農村生活污水分散式處理現狀與問題探討

彭彬，胡思源，王鑄 ，徐國良, ，莫凌梓，李玉坤，利曼琳，李杏子

（1. 廣州大學地理科學與遙感學院，廣東 廣州 510006；2. 廣東省農村水環境面源污染綜合治理工程技術研究中心，廣東 廣州 510006；3. 廣州大學環境科學與工程學院，廣東 廣州 510006；4. 意大利帕多瓦大學土地、環境、農業與森林學院，意大利 帕多瓦 35100）

農村生活污水的排放是水環境污染的重要因素。加強農村生活污水的收集、處理和資源化利用，是農村水環境改善迫切需要解決的問題，也是鄉村振興戰略的重要內容。然而，我國農村污水處理設施覆蓋率嚴重不足。2016年全國農村生活污水處理率僅為22%，農村生活污水問題已經成為影響農村人居環境和生態環境的重要因素。

從處理方式看，我國農村污水處理主要包括分散式處理、村鎮集中處理和市政統一處理三種方式。受地理和經濟因素的制約，集中式污水處理模式在居民居住較為分散的農村地區難以開展，而小型分散式污水處理設施能夠實現生活污水的就近處理與利用，適用區域廣，占用場地小，可以較好適應水質水量的變化，能有效地保護環境和公眾健康[1]，更適應農村地區。在農村分散式污水處理工藝中，厭氧+人工濕地工藝、MBR工藝、土地滲濾工藝和A2O工藝的使用較為廣泛。19 世紀中葉，美國開始研究并建設農村污水處理設施，并發布了分散式污水處理系統應用手冊[2]。此后，丹麥也頒布了分散式農村生活污水處理指導守則[3]。我國從20 世紀 80 年代開始推廣分散式污水處理技術，人工濕地、穩定塘、生物濾池和A2O 等工藝逐漸在農村地區得到推廣使用。但是就以往的研究來看，關于處理技術的實驗室階段和設施建成運行初期較多，而研究者對后續階段設施的運行狀況的關注較少；而招標和投標方可能具有較大的主觀性和逐經濟性，一味選擇前沿先進和自動化水平高的工藝，很難因地制宜選擇合適的工藝種類。

為了進一步比較和探析我國農村分散式污水處理技術的特點、效果與存在的問題，本文對厭氧+人工濕地工藝、MBR工藝、土地滲濾工藝和A2O工藝4種處理工藝進行評述，評價其原理、特征和優缺點。在此基礎上，結合廣東省農村生活污水處理的實際情況，開展廣東省農村生活污水處理設施的實地調研工作，選取其中廣州市增城區某村的厭氧+人工濕地工藝、珠海市斗門區某村的土地滲濾工藝、中山市橫欄鎮某村的MBR工藝和佛山市順德區某村的A2O工藝，對其設備運行方式、污水處理效果和設施設備狀況等進行比較分析，為優化現有工藝、推動新技術發展和推進我國農村生活污水處理設施的建設與維護管理提供科學數據分析和參考建議。

1 農村生活污水分散式處理工藝

1.1 厭氧工藝

厭氧工藝主要是利用厭氧微生物來降解污水中的有機物。一般來說，厭氧處理主要分為水解、產乙酸和產甲烷三個階段。在水解階段，通過水解和發酵的作用，將一些復雜有機物轉化為氨基酸、糖和脂肪酸等簡單有機物，再將氨基酸和糖類轉化為短鏈脂肪酸；在產乙酸階段將長鏈脂肪酸轉化為乙酸；最后再通過甲烷階段，利用乙酸和H2、CO2生成甲烷。

這種技術模式可以通過多種微生物的作用，有效地去除生物降解的有機物，留下NH4+，PO43-和S2-等物質[4]。然而，厭氧工藝的技術體系也有一些缺點和不足。張正哲等[5]綜述了厭氧氨氧化工藝運行的研究認為，在進水負荷方面，當pH＞8.0時會導致AnAOB活性降低導致亞硝酸鹽積累，pH＜6.8時則會抑制AOB進水總懸浮固體的濃度，也會影響該工藝的性能；此外，厭氧氨氧化工藝還會有氮素積累、溫室氣體排放等問題。諸多研究表明，厭氧工藝是一種簡易、高效和低耗的廢水處理裝置，但是也存在過程擾動和氮素積累等問題，可以嘗試與其他工藝結合使用。

