吳昊 楊非 王海芹

摘要：通過對太湖流域農(nóng)村生活污水處理技術(shù)的調(diào)查研究，選取4種典型處理技術(shù)（A/O工藝、戶用凈化槽工藝、厭氧產(chǎn)沼氣-缺氧反硝化脫臭-跌水充氧接觸氧化法-人工濕地技術(shù)、微動力高效復合滲濾床+氮磷消化濕地處理技術(shù)）為研究對象進行分析比較。結(jié)果表明，厭氧產(chǎn)沼氣-缺氧反硝化脫臭-跌水充氧接觸氧化法-人工濕地技術(shù)，雖然初期建設成本略高，但處理效果穩(wěn)定，化學需氧量（COD）、總氮（TN）、總磷（TP）及氨態(tài)氮含量的去除率均達到80%以上，是一種很好的農(nóng)村生活污水處理工藝。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村生活污水;處理工藝;運行效果;太湖流域

中圖分類號： X703.1 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）13-0309-05

太湖流域地處長江三角洲南部，是我國區(qū)域經(jīng)濟最為發(fā)達的地區(qū)之一，面積3.69萬km2，行政區(qū)劃分屬江蘇、浙江、上海和安徽三省一市，其中江蘇省占53%。隨著城鎮(zhèn)化進程的加快及農(nóng)民收入水平的提高，農(nóng)村生活污水（廚房污水、生活洗滌與沐浴污水、廁所污水等）產(chǎn)生量大大增加[1]。李新艷等的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在太湖流域丘陵區(qū)農(nóng)村污水直排比例高達38%～47%，且化糞池的污染物去除效率有限[2]。根據(jù)《太湖流域“十二五”科技需求與目標任務的建議》（太湖流域?qū)嵤┓桨妇幹平M）中對太湖流域典型污染源的調(diào)查顯示，農(nóng)村生活污水的化學需氧量（COD）、氨態(tài)氮（NH3-N）、總氮（TN）、總磷（TP）貢獻率分別占流域總量的21%、25%、18%、19%[3-4]。因此，提高農(nóng)村生活污水處理設施建設覆蓋率、保障太湖流域水環(huán)境質(zhì)量具有十分重要的意義。

農(nóng)村生活污水治理引起了社會的普遍關(guān)注，江蘇省自2008年起陸續(xù)開展農(nóng)村環(huán)境連片整治行動、美麗宜居鄉(xiāng)村建設以及“兩減六治三提升”專項行動等，農(nóng)村生活污水治理情況得到了一定的改善[5]。但在筆者調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)，部分農(nóng)村生活污水處理設施由于工藝選擇隨意，未能因地制宜，后期管理不到位等原因，其運行效果未達到設計要求，處理后的生活污水達不到一級B的要求，甚至荒廢，影響居民的正常生活[6]。本研究針對太湖流域農(nóng)村生活污水處理設施存在較大差異的特點，在實地調(diào)研的基礎(chǔ)上，選取4種運用較為廣泛的處理工藝（A/O工藝、戶用凈化槽技術(shù)、厭氧產(chǎn)沼氣-缺氧反硝化脫臭-跌水充氧接觸氧化法-人工濕地技術(shù)、微動力高效復合滲濾床+氮磷消化濕地處理技術(shù)）[7]作為研究對象，進行為期半年的穩(wěn)定運行跟蹤監(jiān)測，比較研究4種農(nóng)村生活污水處理工藝對污染物的去除效果，綜合考慮各工藝的運行效果、投資費用以及日常管理與維護等方面，旨在為農(nóng)村生活污水處理工藝的選擇及優(yōu)化提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查與采樣方法

