農村生活污水處理系統的運維與調控

徐亞同

(華東師范大學生態與環境科學學院， 上海 200241)

調查顯示，隨著農村生活污水處理系統大量建成和投產使用，部分農村生活污水處理系統運維不到位，在污水的水質水量發生變化和波動時缺乏有效的調控手段和方法，嚴重影響系統穩定達標運行，并造成處理和養護費用的上升。目前，對已具有上百年發展歷史的大中型城市污水廠污水處理系統積累了成套的行之有效的從設計到長效運維的規則和經驗，如對處理系統的觀察與評價、調節與控制、自動監控等，但對處理規模小、水質水量波動大、近十幾年才出現的小型農村污水處理系統往往缺乏穩定達標運行且節省處理費用的有效經驗。為此，本文試圖借鑒原有大中型城市污水廠成熟的經驗[1-5]，在近十幾年對農村污水處理的實踐和對農村污水投運后的評估中所發現的一些經驗和教訓的基礎上，介紹農村生活污水處理系統的觀察和評價、調節和控制、異常運行問題的解決對策等，以期與國內的同行一起探討農村生活污水處理在穩定達標的前提下，節省運行費用的途徑和方法，將農村生活污水處理實事工程搞得更好。

1 農村生活污水處理系統的試運行

1.1 試運行的步驟和方法

污水處理設施在竣工驗收前，應進行試運行，試運行時間一般不少于3個月。在試運行期間，首先應放入清水或河水，測定各單個設備如風機和泵等的運行和完好情況。然后，進入聯動調試，一般先引入少量的生活污水，按常規的方法進行培菌和掛膜，并逐漸增大污水的流量至設計值；也可投加鄰近生活污水處理系統的活性污泥予以接種，在合適的條件下，系統中的活性污泥和生物膜數量可逐步增長到正常所需的程度。在試運行期間，應由建設單位委托具有資質的第三方水質檢測單位對污水處理設施的進出水水質進行檢測，檢測頻次約為每2周1次。竣工驗收前，在進水水質和水量符合設計要求的前提下，確保污水處理站出水水質穩定達到設計標準要求。在竣工驗收時，建設單位可邀請污水處理設施承擔運維的單位參與工程項目的竣工驗收。在竣工驗收合格后，即可將污水處理設施移交運維單位進行運維。

1.2 承擔長效運維單位的組建及其運作

由建設單位委托有資質的專業單位負責對農村生活污水處理系統投運后的長效運維，這是農村生活污水處理系統是否能長期穩定達標運行的技術保證。

1.2.1 農村生活污水處理設施身份檔案的建立

該檔案用于描述和記錄農村生活污水處理設施的基本特征和信息，其內容包括工可報告、設施代碼、建設信息、移交信息、地理位置、設施外觀、設備組成、設備使用說明書(或操作章程)、運行記錄、工藝流程及技術參數、驗收監測報告、管網竣工圖和污水站工藝竣工圖、構筑物竣工圖等[6]。

1.2.2 運維區域的界定

農村生活污水處理系統主要由3部分組成：污水處理終端及其附屬設施(終端)、污水收集管網系統及其相關構筑物(管網)、接戶管及其附屬設施(接戶)。終端設施的維護目標是污水處理正常有效、出水水質達標；管網的維護目標是污水收集暢通、管道無堵塞、管道及窨井無破損等；接戶的維護目標是污水出戶正常、防止雨水接入。根據上述維護目標，終端和管網的運行維護管理宜委托專業運維公司實施，而接戶由于大多位于農戶庭院內且維護相對簡單，宜由農戶自行維護。

1.2.3 系統性運維標準的確定

承擔運維服務的單位需做好日常運維記錄。運維記錄包括：基礎信息臺賬、巡檢臺賬、養護臺賬、維修臺賬、污泥處理臺賬、藥劑臺賬、污水水量臺賬、電量臺賬、水質臺賬、培訓記錄、異常情況報送登記表、報修反饋記錄表、政府通報反饋記錄表等。

