楊帆，梁和國

（長江大學地球環(huán)境與水資源學院，湖北 武漢430100）

農村的居民居住相對分散、資金力量薄弱、基礎設施落后［1］，因此，開發(fā)應用費用低廉、節(jié)省土地資源與能源、高效的特別是具有廣譜性除污能力和總體環(huán)境效益的多層次的分散式處理技術已迫在眉睫。近年來，日本研究者開發(fā)了一種稱為 “Johkasou”中文音譯為凈化槽的處理設施［2］。多年的實踐表明，該設施具有較強的實用性，特別適合農村生活污水的處理［3］。凈化槽處理器集多種處理技術為一體，設置費用低，在人口密度比較低的地區(qū)，凈化槽處理器的費用遠遠低于鋪設公共下水道的費用，減輕了地方政府的財政負擔。同時還具有安裝方便、用時少、安裝工期短、投資見效快、不受地形與環(huán)境影響等特點［4］。可與自然凈化相結合，確保水體生態(tài)平衡［5］。

生活污水凈化槽處理法是處理散居式農村生活雜排污水和水沖廁所污水的一種方法，是典型的厭氧好氧曝氣方式的生物氧化法［6］。其特點是：（1）生物膜法為主要特征，采用復合式濾料，融合了生化法的好氧、兼氧、厭氧法優(yōu)點；集沉淀、厭氧、缺氧和氧生物處理及消毒等功能于一體。（2）以高效生物處理技術為核心，采用有效復合微生物菌種進行接種和馴化，處理效果穩(wěn)定，出水水質優(yōu)良，能夠達到國家中水回用標準［7］。（3）污泥量很少，原則上不需排泥，避免了一般污水處理系統(tǒng)常見的污泥處理與處置問題，一般每半年或者一年左右清洗凈化槽時才排泥。（4）裝置埋于地下，污水處理溫度相對穩(wěn)定，處理效果不易受氣溫變化影響。（5）分散式處理水在農村廣闊區(qū)域散點式達標排放，利于水體的自凈作用，能有效地保持溝、渠的水體流量，便于農田灌溉。（6）設有曝氣減噪裝置，噪聲小，運行成本低，操作簡單［8］。鑒于中國農村地區(qū)地處偏僻而分散、經(jīng)濟條件差，生活污水處理十分不易，90%的生活污水沒有經(jīng)過任何處理就直接排放。本研究以江漢平原地區(qū)農村為例，采用生活污水處理凈化槽法處理散居式農村生活雜排污水和水沖廁所污水，結果表明生物凈化槽系統(tǒng)具有不易堵塞、操作簡單、占地少、造價低、出水水質好等優(yōu)點，適合農村生活污水的分散式處理。

1 材料與方法

1.1 處理裝置及工藝流程

根據(jù)中國農村3～5人家庭生活污水排放的特點，設計一種兩級厭氧和一級好氧生物膜處理工藝的小型一體化農村生活污水處理器。兩級厭氧室的上部設計為流量調節(jié)區(qū)，由定量泵將第2厭氧室的出水提升到生物膜過濾槽中，并定期對生物膜過濾槽進行反沖洗，反洗排水再進入第1厭氧室中，其工藝流程詳見圖1。

使用該工藝自制了2臺適合于農村單家獨戶使用的生活污水處理凈化器，分別于2013年1月15日和1月20日埋置于湖北省荊州市城郊白龍村徐氏和李埠嚴氏庭園內，定期采集該裝置各分室內的水樣，進行水質分析。

圖1 農村生活污水處理器工藝流程圖

1.2 主要分析內容

定期到現(xiàn)場采集該裝置各分室水樣，對其化學需氧量COD、生化需氧量BOD5、總氮含量TN、總磷含量TP、氨氮含量、濁度等水質指標及系統(tǒng)中微生物生長情況進行分析。具體步驟及分析內容如下：

（1）不同農戶的生活污水水質采集 對不同農戶安裝了地埋式污水處理裝置，分厭氧I室、厭氧II室、曝氣室、出水口室、回流水管和周邊水體按月采集水樣，取樣保存實驗室以備水質分析。