1.2 人工濕地工藝

人工濕地是一種模擬自然濕地的人工生態系統，適用于我國農村地區。這種工藝是通過基質和生物的共同作用來運行?；|是承載體，是利用植物和微生物進行污水處理的場所，同時還可以攔截污水附帶的營養成分、過濾有機物等；植物通過吸收、吸附、過濾和富集等作用去除污染物[6]；微生物則用于去除有機物和含氮化合物[7]。

人工濕地工藝通過物理、化學和生物的協同作用，能夠高效處理污水，在我國已得到廣泛應用。孫亞兵等[8]研究認為，自動增氧型潛流人工濕地具有較強的抗沖擊負荷能力，當COD、NH4+-N 和TP 進水濃度分別在 132～393 mg/L、21.6～50.3 mg/L和 3.6～13.2 mg/L范圍內變化時，其去除負荷均隨著進水濃度的升高而增大，最高去除負荷分別為 226 kg/(hm2·d)、44.4 kg/(hm2·d) 和 10.4 kg/(hm2·d)，相應的去除率分別為 89.5%、88.9%和90.3%。

由于人工濕地工藝的處理能力有限，容易受氣候等條件的制約，常與厭氧工藝結合使用，組成“厭氧+人工濕地”的組合工藝。但是這種組合工藝目前也存在著一些問題。鐘秋爽和王俊玉[9]研究表明，部分工藝出水水質波動較大，具有不穩定性。該工藝的運行參數還需優化，以保持碳源供給與微生物脫氮除磷之間的平衡[10]。為此，可以建立并完善一套濕地工程數據庫，以達到提供參數、減少重復勞動、實現資源優化配置的效果[11]。

1.3 土地滲濾工藝

土地滲濾工藝是一種人工強化的污水生態工程處理技術，其利用土壤中各成分，通過物理、化學等作用對污水進行處理，屬于一種小型的污水土地處理系統。在土地滲濾工藝中，土壤中的生物和土壤膠體都發揮了重要的作用。植物的根系和微生物通過吸收、轉化、降解和合成等作用，選擇吸收污水中的有效態養分，使其與污水產生分離，并最終將這些養分收集在土壤表層；同時，植物根系可以吸收污水中的部分污染物，微生物還具有礦化作用[12]。在這一工藝中，土壤通過機械吸收、化學吸收、物理吸收和代換吸收等方式，對污水進行凈化。

土地滲濾工藝簡單實用、成本低廉和便于分散化管理，適宜在我國經濟條件欠發達的農村地區推廣使用。黃伯平和李曉慧[13]研究認為，進水COD約250 mg/L、TN約34 mg/L、NH4+-N約23 mg/L、TP約4 mg/L，主要出水水質需達到一級B標準，各項指標的去除率都在80%以上，而Duan等[14]的研究則認為其對氮磷等營養元素的去除尤為有效。

但是這種工藝也有一定的缺點。它容易受外界條件影響而造成阻塞，影響運行的穩定性；而阻塞后的土地滲濾工藝的水力負荷也會降低，導致系統的處理量下降[15]。

1.4 A2O工藝

A2O工藝由厭氧、缺氧和好氧等三個部分組成，是傳統活性污泥工藝、生物硝化與反硝化工藝、生物除磷工藝的綜合。在好氧環節中，通過生物硝化作用，把氨氮和有機氮氨化成的氨氮，轉化為硝酸鹽；缺氧環節中，通過反硝化作用，將回流帶入的硝酸鹽轉化成氮氣，逸入到大氣中，實現脫氮；厭氧環節中，聚磷菌釋放磷，并吸收低級脂肪酸等易降解的有機物；回流到好氧環節之后，聚磷菌超量吸收磷，通過剩余污泥的排放，實現除磷[16]。

A2O工藝具有投資少、方便靈活、水力停留時間短、活性污泥不易膨脹、產出污泥肥效高等優點，特別是在脫氮去磷有很好的效果[17]，在我國農村生活污水處理方面具有很大的優勢。郝紅元等[18]研究認為，A2O工藝處理在總氮負荷率和總磷負荷率分別為0.01～0.03 kgTN/(kgMLSS·d)和0.002～0.003 kgTP/(kgMLSS·d)的條件下脫氮和除磷的效果較好。