2 農村生活污水處理系統的運維

生物法處理系統中活性污泥或生物膜中的微生物在凝聚、吸附和氧化分解污水污染物中充當重要角色。因此，處理系統中污泥的濃度以及微生物的種類和活性等也會影響系統的處理效果。仿照中醫診治疾病的“望、聞、問、切”等手段，利用一切可用的方法，了解處理系統運行的狀況，在處理現場定期巡視生物處理系統，考察生化曝氣池、沉淀池的運行情況；運用各種方法，了解活性污泥和生物膜的性能；借助顯微鏡，觀察活性污泥的結構和生物種群組成[1-5]；此外，還可通過對水質的化學測定來了解污水生物處理系統的運行狀況。在系統正常運行時，保持合適的運行參數和操作管理條件，使之長期達標運行；在發現異常現象時，找出癥結所在，及時調整，使之早日恢復，保持生化系統的動態平衡；為保持正常運行，對處理系統中的設備等進行維護和保養。

操作管理人員定期登上處理裝置進行觀察，了解系統運行狀況，此即為巡視，其主要觀察內容如下[1-5]。

2.1 污泥的色澤和臭氣

正常運行的生活污水處理站活性污泥一般呈黃褐色。在曝氣池溶解氧不足時，會滋生厭氧微生物。含硫有機物在厭氧時分解釋放H2S，與還原性的亞鐵作用后，生成黑色的硫化亞鐵，使污泥發黑、發臭。當曝氣池溶解氧過高或進水過淡、負荷過低時，污泥中的微生物可因缺乏營養而自身氧化，造成污泥濃度不足、生物膜稀少、污泥的色澤轉淡。良好的活性污泥略帶有泥土味。

2.2 觀察二沉池了解污泥性狀

活性污泥性狀的好壞可從二沉池中顯現出來，是活性污泥處理系統的“臉色”，可反映系統運行的狀況。在巡視二沉池時，應注意觀察二沉池泥面的高低、上清液透明程度及漂泥的有無、漂泥泥粒的大小等，如表1所示。

表1 二沉池狀況所反映的運行狀況Tab.1 Operation Condition Reflected by the Condition of Secondary Sedimentation Tank

2.3 觀察曝氣池了解污泥性狀

在巡視好氧曝氣池時，應注意觀察曝氣池液面翻騰情況。曝氣池中若有成團氣泡上升，即表示液面下曝氣管道或氣孔有堵塞，應予以清潔或更換；若液面翻騰不均勻，說明有死角，尤應注意四角有無積泥。此外，還應注意氣泡的性狀。

(1)氣泡量的多少

在運行正常時，泡沫量較少，泡沫外觀呈新鮮的乳白色。若進水中含大量洗滌劑，泡沫量會增多，嚴重時或處理效果差時會溢出池外。

(2)泡沫的色澤

泡沫呈白色，且泡沫量增多，說明水中洗滌劑量較多；泡沫呈茶色、灰色，為污泥泥齡太長、老化，污泥絮體被打碎，并被吸附在氣泡上。

(3)氣泡的黏性

用手沾一些氣泡，檢查是否易破碎。在負荷過高、有機物分解不完全時，氣泡較黏，不易破碎。

2.4 污泥性狀的觀察

在廢水生物處理中，要求活性污泥具有良好的沉降凝聚性能，以使其在二沉池中能夠快且徹底地進行“泥”(污泥)、“水”(出水)分離，可通過下述方法來判斷污泥的物理性狀[1-5]。

2.4.1 污泥沉降體積(SV30)

SV30越小，污泥沉降性能越好。生活污水活性污泥的SV30常在15%～30%。當進水水量長期小于設計的流量或進水有機物濃度低、處理系統長期低負荷運行時，也會因污泥的自身氧化導致污泥濃度過低，造成SV30較低。

在進行污泥沉降試驗時，有時會發現污泥沉降后泥水界面不清，這是因為污泥中絮粒大小懸殊。大顆粒絮體絮粒迅速下降，細小絮粒沉降慢，形成一個非連續層，這種情況在污泥短期缺乏營養而部分解絮時尤為明顯。

2.4.2 污泥濃度(MLSS)