從2015年2月至2016年6月，筆者所在課題組陸續(xù)走訪了江蘇省內(nèi)太湖流域的代表性區(qū)域，包括無錫（宜興市、江陰市、錫山區(qū)、惠山區(qū)、濱湖區(qū)）、蘇州（昆山市、常熟市、太倉市、張家港市、吳中區(qū)、吳江區(qū)、相城區(qū)、高新區(qū)）、常州（武進區(qū)、金壇市、溧陽市）、鎮(zhèn)江（丹徒區(qū)、丹陽市、句容市）、南京（江寧區(qū)、高淳區(qū)、溧水區(qū)）等地。通過管理部門訪談、資料收集以及現(xiàn)場實地調(diào)研等方式，對江蘇省太湖流域農(nóng)村生活污水的處理情況有了充分的了解。調(diào)查結(jié)果顯示，截至2016年6月，江蘇省太湖流域地區(qū)共建成農(nóng)村生活污水處理設施近 6 000套，涉及的工藝多達100余種，應用占比超過1%的有20種，其中選擇4種實際運用比較廣泛的處理工藝進行取樣分析。

本研究于2016年7—11月期間對運用4種處理工藝的農(nóng)村生活污水處理設施的進出水水質(zhì)跟蹤監(jiān)測，為避免地表徑流影響，取樣期間避開中雨及以上降雨期。取樣過程中進出水處于不斷流動的動態(tài)過程中，樣品混合后用1 L的白色塑料封口瓶密封保存，12 h內(nèi)進行檢測分析。樣品每月取樣1次。1.2 工藝流程

（1）A/O工藝，即生活污水-AO預處理+人工生態(tài)綠地（圖1），特點是建設與治理同步，處理效果好，運行維護簡單，生態(tài)綠地采用專門的防堵技術(shù)，生態(tài)效益顯著。

（2）戶用凈化槽工藝，工藝流程主要是污水進入凈化槽后，由沉淀分離槽進行預處理，去除比重較大的顆粒及懸浮物， 提高污水的可生化性，預過濾槽內(nèi)裝有填料，在填料上的厭氧生物膜的作用下去除可溶性有機物，曝氣槽是集曝氣、高濾速、截留懸浮物和定期反沖洗為一體的裝置，沉淀槽溢水堰設置了消毒裝置，對出水進行消毒處理（圖2）。

（3）厭氧產(chǎn)沼氣-缺氧反硝化脫臭-跌水充氧接觸氧 化-人工濕地工藝是讓污水首先進入?yún)捬醭?，進行厭氧發(fā)酵，以降低后續(xù)接觸氧化反應的有機負荷，同時進行硝化液回流脫氮處理，經(jīng)過厭氧處理的污水經(jīng)泵提升進入接觸氧化池，接觸氧化池共分5格，充分利用污水提升后的部分水頭，采用跌水充氧技術(shù)提供好氧反應的需氧量，以降低運行成本，實現(xiàn)低能耗污水處理。在接觸氧化池內(nèi)，對有機污染物進行好氧降解和充分硝化，接觸氧化池出水部分回流到前端厭氧池進行脫氮，部分進入后續(xù)潛流式人工濕地或生態(tài)凈化塘，進一步去除氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)（圖3）。

（4）微動力高效復合滲濾床+氮磷消化濕地處理工藝則主要利用滲濾床和氮磷消化池的混合作用，進一步提高處理效果，且無二次污染，不排放污泥。系統(tǒng)設置于地下，且可人為調(diào)節(jié)溫度，不受氣候條件影響（圖4）。不需要專用土地（地表可規(guī)劃為綠地、旱地、停車場或運動場地）。

1.3 水質(zhì)指標及測定方法

水質(zhì)監(jiān)測指標為COD、TN、TP、氨態(tài)氮含量。COD采用重鉻酸鹽法（GB/T 11914—1989《水質(zhì) 化學需氧量的測定 重鉻酸鹽法》）;TN含量采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（HJ 636—2012《水質(zhì) 總氮的測定》）;TP含量采用鉬酸銨分光光度法測定GB/T 11893—1989《水質(zhì) 總磷的測定 鉬酸銨分光光度法》）;氨態(tài)氮采用納氏試劑分光光度法測定（HJ 535—2009《水質(zhì) 氨氮的測定》）。