（2）污水中有機污染物去除效果分析 采用國家標準方法分析水樣中的化學需氧量COD、生化需氧量BOD5等指標，根據(jù)處理前后水質的變化，以去除率判斷有機污染物的去除效果。

（3）污水中總氮總磷去除效果分析 采用國家標準方法分析水樣中的總氮含量TN、總磷含量TP指標，根據(jù)處理前后水質總氮含量TN、總磷含量TP的變化，以去除率判斷氮磷的去除效果。

（4）污水中微生物數(shù)量和處理效果分析 采用國標菌落總數(shù)測定GB／T 4789.2—2008，平板菌落計數(shù)法，根據(jù)所得結果分析凈化槽中微生物活性，探究微生物與處理效果之間的關系。

2 結果與分析

2.1 不同農戶的生活污水水質情況

對安裝了地埋式污水處理裝置試驗點的2家農戶，從2月至5月期間每隔2周取1次水樣進行分析，2家試驗點所有測定次數(shù)的各室平均值分別見表1和表2。由表1和表2可以看出，徐氏試驗點的處理效果明顯好于嚴氏。除氨氮和總氮外，嚴氏的進水水質污染負荷均低于徐氏，但出水效果不理想，各指標去除率均在50%以下。徐氏試驗點進水污染負荷雖然較高，但出水化學需氧量COD、生化需氧量BOD5和濁度已達到排放標準。因試驗裝置安裝時間不長，尚在調試過程中，3月份的處理效果不是很理想，后期效果明顯好轉，平均值也因此受到一定影響。經(jīng)調查發(fā)現(xiàn)：嚴氏試驗點人口數(shù)較少，用水節(jié)約，水量明顯不夠；在裝置的安裝方面，嚴氏試驗點的裝置前有化糞池，而徐氏試驗點沒有化糞池，生活污水流經(jīng)化糞池后再進入試驗裝置中，導致生化性能大大降低；水質測定結果顯示，嚴氏的水質C／N失衡，導致微生物營養(yǎng)不夠而死亡。徐氏的人口數(shù)是嚴氏的2倍，生活規(guī)律，排放水量較大，微生物的C／N營養(yǎng)較均衡，生活污水不經(jīng)化糞室，直接排入污水處理裝置，處理效果較明顯。鑒于以上原因，僅分析來自白龍村徐氏的試驗處理效果。

表1 嚴氏試驗點各測定次數(shù)的各分室平均值

表2 徐氏試驗點各測定次數(shù)的各分室平均值

2.2 污水中各項水質指標去除效果

2.2.1 化學需氧量COD

表3為不同取樣時間內埋設在徐氏試驗點的生活污水處理凈化器各分室中化學需氧量COD及其去除率。從表3可以看出，在不同的取樣時間內，進水口即厭氧I室中化學需氧量COD變幅較大（125.0～612.0mg／L），出水口室的濃度則降低到77.8～267.4mg／L，去除率達到了30.2%～75.9%，表明隨著裝置運行時間增加，處理效果呈增強的趨勢，最近2次測定結果表明，出水化學需氧量COD均穩(wěn)定在80mg／L左右，達到了設計的預期值。

表3 不同取樣時間各室中化學需氧量COD及其去除率

從各分室10次采樣的平均值來看，通過厭氧Ⅱ室、曝氣室、出水口室去除的效果分別為31.9%、29.6%、15.3%，其中厭氧Ⅱ室去除效率最高，依次遞減。隨著污染負荷的增加，化學需氧量COD的去除率也隨之增加，說明此系統(tǒng)有一定的抗沖擊負荷能力。由表3還可以看出，不同的取樣時間進水化學需氧量COD變化較大，但出水化學需氧量COD值較穩(wěn)定。

2.2.2 生化需氧量BOD5

從表4可以看出，不同的取樣時間，進水口即厭氧I室中生化需氧量BOD5變幅較大，從40.9mg／L到360.9mg／L，平均濃度為139.7mg／L。出水BOD5長期穩(wěn)定在21mg／L以下，最低濃度達到1.5mg／L。去除率最高可達98.6%，最低為52.5%，且隨進水生化需氧量BOD5增加，去除率不斷增加，達到了設計出水生化需氧量BOD5的預期值。

