农村生活污水一体化处理设备工艺分析

作者：姜进峰，张燕，李翠梅

来源：《湖北农业科学》 2012年第23期

姜进峰，张 燕，李翠梅

（苏州科技学院市政工程系，江苏 苏州 ２１５０１１）

摘要：农村生活污水污染问题现已成为一个不可忽视的问题，迫切需要解决。一体化污水处理设备具有投资低、能耗少、占地面积小、处理效率高、管理方便等优势，适合在农村地区推广。针对农村生活污水的水质水量特征，对比分析了国内一体化污水处理设备常采用的主体工艺，为农村地区采用一体化生活污水处理设备提供了参考。

关键词：一体化处理设备；农村生活污水；主体工艺对比

中图分类号：Ｘ７０３．３

文献标识码：Ａ

文章编号：0439－８114（２０12）23－5482-04

Technological Analysis of Integrated Treating Equipment for Domestic Sewage in

Rural Areas

ＪＩＡＮＧ Ｊｉｎ－ｆｅｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｙａｎ，ＬＩ Ｃｕｉ－ｍｅｉ

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｓｕｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｓｕｚｈｏｕ ２１５０１１， Ｊｉａｎｇｓｕ， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｓｅｗａｇｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｐｒｏｂｌｅｍ ｉｎ ｒｕｒａｌ ａｒｅａｓ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ａ ｎｏｔｉｃｅａｂｌｅ ｐｒｏｂｌｅｍ， ａｎｄ ｉｔ ｎｅｅｄｅｄ ｔｏ ｂｅ ｓｏｌｖｅｄ ｕｒｇｅｎｔｌｙ． Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｆｏｒ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｓｅｗａｇｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｈａｄ ａ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ， ｓｕｃｈ ａｓ ｌｏｗ ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ， ｌｏｗ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ， ｓｍａｌｌ ａｒｅａ covered， ｅａｓｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｓｏ ｏｎ． Ｉｔ ｗａｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｐｒｏｍｏｔｉｏｎ ｉｎ ｒｕｒａｌ ａｒｅａｓ． Ｔａｒｇｅｔｅｄ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｓｅｗａｇｅ ｉｎ ｒｕｒａｌ ａｒｅａｓ， ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ was ｃｏｍｐａｒｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｉｔ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｕｓｉｎｇ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｆｏｒ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｓｅｗａｇｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｉｎ ｒｕｒａｌ ａｒｅａｓ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｔｒｅａｔｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ； ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｓｅｗａｇｅ ｉｎ ｒｕｒａｌ ａｒｅａｓ； ｍａｉｎ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ

随着中国经济的迅速发展和城市化的步伐加快，农村居民的生活水平大大改善。农村供水事业不断发展，由于淋浴、洗衣机、冲厕等卫生设施的普及，农村生活排水不断增加。根据２０１０年人口普查数据显示，中国现有近７亿农村人口，污水排放量巨大。２００５年１０月，建设部组织对９省４３县７４村庄调查显示，９６％的村庄没有排水沟渠和污水处理系统［１］，生产生活污水未经处理沿道路边沟或路面排放至就近水体，对农村生态环境造成了严重危害，已经成为新的区域性水环境的重要污染源。

鉴于我国污水处理事业存在着较大的资金缺口，水处理行业对水设备投资的资金压力，与大型传统的污水处理系统相比，具有投资低、能耗少、处理效率高、占地面积小、管理方便等一系列优势的一体化污水处理设备更加符合我国的国情与发展形势［２］。在这样的契机与形势下，一体化污水处理设备在广大的农村地区已经并将继续得到广泛的推广与应用。

１ 农村生活污水特点

农村生活污水水质与农村的地理环境、经济发展水平、生活习惯等多种因素有关。根据已有的调查数据分析，大部分农村生活污水的性质相差不大，污水的水质也比较稳定，相对于城市污水，有机物、氮、磷等营养物含量较高［３］，一般不含有毒物质，污水中还含有合成洗涤剂以及细菌、病毒、寄生虫卵等，不同时段的水质也不同。

农村的生活污水水量一般都比较小，排放比较分散，变化幅度大，一天之中在上午、中午、下午都有一个高峰时段［４］，夜间基本不外排水。高峰时段的出现与季节、当地农村的生活习惯等因素有关。

２ 一体化污水处理设备常用主体工艺探讨与比较

一体化污水处理设备的资金投入低、空间利用少、处理效率高、管理方便等诸多优点，使其与大型传统的污水处理系统相比，在农村地区具有更加广阔的发展前景和不可替代的优势：充分利用社会闲散资金，减少资金投入；缓解市政管道建设压力，降低污水管网规模；有效节约建筑空间，降低土地利用成本；节约水资源，有效实现中水回用；高度集成水处理技术，推动水处理行业的革新。