A2O工藝也存在一些缺點和不足。在A2O工藝中，不同菌群對于環境的要求不同，這會對污水處理效果造成一定的影響[19]。在回流過程中，回流污泥當中富含硝酸鹽，這對除磷的效果會產生影響；而不同菌群對于碳源需要的矛盾則會造成除氮效果不好。目前也有一些A2O工藝的改良方案，包括UCT，MUCT，VIP這些通過防止硝酸鹽進入厭氧池而改善除磷效果的工藝以及將不同的物種群控制在各自最佳的泥齡條件下的Dephanox工藝等[20]。此外，還有雙循環兩相生物處理工藝、倒置型的A2O工藝等改進方式。

1.5 膜生物反應器技術

膜生物反應器（MBR）技術，是一種由膜分離單元與生物處理單元相結合的新型水處理技術。MBR工藝通常包括固液分離、膜曝氣和萃取三種類型。MBR技術主要包括通過生物降解去除溶解有機物與無機成分和通過膜分離去除懸浮物兩個部分。在厭氧池部分，對污水中的有機物進行高效降解并生成甲烷等清潔氣體[21]；進入缺氧池后，聚磷菌釋放磷，并吸收低級脂肪酸等易降解的有機物；在好氧池中，通過空氣與水的接觸，將空氣中的氧溶解于水中或水中不需要的氣體和揮發性物質放逐到空氣中[22]。

MBR技術占地面積小、生化效率高和出水水質好，在污水處理領域有著不俗的表現。MBR工藝能夠有效地脫氮、除磷和去除難降解有機物[23]，并且具有較強的抗沖擊負荷能力。Ding等[24]采用一體化立式膜生物反應器處理生活廢水，COD和NH4+-N的去除率分別可達 95%和 99%。另外，這項技術能夠和高級氧化設備、電絮凝、顆粒污泥等技術相結合，在處理高氮廢水、提高COD去除率、提高出水水質方面取得良好效果[25]。MBR技術也有一定的劣勢，主要是膜污染這一難題。膜表面的微生物群落結構的變化會引起SMP和EPS濃度的不斷增加，進而導致膜污染[26]；此外，原污水特性、污泥混合液特性和膜自身的特性也會造成膜污染，通常需要膜池持續曝氣來沖刷膜表面[27]?？偠灾?，MBR技術具有較大的發展潛力，而對膜污染形成機制和膜污染處理的研究以及MBR的標準化是未來MBR技術研究的重要方向[28]。

2 材料與方法

2.1 調研區域情況

廣東省是我國的人口大省，地貌多山地丘陵，氣候高溫多雨。根據廣東省統計局和廣東年鑒編纂委員會的統計資料，廣東全省年平均氣溫21.8 ℃，最冷的1月平均氣溫為13.3 ℃，最熱的7月為28.5℃；年平均降水量為1 789.3 mm，平均降水量最少的12月為32.0 mm，最多的6月為313.5 mm。2015年廣東省鄉鎮人口總數為6 807.01萬人，其中珠江三角洲地區鄉鎮人口為2 251.29萬人，粵東、粵西和粵北地區4 555.71萬人。根據廣東省住房和城鄉建設廳在2015年開展的全省農村生活污水處理設施調研，珠三角地區已建設設施點1 344個，粵東、粵西和粵北地區僅為265個，處理設施覆蓋率低且分布不均衡。

2.2 調研時間與地點

課題組于2017—2018年間對廣東全省農村生活污水處理設施進行了調研。調研中發現，厭氧+人工濕地工藝和MBR工藝具有較高的覆蓋率，A2O工藝和土地滲濾工藝也得到較好的推廣[29]。因此，選取廣州市增城區某村、珠海市斗門區某村、中山市橫欄鎮某村和佛山市順德區某村所分別采取的厭氧+人工濕地工藝、土地滲濾工藝、MBR工藝和A2O工藝進行采樣并做具體的分析比較。

2.3 檢測指標與方法

考慮到農村生活污水較強的波動性，結合各地村民的生活作息習慣，為盡可能還原居民全天用水的實際情況，基于11月和12月期間TN、TP濃度最接近全年平均值[30-31]，課題組從2017年11月1日起，擇期對相關處理設施進行單日水質監測，監測時段為當日6:00—22:00，每隔2 h在各污水處理站進水口和出水口分別采集水樣（共18個樣品），樣品采集后，用500 ml白色塑料封口瓶密封口，放入車載冰箱中冷凍并送回實驗室，在24 h內進行樣品的檢測分析。