MLSS指曝氣池中單位體積活性污泥混合液中懸浮物的重量。常規的污泥濃度測定需將定量的污泥干燥至恒重后稱重測定，如此較為準確。在條件不充分時，也可采用比濁法測定，并經多次與稱重法折算后，推斷污泥的濃度。在以上條件均不具備時，也可采用量筒、量杯，甚至透明的塑料瓶，通過目測其透光度，推斷污泥的濃度。在實踐中已發現，不少農村污水處理站中污泥稀少，需查明原因是否為進水水量過少、污水濃度過低、負荷受到沖擊、二沉池設計考慮不周存在隱患等，可參照第4節中相關的調控方法予以解決。

2.4.3 出水懸浮物(ESS)

ESS的大小是活性污泥系統運行狀況好壞及污泥性狀好壞的一個重要指標，即污泥松散、沉降性能差、游離細菌多時，ESS較高，出水水質較差，這是考察處理系統運行是否正常的一個簡單的方法。污泥上清液中存在細小的污泥上漂，透明度差，濁度高，表明出水ESS高，出水BOD或COD也高。ESS的大小與管理不善導致的污泥性狀惡化有關，如溶解氧不足、回流污泥過量等。當ESS>30 mg/L時，表明懸浮物流失過多，這時應尋找原因，采取對策，加以糾正。

在條件不具備時，ESS的測定也可用量筒或白色透明的塑料瓶取沉淀池出水進行觀察，并推斷。

2.4.4 污泥過濾性能

污泥的過濾性能指污泥混合液在濾紙上過濾時表現快慢的性能。結構緊密、沉降性能好的污泥濾速較快，解絮、老化的污泥濾速較慢。

2.5 活性污泥和生物膜生物相的觀察

活性污泥和生物膜的生物相能在一定程度上反映生物處理系統處理的好壞及運行狀況是否正常。具體的觀察方法可參照文獻[1-5]。對生物相的觀察應注重以下幾個方面。

2.5.1 活性污泥絮體顆粒的結構

取曝氣池新鮮活性污泥，盛放到100 mL量筒中，靜置5～15 min后，觀察污泥的沉降速率、沉降后污泥與上清液的界面是否分明、上清液是否清徹透明。沉降速率快、泥水界面清晰、上清液中未見細小污泥絮粒懸浮于其中的污泥樣品性能較好。然后，取活性污泥制成壓片標本，置于顯微鏡下觀察。一般運行正常的污水處理系統中的活性污泥，其污泥絮粒大、邊緣清晰、游離細菌少、結構緊密，具有良好的吸附及沉降性能。正常的絮粒以菌膠團細菌為骨架，穿插生長著一些絲狀細菌，但其數量遠少于菌膠團細菌；圓形、封閉、緊密的絮粒間易凝聚和壓縮，其沉降性能良好；反之，則沉降性能差。

2.5.2 微型動物活動的狀態

微型動物中以固著類纖毛蟲的鐘蟲、蓋纖蟲、累枝蟲等為主，還可見部分盾纖蟲在絮粒上爬動，偶爾可看到少量的游動纖毛蟲等。在出水水質良好時，輪蟲生長活躍。曝氣池內供氧不充分或供氧過度時，可見鐘蟲頂端突出一個氣泡。如果遇到微型動物活動力差、蟲體變形、緣毛目纖毛蟲口盤縮進、伸縮泡大、細胞質空質化、行動遲緩、有接合生殖、形成大量孢囊等現象，即可認為生物處理系統受到進出水水量水質即負荷變化的沖擊或曝氣量過高、過低等的干擾和破壞。

活性污泥中常出現的絲狀硫細菌對溶解氧水平的反應非常敏感。在水中溶解氧不足時，水中的H2S被氧化為硫，并以硫粒的形式積存于體內(可用低倍顯微鏡觀察到)；當溶解氧大于1 mg/L時，體內硫粒可被進一步氧化而消失。因此，通過對硫細菌體內硫粒的觀察，可間接推測水中溶解氧的狀況。

2.5.3 同一種生物數量增減的情況

污泥膨脹往往與絲狀細菌和菌膠團細菌的動態變化密切相關，可根據絲狀細菌增長的趨勢，及時采取必要措施。在培菌階段，固著型纖毛蟲的出現即標志著活性污泥開始形成，出水已顯示效果。培菌后期出現輪蟲及瓢體蟲，往往表明處理效果極為良好。但是，當污泥老化、結構松散解絮時，細小絮粒可為輪蟲提供食料，并促使其惡性繁殖，其數量急劇上升，污泥最終被大量吞噬或流失，輪蟲因缺乏營養而大量死亡。