一体化污水处理设备采用的主体工艺以Ａ／Ｏ（厌氧－好氧活性污泥法）工艺为主［５］。随着污水处理要求的不断提高与多元化需求，ＭＢＲ（膜生物反应器）工艺、ＳＢＲ（序批式活性污泥法）工艺也作为主体工艺运用到一体化污水处理设备中。由于采用ＤＡＴ－ＩＡＴ［６，７］等其他工艺作为主体工艺的一体化污水处理设备效率较低或应用不广等原因，故不予以分析比较。

２．１ Ａ／Ｏ主体工艺

２．１．１ 工艺原理 厌氧－好氧活性污泥法（Ａｎｏｘｉｃ／Ｏｘｉｃ，简称Ａ／Ｏ）是由厌氧和好氧两部分反应组成的污水生物处理工艺。污水进入厌氧池后与回流污泥混合。活性污泥中的聚磷菌在这一过程中有效降低污水中的ＢＯＤ，并将污泥中的磷以正磷酸盐的形式释放到混合液中。混合液进入好氧池后，有机物被氧化分解，同时聚磷菌大量吸收混合液中的正磷酸盐到污泥中。由于聚磷菌在好氧条件下吸收的磷多于厌氧条件下释放的磷，因此污水经过“厌氧－好氧”的交替作用和二沉池的污泥分离作用，最终达到除磷的目的。

２．１．２ 工艺特点 采用Ａ／Ｏ工艺作为主体工艺的一体化污水处理设备具备降低有机污染物和除磷脱氮的功能，也不存在污泥膨胀问题，运行管理较简便。由于填料的比表面积大，池内的充氧条件良好，生物接触氧化池内单位容积的生物固体量高，再加上污泥回流，反应池内活性污泥浓度较高，因此兼有活性污泥法的特点，具有较高的容积负荷。由于生物固体量多，当有机容积负荷较高时，其Ｆ／Ｍ比可以保持在一定水平，因此污泥产量可相当于或低于活性污泥法。该工艺操作简单，运转费用低，处理效果好，运行稳定。是目前较为成熟的生活污水处理工艺，能有效地确保污水达标排放。

２．１．３ 工艺流程说明 Ａ／Ｏ工艺流程见图１。生活污水经格栅井进入调节池后，由污水泵抽送至Ａ级生物处理池（兼氧池），兼氧池内挂有弹性填料，通过吸附在填料上的兼氧细菌的吸附水解作用，使污水中对生物细菌有抑制作用和难以生物降解的有机物水解，并将大分子的有机物水解为小分子的有机物并对固体有机物进行降解，减少了污泥量，降低污水中悬浮固体的含量，并利用污水中的有机物作为碳源，使从后级好氧段回流的硝化液中的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮在兼氧脱氮菌的作用下形成气态氮从污水中逸出，达到脱氮的目的，从而降解污水中有机污染物，提高污水的生化可降解性，并去除污水中的氨氮和悬浮物。兼氧池出水进入Ｏ级好氧接触氧化池，好氧池内好氧微生物在水体中有充足溶解氧的情况下，利用污水中的可溶性污染物进行新陈代谢，从而达到去除污水中可溶解性污染物的目的。好氧池出水自流入二沉池，污水中大部分悬浮物能在此得以有效去除。二沉池出水自流入中间水池储存，中间水泵再提升到沙过滤器去除水中胶体、颗粒、悬浮杂质，确保出水达到排放标准后，消毒排放。

经格栅处拦截的栅渣定期清理外运，二沉池中的污泥部分回流至Ａ级生物处理池，另一部分污泥至污泥池使污泥进行好氧稳定消化，减少污泥体积和臭气排放，消化池上清液溢流回到调节池进行循环处理。剩余污泥定期抽送出设备罐体外运处置。

２．２ ＭＢＲ主体工艺

２．２．１ 工艺原理 膜生物反应器（Ｍｅｍｂｒａｎｅ ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ，简称ＭＢＲ）技术是活性污泥生物处理技术与膜分离技术相结合的一种新工艺。它不同于活性污泥法，不使用沉淀池进行固液分离，而是使用中空纤维膜替代沉淀池，因此具有高效固液分离性能。同时利用膜的特性，使活性污泥不随出水流失，在生化池中形成８ ０００～１２ ０００ ｍｇ／Ｌ超高浓度的活性污泥浓度，使污染物分解彻底，因此出水水质良好、稳定，出水细菌、悬浮物和浊度接近于零［８］。

２．２．２ 工艺特点 ＭＢＲ处理工艺对水质的适应性好，耐冲击负荷性能好，出水水质优良、稳定，不会产生污泥膨胀；池中采用新型弹性立体填料，比表面积大，微生物易挂膜、脱膜，在同样有机物负荷条件下，对有机物去除率高，能提高空气中的氧在水中的溶解度；工艺简单；不必单独设立沉淀、过滤等固液分离池，占地面积少。水力停留时间大大缩短；污泥排放量少，只有传统工艺的３０％，污泥处理费用低。但一次性投资较高。