根據廣東省住房和城鄉建設廳制訂的農村生活污水處理設施技術標準及常用的檢測指標，指定監測的水質指標為COD、NH4+-N、TN和TP。其中COD采用重鉻酸鉀法（HJ 828—2017）測定；NH4+-N采用納氏試劑分光光度法（HJ 535—2009）測定；TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（HJ 636—2012）測定；TP采用鉬銻抗分光光度法（GB/T 11893—1989）測定。

依據廣東省農村生活污水處理技術規范，本文使用的排放標準參照《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）規定。

2.4 數據分析

使用Excel 2016、SPSS 22.0進行數據分析，并使用Excel 2016進行制圖。

3 結果與分析

3.1 污水處理設施進出水濃度分析

通過對4種工藝進出水的COD、NH4+-N、TN和TP等濃度的檢測，發現進水COD、NH4+-N、TN和TP的濃度（厭氧池前，下同）范圍分別為17～213 mg/L、0.29～79.6 mg/L、7～87.6 mg/L和0.5～21.6 mg/L；出水濃度范圍分別為7～69 mg/L、0.04～60.8 mg/L、4.26～72.9 mg/L和0.42～6.32 mg/L（表1）。通過檢測的污染物濃度數值，求出每種工藝對應污染物當天的最大值和最小值的差值，然后求出4種工藝對應同種污染物的均值，可得4種工藝進水濃度的波動差值。4種工藝進水濃度波動較大，其中，進水COD、NH4+-N、TN和TP波動差值平均分別為97.75 mg/L、14.47 mg/L、16.68 mg/L和8.01 mg/L，出水濃度相對穩定，出水波動差值平均分別為39.75 mg/L、8.8 mg/L、12.11 mg/L和0.89 mg/L。檢測結果顯示，從整體上看，污水的濃度得到一定的降低；從均值來看，A2O工藝進出水COD濃度為最高，分別達84.56 mg/L和48.78 mg/L，厭氧+人工濕地工藝進出水NH4+-N、TN和TP濃度均值為最高，分別達64.12 mg/L和51.24 mg/L、74.91 mg/L和64.46 mg/L、7.27 mg/L和5.68 mg/L。

除土地滲濾工藝和MBR工藝NH4+-N去除率外，4種工藝各項污染指標的日均去除率均低于60%，各污染指標的去除率日變化系數（當日去除率最大值/最小值）大部分都在3以上（表2），說明4種工藝對污染指標的去除率較低且波動較大。相關分析結果顯示，4種工藝污染指標去除率與進水濃度呈正相關的有7個，表明去除率隨進水污染指標濃度的升高而升高，去除率與出水濃度沒有明顯相關性，說明對應工藝對該項污染指標的去除能力或抗沖擊負荷能力較強。因此推測A2O工藝對COD和TP的去除能力或抗沖擊負荷能力較強，TN和NH4+-N則相反。土地滲濾工藝對NH4+-N和TP的去除能力較強，COD則較弱；MBR工藝對TP的去除能力或抗沖擊負荷能力較強，對NH4+-N去除能力或抗沖擊負荷較弱。同時，MBR工藝COD去除率與進水濃度呈極顯著正相關（P＜0.01），與出水呈極顯著負相關（P＜0.01）。其原因可能在于系統沒有滿負荷運行[32]。Luederitz等[33]認為足夠大的人工濕地面積將獲得很好的N、P處理效果，但是本研究中由于厭氧+人工濕地工藝的面積相對較小，除COD外的其余指標日均去除率均在22%以下。

表1 農村生活污水處理設施進出水濃度設計參數與實際檢測的比較（mg/L）Table 1 comparison between designed values and actual measurement values of the concentration of the influent and effluent pollutants by the different rural domestic sewage treatment facilities

表2 4種工藝日均去除率及日變化系數對比Table 2 The average daily removal rates and daily variation coefficients of the 4 discharge technologies