表4 不同取樣時間各室中生化需氧量BOD5及其去除率

從各分室9次采樣的平均值來看，通過厭氧Ⅱ室、曝氣室、出水口室的生化需氧量BOD5去除率分別為52.9%、59.7%、48.3%，其中曝氣室去除率最高，出水口室去除率最低。

從表4還可以看出，從3月到5月，隨著氣溫不斷增加，進水生化需氧量BOD5值呈現(xiàn)不同程度的波動，但出水水質均穩(wěn)定在較低的范圍內。

2.2.3 總氮和氨氮

從表5可以看出，除4月4日、4月24日外，在不同的取樣時間，進水口即厭氧I室中總氮含量TN均穩(wěn)定在150mg／L左右。出水口室的總氮含量TN則降低到19.5～126.6mg／L不等，總氮去除率達到了16.0%～90.5%，出水的總氮含量TN仍然比較大，沒有達到期待的效果值。

從各分室采樣的平均值來看，通過厭氧Ⅱ室、曝氣室、出水口室去除的效果分別為43.1%、41.9%、17.9%，與化學需氧量COD測定結果相似，厭氧Ⅱ室去除率最高，出水口室去除率最低。

從表5還可以看出，進水總氮含量TN較穩(wěn)定，進水到曝氣一段總氮去除效果較明顯。對于最終出水總氮含量TN值偏高，仍需進行調整。

表5 不同取樣時間各室中總氮含量TN及其去除率

表6為不同取樣時間內各分室中氨氮含量及其去除率。從表6可以看出，進水口即厭氧I室中氨氮的含量在不同的取樣時間里變幅較大，從201.5mg／L到8.8mg／L，出水口室的含量則降低到0.2～11.0mg／L，氨氮的最高去除率為99.0%，最低去除率為83.3%，出水氨氮含量穩(wěn)定在11mg／L以下，且越到后期，出水值越低，出水氨氮含量達到0.2mg／L，達到設計出水預期值。

從各分室采樣的平均值來看，通過厭氧Ⅱ室、曝氣室、出水口室去除的效果分別為45.8%、38.7%、83.2%，出水口室去除率最高，曝氣室去除率最低。

從表6還可以看出，進水氨氮含量隨取樣時間推移波動較大，且明顯降低，很可能是因為水中氨氮含量隨季節(jié)變化，溫度升高而減少。

表6 不同取樣時間各室中氨氮含量及其去除率

2.2.4 總磷

該裝置僅通過污泥沉降除磷之外并無特殊的除磷設計，故該裝置的總磷去除效果并不明顯。從表7可以看出，厭氧Ⅰ室即進水口總磷含量TP比較穩(wěn)定，出水總磷含量TP也穩(wěn)定在10mg／L左右，平均去除率為37.0%。

從各分室采樣的平均值來看，通過厭氧Ⅱ室、曝氣室、出水口室總磷去除的效果分別為12.9%、13.8%、4.9%，出水口室去除率最低，幾乎為零。

表7 在不同取樣時間各室中總磷含量TP及其去除率

2.3 凈化槽系統(tǒng)中微生物數(shù)量與處理效果

2.3.1 生物凈化槽系統(tǒng)中微生物的生長狀況

裝置運行過程中，地埋式生物凈化槽系統(tǒng)中細菌﹑真菌以及其他微生物數(shù)量均有較大變化，但都在108～1010個／ml數(shù)量級上［7］，微生物具體數(shù)量表如表8所示。

表8 凈化槽系統(tǒng)中微生物數(shù)量及各水樣指標去除率

從表8可以看出，隨著不斷向系統(tǒng)中投加微生物，系統(tǒng)中微生物數(shù)量出現(xiàn)較大波動，且隨著時間的推移最終趨于穩(wěn)定。系統(tǒng)中細菌數(shù)量明顯高于真菌和其他微生物的數(shù)量，這說明細菌對生活污水的凈化作用大于真菌和放線菌［9］。微生物總量隨著時間的推移呈現(xiàn)先增多后減少再增多的趨勢。

