間歇式雙污泥工藝處理農村污水的應用

宋博宇,卞曉崢,華潔平,黃健平,2*

(1.華北水利水電大學 環境與市政工程學院，河南 鄭州 450046；2.河南省水體污染與土壤損害修復工程技術研究中心，河南 鄭州 450046)

農村污水不經處理直接排放到自然水體中，已經成為影響水環境的重要因素之一。農村生活污水主要是農村居民生活當中產生的洗滌用水及廁所沖水，因此主要污染物是COD、氮磷以及病菌[1]。根據《室外排水設計規范》，需要同時進行脫氮除磷時，污水中的5日生化需氧量與總凱氏氮之比宜大于4，污水中的5日生化需氧量與總磷之比宜大于17，但是實際中的農村污水很難滿足這些要求。SBR工藝可以實現自動化管理和運行，在技術人員相對較少的農村也適用。

1 SBR在農村污水處理中的應用現狀

1.1 SBR工藝在農村污水處理的應用

序批式活性污泥法(SBR)工藝特點是在同一個反應器中，按時間順序進行進水、曝氣、沉淀、排水和閑置5個工序，從而對污水進行脫氮除磷。以張亞平等[2]對常熟市辛莊鎮和泰村的SBR工藝調查為例，SBR工藝的進水中COD為100 mg/L左右， TN在4～7月份為5 mg/L(其余時間都穩定在20 mg/L)，P在1 mg/L以下，可以算出C/P為100。SBR工藝對COD的去除率在60.0%～84.0%，平均去除率為74.9%，出水水質達到一級B標準，處理效果穩定；對TP的去除率在15%～60%，波動比較大，并且去除率是從當年8月到來年3月逐步上升的，因此溫度可能是影響TP去除率的一個重要因素；對TN的去除率在前期比較低，不超過40%，后期逐步提升并趨于穩定，最終的去除率可以達到60%～80%，這樣就導致出水中TN濃度全年都比較穩定，始終保持在一個較低的水平上；對氨氮的去除率在25%～80%之間，波動比較大。

從調查中可以看出，SBR在實際運行中對COD的去除效果表現良好，但是對TP和TN的去除率比較低，且去除率的波動比較大，這是由于SBR工藝需要足夠的碳源，與污水中的碳源不足相矛盾所導致的。

1.2 改良SBR工藝處理農村污水

2 間歇式雙污泥系統及其工藝比較

2.1 前置A2NSBR雙污泥系統

趙偉華等[4]提出了前置A2NSBR 雙污泥系統。該系統先在厭氧-缺氧SBR中進行反硝化除磷，然后在好氧 SBR中進行硝化反應，以硝化出水作為最終出水，如圖1所示。

圖1 前置A2NSBR雙污泥系統工藝流程

污水首先進入好氧SBR中進行硝化反應，一部分作為出水排出系統，一部分回流至厭氧-缺氧SBR中缺氧段，即厭氧段釋磷結束后注入硝化出水。待系統穩定后，對平均COD為204.9 mg/L，平均氨氮為49 mg/L，平均TN為53.2 mg/L，平均TP為4.3 mg/L的污水進行處理時，出水中COD、氨氮、TN和TP平均值分別為33.8，0.9，13.6和0.3 mg/L，相應的去除率分別為84.3%，98.4%，76.8%和93.9%，各項出水指標都滿足國家《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)(以下簡稱《標準》)一級A標準的要求。

該工藝采用前置硝化的方法，最大程度上提高了氨氮的去除效率，降低了出水中氨氮的濃度。在穩定運行后，反硝化聚磷菌占總聚磷菌的比例大約為61.3%，說明磷的去除是由聚磷菌和反硝化聚磷菌相互作用產生的。

2.2 SBR-BCO雙污泥系統

秦瑋等[5]將SBR工藝與BCO工藝相結合，提出了SBR-BCO雙污泥系統。該工藝由反硝化聚磷污泥系統(SBR)和接觸氧化硝化系統(BCO)兩部分構成，整個工藝流程由一個厭氧SBR階段、一個接觸氧化階段和一個缺氧/好氧SBR階段組成，如圖2所示。

圖2 SBR-BCO雙污泥系統工藝流程

SBR-BCO雙污泥系統的進水為人工合成廢水，其中COD為150.6～198.1 mg/L，P為4.0～7.5 mg/L，TN為38.7～44.3 mg/L，最大C/P為20～26時，在上述運行條件下，SBR-BCO雙污泥對COD的去除率達到91%，對氨氮的去除率高達 84.2%～89.5%，對TN的去除率為 66.9%～78.3%，對TP的去除率達到94.6%，出水的各項指標均滿足《標準》一級A標準。