本研究中，廣州市增城區某村（厭氧+人工濕地）的水樣采集工作在冬季完成，較低的環境溫度和污水水溫會對濕地處理效率產生影響。有研究表明，不同區域氣候環境下，人工濕地設施的脫氮除磷效果隨溫度變化而變化。如錢昊[34]發現，隨著溫度的持續降低，CANON型潮汐流人工濕地TN、NH4+-N的去除率將分別降至33.7%和56.1%；對于種植蘆葦、水蔥和千屈草的濕地，15～20 ℃是最適宜的反應溫度，此時細菌數量達到最大值[35]；但增城區的設施現場并未針對冬季低溫采取植物體覆蓋、地膜覆蓋等適當方式進行處理[36]。運行溫度同樣影響MBR工藝的出水效果，隨運行溫度升高，COD和NH4+-N去除率先升后降，25 ℃附近將達最優水平。溫度為30～35 ℃時可提高MBR系統中的硝化、反硝化反應速率，并使MBR出水濃度更為穩定[37]。中山市橫欄鎮某村（MBR工藝）于上午6時、夜間3個時段（18時、20時和22時）COD去除率下降，一方面為進水負荷不足，另一方面則可能由夜間低溫條件所致。

3.2 厭氧+人工濕地工藝處理結果分析

厭氧+人工濕地工藝在廣東省全省范圍內進行了大面積的建設。廣州市增城區某村厭氧+人工濕地工藝建成年份為2011年，總占地面積約930 m2，設計處理污水規模為70 t/d，設計進出水水質參數見表1。結果顯示，采樣當天處理點出水COD濃度（進水C/N約為0.92）、去除率不穩定（介于20%～90%之間），與出水濃度之間呈極顯著負相關關系（P＜0.01），與進水濃度相關性較差，說明出水效果不穩定、抗沖擊負荷能力較差。出水NH4+-N濃度未達《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級B標準（8 mg/L，以下簡稱一級B標），去除率低，硝化作用弱。隨著時段的變化，進水NH4+-N濃度顯著增加（P＜0.05），出水濃度始終維持在高位，去除率低。

TN去除能力較差，進水和出水TN濃度較高，其濃度隨著時間極顯著增加（P＜0.01），去除效果不理想，波動較大。進水TP負荷較高，出水未達標，去除效果不理想，這可能與該處理點較長的運行時間有關。就各個時段樣品超標數量看，出水COD、TN、TP和NH4+-N濃度超標數分別為0個、9個、9個和9個（圖1）。

3.3 土地滲濾工藝處理結果分析

珠海斗門區某村污水處理點采用土地滲濾工藝，占地面積約200 m2，設計處理污水規模為180 m3/d，具有4個滲濾單元，有專人值守，負責土壤基質的疏松和翻耙工作，每日定時（每天4次）打開滲濾單元的污水噴灑裝置，引導污水進入土壤滲濾環節。結果顯示，該處理點早上進水COD濃度向上波動，出水COD濃度也隨進水濃度上升，但經過適應，出水COD濃度回到一級B標（60 mg/L）以下。進出水TN濃度較接近，去除率低，各時段出水濃度均達到一級B標準（20 mg/L）。進水NH4+-N濃度較低，出水達一級B標，相關性分析結果顯示，NH4+-N去除率與進水有著極顯著的正相關關系（P＜0.01），但與出水關系不明顯，說明該處理技術具有較強的NH4+-N去除能力，抗沖擊負荷能力較強。進水TP濃度不高，且較穩定，出水保持在1級B標（1 mg/L）以下。各時段出水COD、TN、TP和NH4+-N濃度超標數分別為1個、0個、0個和0個（圖2）。

3.4 膜生物反應器（MBR）工藝處理結果分析

中山市橫欄鎮某村采用MBR工藝對當地生活污水進行處理，整體投資約80萬元，收集范圍為附近200戶居民約500人，處理污水規模約為100 t/d，其設計出水水質見表1。結果顯示，進水COD、NH4+-N、TN和TP濃度隨著時間產生了明顯波動，在8點—16點出現了高峰（圖3），表明其在白天時間段的污染負荷較大。進水COD濃度在45～220 mg/L之間變化，但出水濃度基本穩定在40 mg/L以下，達到一級B標，去除率介于25%～90%之間，波動較大。相關分析結果顯示其進水濃度與去除率之間為極顯著正相關（P＜0.01），出水波動較小，說明該處理技術抗COD沖擊負荷能力較強。進水NH4+-N濃度約在6.6～24.5 mg/L之間，出水濃度基本保持在6 mg/L以下，達一級B標，去除率基本在50%以上，大部分時間保持在80%以上。

