張亞平， 徐 茂， 趙 坤， 韋 斯， 龍 珍

(1.東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，江蘇南京 210096；2.江蘇省農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測與保護站，江蘇南京 210036；3.南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院，江蘇南京210023)

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5種農(nóng)村生活污水處理工藝運行效果

張亞平1， 徐 茂2， 趙 坤1， 韋 斯3*， 龍 珍1

(1.東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，江蘇南京 210096；2.江蘇省農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測與保護站，江蘇南京 210036；3.南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院，江蘇南京210023)

[目的]篩選農(nóng)村生活污水處理最佳工藝。[方法]運用MBR、SBR、海沃特復(fù)合生物水、脈沖多層復(fù)合濾料生物濾池、DSP-SH(A2/O)5種常見的農(nóng)村生活污水處理工藝對江蘇省太湖流域地區(qū)進行1 a的連續(xù)監(jiān)測，比較分析不同工藝對生活污水中COD、TP、TN和氨氮的處理效果。[結(jié)果]5種農(nóng)村生活污水處理工藝均可明顯降低生活污水中的COD、TP、TN和氨氮濃度，出水水質(zhì)達(dá)到一級B標(biāo)準(zhǔn)，其中脈沖多層復(fù)合濾料生物濾池對污染物的去除效果最佳，可以獲得64%以上的COD去除率及90%以上的氨氮去除率，運行最為穩(wěn)定。[結(jié)論]為農(nóng)村生活污水處理提供了科學(xué)依據(jù)與借鑒。

農(nóng)村生活污水；處理技術(shù)；運行效果

農(nóng)村污染源已成為影響水環(huán)境的重要因素。據(jù)報道，農(nóng)村生活污水輸出的COD、氨氮、總氮(TN)和總磷(TP)分別占入太湖污染物總量的9.79%、11.40%、13.71%和5.31%，且呈逐年增加的趨勢，農(nóng)村生活污染已成為太湖地區(qū)氮、磷污染的主要來源[1-2]。農(nóng)村生活污水量雖然低于城鎮(zhèn)，但農(nóng)村生活污水處理率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于城鎮(zhèn)處理率[3]，直接威脅水環(huán)境的健康。江蘇省作為全國發(fā)達(dá)省份，又毗鄰太湖，農(nóng)村生活污水處理直接影響太湖流域的水質(zhì)。2010年作為全國8個農(nóng)村環(huán)境連片整治示范省之一的江蘇省，選定了太湖、淮河流域以及南水北調(diào)沿線的南京、無錫、常州、蘇州、南通等16個縣(市、區(qū))作為2010年農(nóng)村環(huán)境連片整治示范區(qū)域。近年來，江蘇省政府加大了對建設(shè)農(nóng)村生活污水處理設(shè)施的投入，截至2014年底，江蘇地區(qū)共建成農(nóng)村生活污水處理設(shè)施6 000余套，太湖流域基本實現(xiàn)了鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理全覆蓋[4]。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，太湖流域(江蘇省域內(nèi))農(nóng)村生活污水處理涉及的工藝多達(dá)100余種，使用工藝占比超過1%(含1%)以上的多達(dá)20種。農(nóng)村生活污水處理工藝的選擇，除了需滿足處理規(guī)模、污水特征、出水水質(zhì)等要求外，還應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況，綜合考慮投資費用、運行費用以及設(shè)施后期操作與日常維護的問題。SBR、海沃特復(fù)合生物水處理技術(shù)、DSP-SH(A2/O)技術(shù)、脈沖多層復(fù)合濾料生物濾池和MBR工藝是目前運用最廣泛的農(nóng)村污水處理技術(shù)[5]。筆者調(diào)查了江蘇省使用廣泛的這5種生活污水處理工藝，分析不同工藝的處理效果，綜合比較投資費用與日常維護，篩選最適宜的農(nóng)村生活污水處理技術(shù)，旨在為探索適合江蘇省農(nóng)村地區(qū)的生活污水處理模式及促進太湖流域水環(huán)境的改善提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查工藝與調(diào)查地點根據(jù)江蘇省農(nóng)村生活污水處理設(shè)施使用工藝，篩選5種典型的工藝，選擇正常運行達(dá)1 a以上的設(shè)施點進行監(jiān)測。由于設(shè)施的管理模式與設(shè)施運行密切相關(guān)，因此選擇管理模式均為第三方監(jiān)管模式的設(shè)施點。調(diào)查的設(shè)施點及工藝見表1。各設(shè)施地點的出水水質(zhì)均為一級B標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)查時間為2015年4月至2016年3月，為期1 a。