2.5.4 生物種類的變化

在正常運行階段，若污泥中生物的種類突然發生變化，可推測運行狀況正在發生變化。如污泥結構松散轉差時，常可發現游動纖毛蟲大量增加；出水渾濁、處理效果較差時，變形蟲及鞭毛蟲類原生動物的數量會大大增加。生物膜的生物相觀察可參照活性污泥生物相的觀察方法實施。

2.6 水質的測定及其對運維的指導意義

2.6.1 進、出水BOD/COD

通過測定進、出水BOD和COD絕對值的變化判斷生物處理系統的運行狀況[1-5]。若進、出水B/C變化不大，出水BOD亦較高，表明該系統運行不正常；反之，與進水B/C相比，出水B/C下降較快，說明系統運行正常。

2.6.2 出水懸浮固體(ESS)

經測定，ESS每升高10 mg/L，將會使出水BOD升高6.1 mg/L，TOC升高5.3 mg/L，CODCr升高14.2 mg/L，TN升高1.2 mg/L，TP升高0.2 mg/L(以上均為平均值)，可見ESS的高低對處理效果的影響較大。采用上述目測法觀察出水的透明度，推測出水ESS，是最常用的判斷污泥形狀和出水水質好壞的簡易方法。

2.6.3 進、出水氮的形態與處理深度

在生活污水中，氮以有機氮和氨氮的形式存在。經生物處理后，污水中的有機氮可轉化為氨氮。在處理深度較差的生物處理系統中，出水氨氮較高；在處理深度較好、負荷較低、水力停留時間較長的好氧生物處理系統中，氨氮可在污泥中硝化細菌的作用下，進一步氧化為亞硝氮和硝氮。為此，可根據出水中氮的形態(有機氮、氨氮及硝態氮)及其所占比例來判斷污水處理的深度，評價系統的運行狀況，對系統實行調控。

2.7 處理系統的巡視與設備的維護保養

農村污水的維護保養一般采用遠程監控、自動報警和專業運維人員現場巡視的運維模式。生產運行中的巡視對處理系統和泵、風機、電器設備的正常運行有著重要意義。巡視人員應嚴格遵守現場巡視制度，認真細致地檢查工藝和各種設備的運行狀況，發現問題，及時記錄、處理，并報告上級主管人員。

巡視工作區域包括從入戶的污水管、化糞池、輸水管網直至污水處理站的調節池、生化池、風機、攪拌機、推流器、泵等設備、生態處理場和生態塘等全部區域，需做好相應的保養和維修等工作，注意事項如下。

(1)入戶污水收集系統的完好程度，重點注意有無滲漏、直排、雨污混接等。

(2)污水輸送管網的完好程度，檢查井是否有堵塞和垃圾等，如有格柵除污設施或隔油池等，需清撈污物，并及時將其運至堆放地點。

2.8 生化反應池巡檢

巡檢的內容如3.1～3.6所述。此外，還需及時清撈池面上的漂浮物和油脂，注意生態處理系統或處理站周邊植被的情況等。檢查外加藥劑的投加數量與頻率，重點注意外加碳源的投加、除磷藥劑的投加情況、外加藥劑的補充，觀察吸附除磷系統的堵塞情況等。測定氣溫以及進出水的水溫。測定進水流量，安裝流量計測定進水流量雖好，但費用較高；同時，由于來水無規則、時有中斷，較難控制和維護，可探索通過測定并計算進水或出水提升泵的開啟時間以及泵的流量來推算進水水量；此外，也可采用實測方法測定，即在正常運行時，于出水口，用量筒測定單位時間的出水水量，并按當天進水或出水的提升水泵的運行時間，計算得出每天的處理水量；需及時了解并記錄處理流量的變化情況。

2.9 處理設備的維護和保養

(1)泵、風機、閥門等需仔細檢查，如：鼓風機運轉的電流、電壓；電機溫度、油溫、油壓、油量；進出風壓差等；各閥門(含管道閥門)狀態；風機滲、漏油情況；通風和軸流風機開啟情況及其他異常等；以上設備的發熱、振動、噪聲、運行等的完好程度。應做好上述設備的保養和維修工作，如各種設備潤滑油脂的補充等，并做好記錄[6]。