王松凱等[6]對SBR-BCO 雙污泥進行了運行參數優化和技術經濟分析，并以農村污水作為研究對象進行了實驗。處理規模為20 m3/d，其中進水中COD為50～240 mg/L，TP為1.5～6 mg/L，TN為18～40 mg/L，經計算，當C/P為8.3～40時，COD、氨氮、TN和TP平均去除率分別為96.9%，97.6%，60.4%和83.3%，而該工藝的水動力費用為0.3元/噸，運行成本為0.3元/噸，滿足農村污水處理的實際需求。

2.3 SBR-SBBR雙污泥系統

李橋等[7]進行了 SBR-SBBR 雙污泥短程硝化反硝化脫氮除磷研究。該系統由具有以亞硝酸鹽為電子受體的反硝化除磷作用的SBR1和具有短程硝化作用的SBR2組成，如圖3所示。

圖3 SBR-SBBR雙污泥系統工藝流程

SBR-SBBR雙污泥法減少了COD在好氧條件下的消耗外，又利用了短程反硝化作用，再次降低了對碳源的需求量和曝氣量。在處理效果方面，當C/N為3～6時，COD，TN和TP的去除率分別為94.9%，81.2%和89.5%，均達到《標準》一級A排放標準，此外，SBR-SBBR雙泥膜法具有很好的抗氮負荷沖擊能力，當C/N從5～6降到 3～4時，對TP的去除率基本沒有影響，保持在88%左右，而TN平均去除率僅由82.5%變為78%。SBR-SBBR 雙污泥系統利用了亞硝酸鹽作為電子受體，大大降低了污水處理過程的曝氣量，并且使系統具有很好的抗氮負荷沖擊能力，適用于處理氮濃度變化較大和C/N較低的農村污水。

2.4 A2NO-MBR雙污泥系統

A2NO-MBR雙污泥系統將A2NSBR與 MBR相結合，并增加緩沖池，使硝化和反硝化除磷同步進行，縮短運行周期，而后置曝氣0.5h可以進一步降低出水氨氮和總磷濃度。杜東梁等[10]以膜出水的方式進行后置曝氣A2NO-MBR雙污泥工藝研究，如圖4所示。

圖4 后置曝氣A2NOSBR-MBR雙污泥系統工藝流程

A2NO-MBR雙污泥系統的硝化過程在好氧膜上完成，減少了剩余污泥[11]，從而降低了處理成本，并且具有很好的抗負荷沖擊能力，當C/N和C/P的濃度變化較大時，依然表現出良好的脫氮除磷能力，適用于處理有機物濃度變化較大， C/N和C/P較低的農村污水。

2.5 工藝比較

從表1可以看出，SBR-BCO雙污泥系統相比于傳統SBR污泥系統，SBR-BCO雙污泥系統在處理低C/P的污水，特別是C/P低于17的污水時，依然表現出優秀的脫氮除磷效果。當C/P在8.3～40時，SBR-BCO雙污泥系統的COD去除率和氨氮去除率依然可以達到90%以上，說明SBR-BCO雙污泥系統具有很好的抗負荷沖擊能力。

表1 不同工藝處理效果比較

SBR-SBBR雙污泥系統和前置A2NSBR雙污泥系統在處理C/N低于4的污水時，依然保持良好的COD、氨氮和TP 的去除率和處理穩定性，展現了較好的脫氮除磷性能。SBR-MBR雙污泥系統在處理水質變化較大的污水方面有良好的表現。

3 結語

間歇式雙污泥工藝既擁有SBR工藝可以處理流量變化較大的污水的特點，又擁有雙污泥系統低C/N、低需氧量、低污泥產量的優點，有很好的抗負荷沖擊能力和良好的脫氮除磷效果。利用間歇式雙污泥系統處理農村污水時，既可以適應農村污水的低C/N和低C/P的特點，又可以適應農村污水的水量和水質隨時間變化較大的特點。此外，雙污泥系統在降低需氧量和減少剩余污泥方面，減少了污水處理成本，比較適合經濟發展相對落后的農村。隨著對雙污泥理論的深入研究和對雙污泥工藝的不斷優化，雙污泥工藝在農村污水處理方面有著很大的應用前景，期望找到一個適合農村污水水質和農村經濟條件的雙污泥工藝。