1.2 工藝原理

1.2.1MBR工藝。MBR工藝流程包括預(yù)處理單元、膜生物反應(yīng)器處理單元、表流濕地單元、氧化塘單元。污水經(jīng)外部污水管網(wǎng)送至處理站，先進入預(yù)處理池進行預(yù)沉降，出水經(jīng)格柵截留污水中的懸浮污染物后進入調(diào)節(jié)池，再由泵提升到缺氧池和膜池進行生化處理。

1.2.2SBR工藝。SBR工藝的核心是SBR反應(yīng)池，該池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池。通過好氧反應(yīng)，達(dá)到去除COD、硝化和吸收磷的目的，如需除氮，先用好氧反應(yīng)使其硝化，然后再進行厭氧反應(yīng)脫氮。

1.2.3海沃特復(fù)合生物水處理技術(shù)。海沃特復(fù)合生物水處理技術(shù)流程：生活污水→格柵→均化池→復(fù)合生物濾池→回流池→人工濕地→出水。采用海沃特模塊填裝功能性復(fù)合材料，接種特效微生物制劑，達(dá)到脫氮除磷的目的。

1.2.4脈沖多層復(fù)合濾料生物濾池。脈沖多層復(fù)合濾料生物濾池集有機物降解和生物脫氮為一體，以硝化反應(yīng)為主要功能，利用不同填料的特點，提高濾池的氮、磷去除率。生物濾池內(nèi)的濾料為微生物的生長提供了載體表面，其表面形成的膜層含有豐富的去除廢水中底物的微生物，其中包括好氧和兼性細(xì)菌、真菌、藻類和原生動物等。污水在流經(jīng)載體表面的過程中，通過有機營養(yǎng)物的吸附、氧向生物膜內(nèi)部的擴散及在膜中所發(fā)生的生物氧化等作用，對污染物進行降解。

1.2.5DSP-SH(A2/O)技術(shù)。DSP-SH(A2/O)技術(shù)工藝流程：廢水經(jīng)預(yù)處理后進入?yún)捬醴磻?yīng)器，通過厭氧過程使廢水中的部分難降解有機物得以降解去除，進而改善廢水的可生化性，并為后續(xù)的缺氧段提供適合于反硝化過程的碳源，使高COD物質(zhì)在該段得到部分分解，而后是進行氧化降解有機物和進行硝化反應(yīng)的好氧段。

表1 調(diào)查工藝及地點

1.3 樣品采集農(nóng)村生活污水處理設(shè)進水口和出水口，8:00—20:00每隔2 h采樣1次，且該時間段污水處理工程處于進出水不斷流動的動態(tài)過程中。樣品混合后用1 L的白色塑料封口瓶密封冷藏保存，48 h內(nèi)進行檢測分析。樣品每月取樣1次，為期1 a。

1.4 測定項目與方法TP含量采用鉬酸銨分光光度法(GB 11893—89)測定；TN含量采用過硫酸鉀氧化紫外分光光度法(GB 11849—89)測定；氨氮含量采用納氏試劑分光光度法(HJ 535—2009)測定；COD含量采用重鉻酸鹽法(GB 11914—89)測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 5種工藝運行效果比較

2.1.1COD處理效果。從圖1～3可見，SBR工藝在冬季COD進水濃度偏低，其他時間進水濃度正常，COD出水達(dá)到一級B標(biāo)準(zhǔn)，COD去除率為60.00%～84.00%，平均去除率74.92%，處理效果較穩(wěn)定；MBR工藝COD進水濃度為60～170 mg/L，出水濃度低于60 mg/L，達(dá)到一級B標(biāo)準(zhǔn)，COD去除率最高可達(dá)84.00%，平均去除率為68.47%；脈沖多層復(fù)合濾料生物水處理技術(shù)COD進水濃度正常，出水濃度達(dá)一級B標(biāo)準(zhǔn)，全年去除率為64.00%～72.00%，非常穩(wěn)定；海沃特復(fù)合生物水處理技術(shù)COD進水濃度普遍偏低，全年有9個月進水濃度低于60 mg/L，處理穩(wěn)定性較差；DSP-SH(A2/O)工藝COD進水濃度正常，為90～290 mg/L，出水水質(zhì)大多高于60 mg/L，未達(dá)到一級B標(biāo)準(zhǔn)，平均去除率為52.91%，處理穩(wěn)定性較差。