(2)自控系統的維護和保養：檢查自控系統顯示的數據是否與實際運行的情況相吻合，儀表的運行和顯示是否正常。

(3)檢查電器等設備的運行情況，重點注意是否存在不安全的因素。

2.10 運維臺賬記錄

將以上的運維工作內容寫入運維臺賬，并與以往的記錄對比，了解發展和變化的趨勢，從而對處理系統運行狀況進行評估，及時修復發現的問題，并對生化池進行必要的調控[6]。

3 農村生活污水處理系統的調控

活性污泥生化處理系統往往是根據設定的水質水量參數及處理目標設計而建造的。但是，在實際運行中，廢水的水質水量均在不斷變化，環境條件也在發生變化，需利用處理系統的彈性及特點，按照活性污泥中微生物的代謝規律進行調節控制，使系統處于最佳運行狀態，具體可通過泥、水、氣的調節來控制活性污泥系統的穩定運行，以發揮其最大的效益，進一步提高出水水質[1-5]。

3.1 對生物處理系統中污泥濃度的調節

3.1.1 SV法

在進行SV試驗后，按近階段達到優質出水的SV來掌握排泥量。本法在進水水量水質相對恒定時可有效控制運行，并可取得良好的處理效果。

3.1.2 MLSS法

根據處理系統中污泥MLSS增減情況掌握排泥量WAS。使用時，應注意觀察處理站污水水質受季節變化的規律，找出在不同季節與不同水質條件下維持最佳運行狀況的MLSS，并維持。一般來說，對于難以生物降解或濃度高的污水，宜采用高濃度活性污泥法，以提高耐沖擊的能力及減少污泥對沖擊負荷的影響；相反，當進水水量較少、濃度較低時，可適當降低污泥的濃度，但此時需同時提高或減少供氧量，加強對二沉池的管理和回流污泥量大小的調節。

3.1.3 泥齡法

通過設定的泥齡來控制排泥量。冬季水溫較低，微生物生長速率較慢，泥齡應長些。此外，對于脫氮的AO系統，由于自養性硝化細菌世代時間較長，為了避免其在系統中被淘汰，泥齡也應長些。

3.2 調節回流污泥量

回流污泥量(RAS)的調節可用以下方法估算，并做相應的調整[1-5]。

(1)根據二沉池污泥泥層的厚度進行調節

沉淀池泥層過高或過低均會使ESS增加，從而降低出水水質，可觀察二沉池泥層的厚度，通過改變RAS，使泥層保持在距沉淀池底部1/4高處。

(2)根據固體平衡原則進行估算

進水流量Q越大，RAS也應加大。

(3)根據SV估算

污泥SV越大，RAS也應增大。

3.3 農村污水生物處理運行異常問題及解決對策

3.3.1 活性污泥異常問題及解決對策

當生物處理系統因進水水質、水量或運行參數，如溶解氧或負荷的變化使微生物類群發生變化，并導致污泥性狀和出水水質惡化時，應根據上述在巡檢中發現的種種異常現象，提出解決對策，使之穩定達標運行。表2列出了生物處理系統運行時出現異常現象的癥狀、原因及解決對策[1-5]。

表2 污泥性狀異常及其對策Tab.2 Abnormal Sludge Behavior and the Countermeasures

3.3.2 水質測定中異常現象及解決對策

表3列舉了處理系統巡檢和理化指標測定時所發現的部分異常現象及其解決對策[1-5]。

3.3.3 進水不足或晚間停水時的運行對策

在運行中會遇到種種原因而引起的斷水及水量遠低于設計量的情況，可采取下述運行管理方法或應急措施[1-5]。

(1)間歇曝氣法

利用調節池間斷進水、間歇曝氣，轉轉停停，交替運行。根據調節池中貯水量及斷水周期長短，確定間歇次數，以免因過度曝氣而破壞污泥結構。這種運行方式，既可保持正常處理效率，又可節省電耗，同時可為硝化細菌和反硝化細菌創造適宜的好氧硝化及缺氧反硝化脫氮的條件，還有利于積磷細菌的富集。因此，系統脫氮除磷效果亦有保證[6]。