進水TN濃度波動較大，出水濃度基本在20 mg/L以下，達一級B標，去除率則保持在15%～60%之間。進水TP濃度為1.3～10.3 mg/L之間，出水TP濃 度 保 持在0.80～2.23 mg/L之 間，去 除率則在27%～82%之間波動，相關性分析結果顯示進水TP濃度與去除率之間呈極顯著正相關關系（P＜0.01），出水TP濃度與去除率之間關系不顯著，說明該處理技術TP去除能力較強，但由于進水TP濃度于10點—14點時的明顯升高，使得其出水也出現了向上的波動，未能穩定在一級B標以下。各個時段樣品超標數量看，出水COD、TN、TP和NH4+-N濃度超標數分別為0個、1個、7個和0個（圖3）。

3.5 A2O工藝處理結果分析

佛山市順德區某村污水處理項目設計結合村居公園建設，采用全地埋式A2O污水處理工藝，納污范圍為當地一所學校及周邊居民居住區，納污面積約為8.5 hm2，占地面積約1 944 m2，建筑面積約289 m2（地下水池254 m2，地上建筑35 m2），處理污水規模為600 m3/d，其設計進水水質參數見表1。結果顯示，該處理點進水COD濃度有一定波動，16時進水COD出現明顯高值（圖4），出水COD濃度穩定且基本達到一級B標準，相關分析結果表明，COD去除率與進水COD濃度呈顯著正相關（P＜0.05），與出水COD濃度相關性不明顯，說明COD去除能力并未滿載。進水NH4+-N濃度較穩定，出水NH4+-N濃度于12點—14點時出現了明顯升幅，去除率不穩定，出水NH4+-N濃度并未達到一級B標，硝化作用較弱。

進水TN較穩定，出水TN隨NH4+-N一同產生較大變幅，其去除率不穩定，出水濃度未達到一級B標。進水TP濃度波動很大，出水TP濃度穩定在一級B標附近，TP去除率與進水TP濃度呈極顯著正相關（P＜0.01），進水TP濃度與出水TP濃度呈顯著正相關（P＜0.05），進水TP負荷提高時，出水TP濃度變幅不大，說明TP抗沖擊負荷能力強。各時段出水COD、TN、TP和NH4+-N濃度超標數分別為1個、6個、6個和9個（圖4）。

4 討論

4.1 進水水質的影響

調研結果顯示，進水COD濃度范圍小于凌霄等[38]提出的廣東省農村生活污水估算值，與周煒峙等[39]提出的廣州市農村生活污水水質范圍相近，而NH4+-N和TP則遠大于兩者所提出的濃度范圍，這說明各地農村生活污水進水水質具有不確定性，應當做好污水處理站建設的前期水質調研工作，增強處理技術的抗沖擊負荷能力。

農村生活污水具有水質波動大及日變化系數大等特征[40]，4種工藝進水COD、NH4+-N、TN和TP濃度變化范圍較大，進水濃度日變化系數（最高值和最低值之比）分別為COD 1.73～4.82、NH4+-N 1.28～28.7、TN 1.39～3.74和TP 1.3～19.12，除TN外，其余3項污染物變化幅度均大于上海市南匯地區3.0～5.0的水平[41]。采樣期間，各處理點農村生活污水進水水質存在著明顯的峰值特征，如中山市橫欄鎮某村MBR工藝為單峰型，佛山市順德區某村A2O工藝為雙峰型，其峰值的出現歸因于當地居民相應時段生活用水行為的變化等，白天污水濃度較高，夜間污水濃度較低。

4.2 處理效果對比

4種工藝的污染物去除率較低，且波動較大，除土地滲濾工藝和MBR工藝的NH4+-N去除率外（表2），各項污染指標的去除率（日均值）均低于60%，出水COD、NH4+-N和TP濃度 低于2015年廣東省農村生活污水處理技術規范中處理設施出水水質平均水平[42]。

從樣品超標數量看，4種工藝對COD處理效果較好，而氮磷的去除效果則相對較差，4種工藝各指標出水超標率由大到小分別為厭氧+人工濕地工藝、A2O工藝、MBR工藝和土地滲濾工藝。其中，MBR工藝和土地滲濾工藝各項污染物出水濃度水平較低，MBR工藝除了TP部分時段超過一級B標準外，其余指標均在進水濃度較高的情況下保持了較好的處理效果；土地滲濾工藝4項污染物基本達到一級B標準，出水濃度較低，但其進水TN和NH4+-N濃度已經在一級B標準以下，而進水COD和TP濃度則在一級B標附近。