圖1 5種工藝對COD進水濃度的影響

圖2 5種工藝對COD出水濃度的影響

圖3 5種工藝對COD的去除率

2.1.2TP處理效果。從圖4～6可見，SBR工藝TP的進水濃度過低，出水濃度達(dá)到一級B標(biāo)準(zhǔn)，TP去除率波動較大；MBR工藝對TP的去除效果很差，全年只有2個月出水水質(zhì)達(dá)一級B標(biāo)準(zhǔn)，去除率最低6.53%，穩(wěn)定性差；脈沖多層復(fù)合濾料生物濾池技術(shù)的TP進出水濃度均達(dá)標(biāo)且穩(wěn)定，TP的去除率為88.00%～92.00%，波動幅度小，平均去除率為88.80%，處理效果穩(wěn)定；海沃特生物濾池技術(shù)的TP進水濃度也偏低，出水濃度達(dá)一級B標(biāo)準(zhǔn)，去除率為23.00%～74.00%，平均去除率為43.69%；DSP-SH(A2/O)技術(shù)對TP的去除效果也較差，去除率最高為46.91%，只有部分出水達(dá)到一級B標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 5種工藝對TP進水濃度的影響

圖5 5種工藝對TP出水濃度的影響

圖6 5種工藝對TP的去除率

2.1.3TN處理效果。從圖7～9可見，脈沖多層復(fù)合濾料生物濾池技術(shù)的平均去除率為76.00%，去除效果穩(wěn)定；其次為MBR工藝，平均去除率為60.75%，波動較??；DPS-SH(A2/O)技術(shù)進水濃度正常，但去除率較低，處理效果不穩(wěn)定；SBR工藝在2015年4—7月的TN去除率較低，后期逐漸趨于平穩(wěn)，去除率達(dá)60.00%以上；海沃特復(fù)合生物水處理技術(shù)的TN去除率為24.00%～73.00%，進水濃度過低，受環(huán)境因素影響較大。

圖7 5種工藝對TN進水濃度的影響

圖8 5種工藝對TN出水濃度的影響

圖9 5種工藝對TN的去除率

2.1.4氨氮處理效果。從圖10～12可見，脈沖多層復(fù)合濾料生物濾池技術(shù)對氨氮的去除率高達(dá)99.99%，基本穩(wěn)定在90.00%～99.00%，氨氮進水濃度為20～30 mg/L，效果最好；MBR工藝對氨氮的平均去除率為67.20%，波動較?。籗BR工藝其次，由于前期進水濃度較低，去除率波動較大，后期趨于穩(wěn)定；海沃特復(fù)合生物水處理技術(shù)在溫度較低時對氨氮的去除率開始下降，并降低明顯；DSP-SH(A2/O)工藝對氨氮的平均去除率最低，僅為34.00%，無規(guī)律性波動較大。

圖10 5種工藝對氨氮進水濃度的影響

圖11 5種工藝對氨氮出水濃度的影響

圖12 5種工藝對氨氮的去除率

2.2 5種工藝投資與維護費用比較5種工藝建設(shè)費用與運行費用等參數(shù)比較見表2。建設(shè)費用不包括管網(wǎng)、化糞池等的費用。MBR雖然處理效果較好，但是運行費用較高，脈沖多層復(fù)合濾料生物濾池技術(shù)為微動力，運行費用較低。

目前，設(shè)施都采用自動控制系統(tǒng)，無需專人管理，但是不同工藝維護管理內(nèi)容不同。MBR工藝需定期添加化學(xué)藥劑以去除污染物，并定期清洗和更換膜組件，維護較復(fù)雜；SBR工藝則需定期清理污泥，以及更換消毒劑和風(fēng)機用隔膜套件；海沃特復(fù)合生物水處理技術(shù)、DSP-SH(A2/O)技術(shù)和脈沖多層復(fù)合濾料生物濾池只需進行日常維護即可，維護較簡單。