2 結(jié)果與分析

2.1 4種處理工藝對各污染物的去除效果比較分析

2.1.1 A/O工藝對各污染物的去除效果比較分析 A/O工藝出水水質(zhì)基本滿足GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A標準。如圖5所示，COD進水濃度過低，在8月僅為7.1 mg/L，可能是由于監(jiān)測時間恰逢多雨季節(jié)，雨污未分流導致;在9月之后，COD進水濃度達到正常[8]，工藝對其去除率有了明顯的提高，說明設施在正常運行后對COD的去除能達到較好的水平。設施對TN和氨態(tài)氮的去除有明顯的波動，最高可到90%，最低僅為18%，這個與A/O工藝中的厭氧段和好氧段是否正常運行有很大的關(guān)系。TP在8月達到了92.05%的去除率，與夏季人工濕地植物茂盛生長相關(guān)，植物對氮磷的需求較大，同時濕地系統(tǒng)的微生物群落活動最為活躍。

2.1.2 戶用凈化槽工藝對各污染物的去除效果比較分析 戶用凈化槽工藝出水水質(zhì)基本滿足GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級B標準。如圖6所示，戶用凈化槽技術(shù)進出水水質(zhì)基本正常，COD、氮處理效果較好，比較穩(wěn)定;對COD的去除率為40%～80%，對TN的去除率為40%～70%，對氨態(tài)氮的去除率為20%～60%。該方法雖然有一定的去磷效果，但去除率不高，最高去除率僅為35%，且隨著使用時間的延長，須要及時更換填料，否則會影響處理效果。

2.1.3 厭氧產(chǎn)沼氣-缺氧反硝化脫臭-跌水充氧接觸氧化-人工濕地工藝對各污染物的去除效果比較分析 厭氧產(chǎn)沼氣-缺氧反硝化脫臭-跌水充氧接觸氧化-人工濕地工藝的出水水質(zhì)基本滿足GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級B標準。如圖7所示，其進水水質(zhì)正常，出水水質(zhì)COD達到一級B標準，8月各項指標去除率很高，其原因是夏季氣溫高，跌水充氧接觸氧化段掛膜豐富，對有機污染物去除效果好;人工濕地植物茂盛生長相關(guān)，植物對氮磷的需求較大，同時濕地系統(tǒng)的微生物群落活動最為活躍，對氮磷去除貢獻很大。水質(zhì)處理效果很好，比較穩(wěn)定，4項指標最高去除率均達到80%以上。

2.1.4 微動力高效復合滲濾床+氮磷消化濕地處理工藝對各污染物的去除效果比較分析 微動力高效復合滲濾床+氮磷消化濕地處理技術(shù)的出水水質(zhì)基本滿足GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級B標準。如圖8所示，7、8月各污染物進水濃度較低，工藝仍能對其有較好的處理效果，其中COD去除率達38.64%。在10月，該工藝對TN、氨態(tài)氮、TP的去除率達到最高。在11月，該工藝對TN的去除效果很差，可能與氣溫低導致濕地植物生長緩慢，甚至死亡有關(guān)。

2.2 4種處理工藝建設運行比較分析

如表2所示，4種農(nóng)村生活污水處理工藝的操作管理都比較簡單，只須定期清理、檢修即可。其中，戶用凈化槽工藝的建設成本最高，達到其他3種工藝建設成本的4倍不止。厭氧產(chǎn)沼氣-缺氧反硝化脫臭-跌水充氧接觸氧化法-人工濕地技術(shù)的建設成本次之，1 t水投資達6 000元左右，遠高于A/O工藝和微動力高效復合滲濾床+氮磷消化濕地處理技術(shù)。A/O工藝建設成本較低，但運行費用較高，1 t水費用遠高于其他3種水處理技術(shù)。

3 討論

3.1 4種處理工藝運行效果比較分析

A/O工藝的監(jiān)測時間屬于多雨季節(jié)，COD進水含量過低，總磷含量變化太大，水處理效果極不穩(wěn)定，這對A/O工藝在實際應用中具有借鑒作用，在夏季必須做好工藝的運行維護。戶用凈化槽技術(shù)將處理工藝集成到小型凈化槽中，無需配套另外設備即可達到排放標準，操作簡便、維護簡單，但建設成本較高，去磷效果較差。厭氧產(chǎn)沼氣-缺氧反硝化脫臭- 跌水充氧接觸氧化法-人工濕地技術(shù)處理效果持續(xù)、穩(wěn)定，是一種很好的農(nóng)村生活污水處理工藝，但建設成本偏高。微動力高效復合滲濾床+氮磷消化濕地處理技術(shù)脫氮效果很好，處理率60%以上，但COD、TP進水含量因為受季節(jié)影響較大，去除效果不太穩(wěn)定。