而采樣當天進水濃度較高的厭氧+人工濕地工藝和A2O工藝的出水TN、NH4+-N和TP濃度均不同程度超出于一級B標準。厭氧+人工濕地工藝于2011年建成投運，長時間在低負荷條件下運行，或將導致處理系統的反硝化能力下降，脫氮率也隨時間延長而降低[43]，而當人工濕地脫氮除磷效率下降時應考慮其濕地植物、基質以及微生物活動問題。A2O工藝則容易受自身脫氮長污泥齡和除磷短污泥齡的矛盾、反硝化和聚磷菌厭氧釋磷的C源競爭矛盾的限制，難以同時獲得較好的脫氮除磷效果[17]。

4.3 C/N比對TN和TP處理效果的影響

污水中COD的多少和能否有效利用直接影響到生物脫氮除磷工藝的污染物去除效率[44]。當污水中C源不滿足此條件時，由于A2O工藝把缺氧反硝化環節置于厭氧釋磷之后，反硝化效果受到C源量的限制，大量未被反硝化的硝酸鹽會隨回流污泥進入厭氧區，干擾厭氧釋磷的正常進行（甚至導致聚磷菌直接吸磷），最終影響到整個營養鹽去除系統的穩定運行[45]。佛山市順德區某村A2O工藝采樣時正值當地冬季，較低的溫度降低了其微生物的活性[46]，降水少也使得污水較少受到稀釋[30]，采樣當天COD/TN比和COD/NH4+-N比的日均值處于較低水平，分別為2.81和3.15，低C/N比可能是導致其出水NH4+-N、TN和TP濃度均低于一級B標的原因，同時，低C/N比還可使反硝化過程中N2O產量增大[47]。

進水C/N比對人工濕地有機物和氮的去除有一定影響，人工濕地脫氮主要機制為微生物的硝化和反硝化作用，C源不足將導致系統脫氮效果欠佳[48]，適當提高進水C/N比有利于NH4+-N和TN 的去除[49]。厭氧+人工濕地工藝建成時間較早，調研當日出水NH4+-N、TN和TP濃度均高于一級B標，結合現場情況，推斷其存在堵塞的情況，不利于設施內污染物的去除。另外，人工濕地基質對污水中污染物的吸附是一個有限的過程，處理系統在一段時間后就會出現去除率下降，甚至飽和解吸的現象[50]，該人工濕地基質若不通過有效途徑實現再生，將對除磷效果帶來負面影響。

由于除磷菌世代時間較短，系統污泥滯留時間（SRT）過長時MBR工藝除磷效率將受到影響[51]。除此之外，工藝和膜組件性能的差異也能造成出水TP濃度過高。這些可能都是中山市橫欄鎮某村MBR工藝出水TP濃度未達一級B標的原因。

5 結論

4種工藝在國內已有較多成功案例，但所調研的 4座設施的出水NH4+-N、TN和TP濃度均不同程度超出國家一級B標準，其可能原因在于設備運行負荷條件差，進水水質存在大幅波動、峰值聚集的特征，以及進水C源不足等因素。因此，在使用過程中應根據實際情況添加C源（液態：甲醇、乙醇和葡萄糖等；固態：秸稈、蘆葦和報紙等），以提高進水有機負荷，改善設施內微生物活性。人工濕地使用年限較久之后，濕地基質處于或接近吸附飽和狀態，會對設施出水效果造成負面影響。因此，在人工濕地的使用過程中，應加強維護，如對濕地植物采取定期收割、復種等措施，以保證人工濕地的運行效果。

人工濕地處理技術建設成本低，但不同區域溫度、降水的差異，影響人工濕地系統處理效率，且長期性、季節性低溫地區可選擇的濕地植被種類本身較少（如我國北方的水蔥、香蒲和蘆葦等），因此，需要結合當地氣候特征，加強濕地系統的管理維護。而曝氣生物濾池、MBR和A2O工藝，通常采用密封式結構，且可埋入地下，受季節和氣候影響相對較小，區域適宜性更強。