3 結(jié)論與討論

(1)脈沖多層復(fù)合濾料生物濾池技術(shù)利用缺氧池脫氮，對COD、TN、TP、氨氮4種污染物的去除效果最佳，且設(shè)施維護簡單，運行費用低，這與黃濤[6]和蔣怡[7]的復(fù)合生物濾池+人工濕地可降低COD和磷濃度的研究結(jié)果一致。海沃特復(fù)合生物水處理技術(shù)主要是利用微生物和膜的作用去除污染物，去除效果較好，但受環(huán)境因素影響較大；SBR工藝主要原理是利用硝化與反硝化作用；MBR工藝?yán)没瘜W(xué)法去除污染物，需要定期加入化學(xué)試劑，處理效果受人為因素影響較大，運行費用較高；DSP-SH(A2/O)技術(shù)主要是利用缺氧池的反硝化作用進行脫氮，利用好氧池的微生物降解COD、TP，處理效果不穩(wěn)定。

(2)筆者篩選的5種農(nóng)村生活污水處理工藝都可顯著降低污染物濃度，達(dá)到設(shè)施的出水水質(zhì)一級B標(biāo)準(zhǔn)。其中，脈沖多層復(fù)合濾料生物濾池處理效果最為穩(wěn)定，污染物去除效果最好。

表2 5種工藝投資費用比較

(3)農(nóng)村生活污水處理工藝的運行效果與設(shè)施的維護情況、當(dāng)?shù)氐挠盟?xí)慣等密切相關(guān)，因此農(nóng)村生活污水處理技術(shù)的選擇不僅要針對農(nóng)村生活污水的特點、考慮村鎮(zhèn)的經(jīng)濟條件及周邊環(huán)境，還要結(jié)合技術(shù)本身管理復(fù)雜程度，切實選擇適用于當(dāng)?shù)氐奶幚砉に嚒?/p>

[1] 太湖流域水環(huán)境綜合治理總體方案(2013年修編)[Z].2013.

[2] 江蘇省太湖流域水環(huán)境綜合治理實施方案(2013年修編)[Z].2013.

[3] 梁祝,倪晉仁.農(nóng)村生活污水處理技術(shù)與政策選擇[J].中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版),2007,7(3):18-22.

[4] 張悅,段華平,孫愛伶,等.江蘇省農(nóng)村生活污水處理技術(shù)模式及其氮磷處理效果研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2013,32(1):172-178.

[5] 龍珍, 張亞平, 管永祥, 等.江蘇省太湖流域農(nóng)村生活污水處理設(shè)施建設(shè)情況剖析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,43(11):220-224.

[6] 黃濤.脈沖雙層濾料生物濾池與人工濕地組合工藝處理農(nóng)村生活污水應(yīng)用技術(shù)研究[D].南京:東南大學(xué)，2010.

[7] 蔣怡.水解-脈沖生物濾池處理農(nóng)村生活污水的研究[D].南京：東南大學(xué)，2005.

Purifying Effect of Five Kinds of Rural Sewage Treatment Technologies

ZHANG Ya-ping1, XU Mao2, ZHAO Kun1,WEI Si3*et al (1. School of Energy and Environment, Southeast University, Nanjing, Jiangsu 210096; 2. Agricultural Environment Monitoring and Protection Station, Nanjing, Jiangsu 210036; 3.School of Environment,Nanjing University,Nanjing,Jiangsu 210023)

[Objective] To screen the optimal technology of rural domestic sewage treatment. [Method] Five common rural domestic sewage treatment techniques were adopted, which were MBR, SBR, HyWaT composite biological water, pulse multilayer composite filter material biological filter, and DSP-SH(A2/O). Continuous monitoring for one year was carried out in Taihu Lake watershed. The treatment effects of different technologies on COD, TP, TN and ammonia nitrogen in domestic sewage were analyzed and compared. [Result] Five common rural domestic sewage treatment techniques could all significantly reduced the COD, TP, TN and ammonia nitrogen concentrations in domestic sewage, which reached the B standard of level 1 of effluent quality. Among them, pulse multilayer composite filter material biological filter had the optimal removal efficiency to pollutant, which could obtain more than 64% COD removal rate and 90% ammonia nitrogen removal rate. Its operation was the most stable. [Conclusion] This research provides scientific basis and reference for the rural domestic sewage treatment.

Rural domestic sewage; Treatment technology; Opreation effect

國家科技重大專項(2012ZX07101-005)。

張亞平(1979- )，女，河南駐馬店人，副教授，博士，博士生導(dǎo)師，從事水污染控制、土壤修復(fù)、農(nóng)業(yè)面源污染治理研究。*通訊作者，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，從事水污染控制研究。

2016-08-15

S 181.3;X 52

A

0517-6611(2016)30-0050-04