外界氣溫是影響農(nóng)村生活污水處理工藝污染物去除率的關(guān)鍵因素之一， 氣溫對工藝的各組成部分（微生物、人工濕地微動力高效復合滲濾床+氮磷消化濕地 建設投資較小，運行費用很低 無復雜設備，系統(tǒng)維護簡單，只須負責濕地植物的生長 較不穩(wěn)定

植物等）具有很大的影響作用。4種工藝在低溫期的COD、TN、TP去除率均要低于高溫期，但影響程度不一致，其中厭氧產(chǎn)沼氣-缺氧反硝化脫臭-跌水充氧接觸氧化-人工濕地工藝受外界氣溫影響最大，A/O工藝相對較小。從4種工藝的建設安裝分析，A/O工藝、戶用凈化槽工藝和微動力高效復合滲濾床+氮磷消化濕地工藝的厭氧和好氧系統(tǒng)部分一般埋在地下，利用地熱受外界溫度影響相對較小，冬季低溫條件下受外界溫度影響相對較大，從而導致生物膜的微生物轉(zhuǎn)化作用得到限制。除戶用凈化槽工藝之外的其他3種工藝均設有人工濕地處理單元，夏季濕地植物與微生物生長迅速，對氮磷的去除作用極大，但到了冬季植物和微生物基本不發(fā)揮作用。在實際應用中，必須十分清楚地考慮溫度的影響[9]。

3.2 4種處理工藝建設與維護比較分析

A/O工藝運行費用較大，達2.17元/t;戶用凈化槽工藝建設成本大，適合分散型農(nóng)村生活污水處理;厭氧產(chǎn)沼氣-缺氧反硝化脫臭-跌水充氧接觸氧化-人工濕地工藝，設施較多，但運行成本低，效果穩(wěn)定。微動力高效復合滲濾 床+ 氮磷消化濕地工藝基建投資低，無需專門的人員維護，且運營費用極低。

農(nóng)村生活污水的治理對區(qū)域污染防止所起的作用是非常巨大的[10-11]，有效改善附近地表水的水質(zhì)，大大減少了疫病暴發(fā)或流行病的潛在危險，有效改善了農(nóng)村的人居環(huán)境和農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，縮小了城鄉(xiāng)差距，促進了區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展，促使社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟效益進一步協(xié)調(diào)。

4 結(jié)論

經(jīng)調(diào)研，江蘇省太湖流域農(nóng)村生活污水處理技術(shù)種類多達幾百個，即使按照工藝原理分類也多達數(shù)十種，很多地方更是因為工藝選擇和設計沒有因地制宜，給后期的統(tǒng)一維護帶來較大的技術(shù)難度，更甚者只建設不運行。太湖流域農(nóng)村生活污水日變化系數(shù)大，在早、中、晚各有1個高峰時段，但夜間排水量小，甚至出現(xiàn)斷流現(xiàn)象[12]，同時，作為旅游業(yè)發(fā)達地區(qū)，江蘇省太湖流域農(nóng)村生活污水新增來源（農(nóng)家樂污水），油脂含量多，水質(zhì)、水量波動大，尤其在節(jié)假日或冬季，污染物濃度明顯較高，這對農(nóng)村生活污水處理技術(shù)選擇和管理要求較高。因此，農(nóng)村生活污水治理應在設計之初就根據(jù)當?shù)氐幕咎卣鳎虻?、因時、因人制宜，選用不同的處理技術(shù)以適應當?shù)貤l件和滿足農(nóng)民需求，以保證其長期有效穩(wěn)定的運行。

厭氧產(chǎn)沼氣-缺氧反硝化脫臭-跌水充氧接觸氧化法-人工濕地技術(shù)，雖然初期建設成本略高，但處理效果穩(wěn)定，COD、TN、TP及氨態(tài)氮的去除率均達到80%以上，是一種很好的農(nóng)村生活污水處理工藝。

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