(2)調節活性污泥量法

在預知斷水的前夕，可一次性大量排泥，以便隨后維持合適的污泥負荷，使之不會下降過多。整個處理系統內，總的污泥量可較原先少1/3～1/2；隨后，按正常流量約1/2進水，適當減少曝氣量，對處理效率無影響。

(3)加大調節池的容積

斷水前，在調節池中貯存盡可能多的廢水，也可加大調節池容量，從而利于廢水量減少時的運行管理。為防止在進水濃度低或進水水量小、處理系統負荷低時的污泥流失，還可適當在生化曝氣池中投加填料。一般選用懸浮填料，其投加量可為曝氣池容積的30%左右。填料上著生的生物膜可在一定程度上減少污泥流失的影響，以確保系統的正常運行。另外，長期在低負荷下運行的處理系統不能按常規的回流污泥比例運行，應適當減小回流的污泥量，這對生物脫氮效果的改善可能有所幫助。

3.3.4 負荷及運行不穩定時的運行對策

目前，農村部分遠郊地區的農戶空心化現象嚴重。此外，部分村落有農家樂、度假村等旅游項目，游客極不規律的住宿或餐飲等使農村污水的水質、水量波動極大，給生活污水處理系統帶來極大的不穩定因素。以CODCr為例，在極端情況下，部分系統的進水可高達1 000 mg/L以上，低至50 mg/L不到。部分村落進水流量有時不到設計流量的20%或更低。在遇到以上情況時，可組合利用各種方法，如晚間停水停曝、批次進水、減少曝氣量、補充一定量新鮮污泥或加大排泥等，利用處理系統的彈性，借助于泥、水、氣三要素之間的相互關系，通過調控進水量、適當補充營養，為污泥中的微生物提供合適的營養，力求保存一定數量的高活性污泥微生物，同時給予相應強度的曝氣量，以確保系統穩定達標運行[6]。

3.3.5 處理系統中污泥泥量過多時的運行對策

與上一節的情況相反，部分處理站由于進水較濃、進水水量接近或污水水量超越設計，加上大部分農村污水處理站很少排泥，以及有的處理系統采用投加混凝劑作為強化除磷的措施，大量化學污泥沉積在處理池中，系統的泥齡長，污泥往往老化解絮，二沉池出現飄泥，上清液渾濁，大大影響出水水質，造成出水SS、COD、TN、TP全面超標。解決的辦法是增加排泥，雖不能像大型污水廠那樣每天排泥，也需盡可能利用現場巡檢，按上述泥齡控制法的要求，排放剩余污泥至污泥干化池，并予以妥善的處理處置。

4 結語

農村生活污水生物法處理一體化構筑物的體積小，不少構筑物外觀像一個集裝箱，有的還被安放在地下，不易進行觀察和運維操作，可依據生物法處理運維中 “水、氣、泥”三要素的原則，仿照中醫“望、聞、問、切”等手段和方法，巡視了解處理系統的運行情況，確保管網不滲漏、不堵塞；了解污水水量和濃度及其變化規律；利用抽樣測定的水質指標，了解污水組分和碳、氮、磷等的濃度，并與相鄰的處理站做橫向對比；污水中的碳、氮、磷等既是要處理的污染物，又是處理系統中微生物的營養；注意處理站點是否存在臭氣，以了解溶解氧的狀況。利用可行的手段和方法，了解處理系統中污泥微生物的濃度、數量、種類及其活性，其是處理系統中真正在“干活”，即分解污染物的主體。最后，需合理曝氣，提供微生物在分解污染物以及使污泥與污水充分接觸和混合時所需的“氣”。在此基礎上，可根據水、氣、泥三者之間的相互制約關系，利用生物處理系統的特點進行調控，在正常時予以維持，發生變化時適當調節，使系統長期穩定達標運行，并在達標前提下節省運行費用。此外，對于營養物TN的去除，需根據碳源是否缺乏,進行適當的補充投加；對于磷的去除，采取吸附、混凝、過濾等強化措施，以確保系統碳、氮、磷水質指標全面達標。另外，還需對處理系統的設備進行維護和保養，確保系統長期穩定可靠運行。