2.3.2 生物凈化槽系統(tǒng)中微生物數(shù)量與化學需氧量COD去除率的關系

通過對表8中微生物數(shù)量和化學需氧量COD去除率的相關性分析發(fā)現(xiàn)，細菌（r＝0.7835，0.01＜P＜0.05）和真菌（r＝0.9033，P＜0.01）數(shù)量與化學需氧量COD去除率都存在顯著相關性，而放線菌（r＝0.3219，P＞0.05）與COD去除率之間不存在顯著相關性。證明細菌和真菌在凈化槽凈化生活污水系統(tǒng)中化學需氧量COD的去除中起了較大的作用，放線菌對化學需氧量COD的去除效果不明顯。這與梁威等［10］研究人工濕地中植物根區(qū)微生物數(shù)量與系統(tǒng)化學需氧量COD去除率的相關性分析結論不完全相同。也有研究表明放線菌在降解土壤有機物中發(fā)揮著積極的作用［11］。本研究結果表明，細菌和真菌可以對生物凈化槽污水處理系統(tǒng)中的有機物起到降解作用。

2.3.3 生物凈化槽系統(tǒng)中微生物數(shù)量與生化需氧量BOD5去除率的關系

通過對表8中微生物數(shù)量和生化需氧量BOD5去除率的相關性分析發(fā)現(xiàn)，真菌（r＝0.7554，0.01＜P＜0.05）數(shù)量與生化需氧量BOD5去除率存在顯著相關性，而細菌（r＝0.3364，P＞0.05）和放線菌（r＝0.5823，P＞0.05）與生化需氧量BOD5去除率之間不存在顯著相關性。說明真菌在凈化槽凈化生活污水系統(tǒng)中生化需氧量BOD5的去除中發(fā)揮了較大的作用，其細菌和放線菌對生化需氧量BOD5的去除效果不明顯。

2.3.4 生物凈化槽系統(tǒng)中微生物數(shù)量與總氮去除率的關系

通過對表8中微生物數(shù)量與總氮去除率的相關性分析發(fā)現(xiàn)，細菌（r＝－0.032，P＞0.05）和真菌（r＝－0.533，P＞0.05）數(shù)量與總氮去除率呈現(xiàn)負相關，相關性不顯著。而放線菌（r＝－0.8952，P＜0.01）數(shù)量與總氮去除率呈現(xiàn)負相關，相關性較顯著。該生物凈化槽系統(tǒng)在不同的取樣時間，進水口即厭氧I室中總氮含量TN均穩(wěn)定在150mg／L左右。出水口室的總氮含量TN則降低到19.5～126.6mg／L不等，總氮去除率達到了37.1%～90.5%，但出水的總氮含量TN仍然比較大，還沒有達到期待的效果值。說明其生物除氮能力不足，可能原因是系統(tǒng)中微生物所需營養(yǎng)不平衡，不能充分發(fā)揮細菌和真菌對總氮的降解，需進一步調整。

2.3.5 生物凈化槽系統(tǒng)中微生物數(shù)量與總磷去除率的關系

通過對表8中各階段微生物數(shù)量與系統(tǒng)對總磷的去除率的相關性分析發(fā)現(xiàn)，細菌（r＝0.213，P＞0.05）、真菌（r＝0.279，P＞0.05）和放線菌（r＝－0.332，P＞0.05）與總磷去除率不顯著相關，該生物凈化槽系統(tǒng)僅通過污泥沉降除磷之外并無特殊的除磷設計，故該裝置的總磷去除效果并不明顯，表明微生物活動并非去除總磷的主要原因。這說明聚磷細菌等微生物對總磷的去除并非主要除磷途徑，還與含磷物質的沉淀、植物吸收、介質固定以及有機物質積累等作用有關，且磷容易被富含F(xiàn)e、Al及Ca等的礦物質所吸附［12－13］。

2.3.6 生物凈化槽系統(tǒng)中微生物數(shù)量與氨氮去除率的關系

通過對表8中微生物數(shù)量和氨氮去除率相關性分析發(fā)現(xiàn)，細菌（r＝－0.879，P＜0.01）數(shù)量與氨氮呈現(xiàn)負相關，且相關性較為顯著，而真菌（r＝－0.57，P＞0.05）和放線菌（r＝－0.304，P＞0.05）數(shù)量與氨氮去除率相關性不顯著。該生物凈化槽系統(tǒng)氨氮去除率高達99.0%，說明細菌在凈化槽凈化生活污水系統(tǒng)中氨氮的去除中發(fā)揮了較大的作用，真菌和放線菌對氨氮的去除效果不明顯。

