合用作農村污水處理工藝的特點，可以作為農村生活污水處理領域的一個全新的研究方向，值得各位研究人員深入探索。

參考文獻

[1]馬文強，劉華瓊，沈文鋼，等.一種駁岸斜坡式生物接觸氧化系統：CN 206203981 U[P].2017-05-31.

[2]劉曉璐，牛宏斌，閆海，等.農村生活污水生態處理工藝研究與應用[J].農業工程學報，2013（09）：184-191.

[3]徐敬亮.人工濕地技術在處理農村生活污水中的應用研究[D].江西：南昌大學，2014.

[4]謝林花，吳德禮，張亞雷.中國農村生活污水處理技術現狀分析及評價[J].生態與農村環境學報.2018（10）：865-870.

[5]姜珊，李想，姜彩紅，等.農村生活污水處理的現狀分析和對策建議[J].安徽農學通報.2019（23）：122-125..

收稿日期：2020-04-09

作者簡介：邱呈東（1993-），男，學士學位。研究方向為水污染治理。

通訊作者：姚運佳（1993-），女，學士學位，助理工程師。研究方向為環境監測技術及安全。