3 結論

（1）從嚴氏與徐氏試驗點的效果上來看，徐氏的處理效果比較好，嚴氏的處理效果差，嚴氏試驗裝置仍需根據(jù)具體的進水水質進行調試。

（2）從各個水質指標的去除率來看，氨氮去除率最高，為94.9%，表明曝氣效果顯著；其余依次為生化需氧量BOD587.8%、濁度82.8%、總氮66.9%、化學需氧量COD59.4%、總磷37.0%。進水生化需氧量BOD5／化學需氧量COD的比值平均值為0.36，表明生活污水的可生化性較好，故以生化需氧量BOD5和總氮作為檢驗該裝置去除效果的水質指標。

（3）從各分室采樣分析的平均值計算出的厭氧Ⅱ室、曝氣室、出水口室中各水質指標去除率來看，厭氧Ⅱ室中化學需氧量COD和總氮的去除率最大，曝氣室中生化需氧量BOD5和濁度去除率最大，出水口室中氨氮去除率最大。

（4）該生物凈化槽系統(tǒng)中化學需氧量COD去除率與細菌和真菌數(shù)量具有相關性，而與放線菌數(shù)量不顯著相關；生化需氧量BOD5去除率與真菌數(shù)量具有相關性，而與細菌和真菌數(shù)量沒有明顯的相關性；總氮去除率與細菌和真菌數(shù)量呈現(xiàn)負相關性，且相關性不明顯，而與放線菌數(shù)量呈現(xiàn)顯著的負相關性；氨氮去除率與細菌數(shù)量呈現(xiàn)顯著地負相關性，而與真菌和放線菌數(shù)量沒有顯著的相關性；該地埋式生物凈化槽系統(tǒng)中總磷的去除率與微生物數(shù)量沒有明顯的相關性，說明總磷的去除主要依靠其他非微生物途徑。

［1］劉峰，蘇宏智，秦良.中國農村生活污水處理技術的研究現(xiàn)狀 ［J］.污染防治技術，2010，23（5）：24－26.

［2］Hidetoshi Kitawaki，雷清儒.凈化槽——日本的污水處理裝置 ［J］.環(huán)?？萍记閳?993，（1）：16－18.

［3］許春蓮，宋乾武，王文君，等.日本凈化槽技術管理體系經(jīng)驗及啟示 ［J］.中國給水排水，2008，24（14）：1－4.

［4］趙軍.我國農村生活污水分散式處理技術 ［J］.安徽農業(yè)科學，2010，38（27）：15203－15205.

［5］孫瑞敏.我國農村生活污水排水現(xiàn)狀分析 ［J］.能源與環(huán)境，2010，（5）：33－42.

［6］吳光前，孫新元，張齊生.凈化槽技術在中國農村污水分散處理中的應用 ［J］.環(huán)境科技，2010，23（6）：36－40.

［7］朱靜平，程凱，宋寶增，等.水培吊蘭污水凈化系統(tǒng)中微生物數(shù)量與凈化效果相關分析 ［J］.水處理技術，2009，（6）：14－18.

［8］嵇欣.國外農村生活污水分散治理管理經(jīng)驗的啟示 ［J］.中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2010，（2）：57－61.

［9］劉靈芝，陳志剛，陳玉玲.污水凈化過程中風眼蓮根區(qū)微生物的變化 ［J］.安徽農業(yè)科學，2007，35（2）：510－511.

［10］梁威，吳振斌，詹發(fā)萃，等.人工濕地植物根區(qū)微生物與凈化效果的季節(jié)變化 ［J］.湖泊科學，2004，16（4）：312－317.

［11］周群英，高廷耀.環(huán)境工程微生物學 ［M］.北京：高等教育出版社，2000.

［12］Parfitt R L.Anion adsorption by soils and soils material［J］.Adv Agron，1978，30：1－50.

［13］Netter R.The purification eficiency of planted soil flters for wastewater treatment ［J］.Water Sci Techno1，1992，26：23l7－2320.