２．２．３ 工艺流程说明 ＭＢＲ工艺流程见图２。污水经格栅井进入调节池后经提升泵进入生物反应池，通过ＰＬＣ控制器开启鼓风机充氧，生物反应池出水经循环泵进入膜分离处理单元，污水返回调节池。反冲洗泵利用清洗池中处理水对膜处理设备进行反冲洗，反冲污水返回调节池。通过生物反应池内的水位控制提升泵的启闭。膜单元的过滤操作与反冲洗操作可自动或手动控制。当膜单元需要化学清洗操作时，关闭进水阀和污水循环阀，打开药洗阀和药剂循环阀，启动药液循环泵，进行化学清洗操作。ＭＢＲ工艺是高效膜分离技术与活性污泥法有机结合的新型污水处理技术，它利用膜的高效截留作用，将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物截留住，省掉了初沉池和二沉池，进行固液分离，有效达到了泥水分离的目的。活性污泥浓度因此大大提高，水力停留时间和污泥停留时间可以分别控制，而难降解的大分子有

机物延长其在反应池中的停留时间，使之得到最大限度的分解，大大强化了生物反应器的功能。

２．３ ＳＢＲ主体工艺

２．３．１ 工艺原理 序批式活性污泥法（Ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ ｂａｔｃｈ ｒｅａｃｔｏｒ，简称ＳＢＲ法）是一种间歇式活性污泥法。ＳＢＲ工艺在运行操作上的最大优点是将曝气、反应、沉淀、排水等单元操作工序按时间顺序在同一个反应池中反复进行。其运行次序一般分为进水期、反应期、沉淀期、排水期和闲置期５个阶段，５个阶段所需的时间称为一个周期［９］。一个周期内各个阶段的运行时间、反应池混合液的浓度以及运行状况等都可以根据进水水质与运行功能灵活操作。只要有效地控制与变换各阶段的操作，ＳＢＲ法就能在一定的范围内适应水质、水量的变化；而且，在进水与反应阶段，缺氧（或厌氧）与好氧状态交替出现，有效地抑制了专性好氧菌的过量增长繁殖。同时，较短的污泥龄又使丝状菌无法大量繁殖，由此克服了常规活性污泥易使污泥膨胀的弊端。

２．３．２ 工艺特点 采用ＳＢＲ法作为主体工艺的一体化污水处理设备具有工艺流程简单，构筑物少的特点。该工艺不需设置污泥回流设施，不设二沉池，曝气池容积也小于传统连续式活性污泥法、运行费用低。ＳＶＩ值较低，污泥易沉降，不易产生污泥膨胀的现象。通过调节运行，不仅去除ＣＯＤ，而且可以有效地脱氮除磷。该工艺对水质水量变化适应性强，出水水质较稳定，适合间歇排放的污水，可由ＰＬＣ自动控制系统灵活控制运行工序［１０］。但ＳＢＲ法属于间歇式活性污泥法，排水时间短，并且排水时要求不搅动沉淀污泥层，因而需要专门的排水设备（滗水器），且对滗水器的要求较高。上述原因导致采用该工艺作为主体工艺的一体化设备处理效率不高。

２．３．３ 工艺流程说明 ＳＢＲ工艺流程见图３。污水经过格栅井去除掉较大的漂浮物，然后流入到调节池进行均质、均量。出水经提升泵提升后进入主反应ＳＢＲ设备池，经曝气、反应、沉淀、排水一系列操作工序后，下部污泥进入污泥储存池，上清液经滗水器滗水后进入中间水池，经过消毒工艺处理后作为回用中水或达标排放至水体。进入污泥储存池的污泥经压滤后抽排外运，上清液回流至调节池。

２．４ 常用主体工艺技术经济对比

现以一体化生活污水处理设备处理量为１５０ ｍ３／ｄ，对采用的常用主体工艺进行技术经济比较，详见表１。根据表１对比分析可以得出，Ａ／Ｏ主体工艺总投资费用和运行费用较低，在出水水质不作较高要求时，应优先考虑采用该主体工艺一体化处理设备；ＭＢＲ主体工艺出水水质可稳定符合ＧＢ１８９１８－２００２一级Ａ排放标准，但工艺设备相对复杂，总体投资与运行费用较高，建议土地利用成本较高的东部地区和发展较好的农村地区使用；ＳＢＲ主体工艺对进水水质有很高的抗冲击能力，该工艺流程简单，设备少，由于该工艺属于间歇式活性污泥法，对于进水水质、水量不稳定的地区，可以考虑使用此工艺作为一体化污水处理设备的主体工艺。

３ 小结与讨论

一体化生活污水处理设备具有投资低、能耗少、处理效率高、占地面积小、管理方便等一系列优势，可以有效地缓解管网建设压力，适合农村地区分散式污水处理，在我国农村地区具有广阔的发展前景。

在一体化生活污水处理设备采用的常用主体工艺中，Ａ／Ｏ主体工艺技术成熟，发展稳定，在工程投资和运行成本上体现出较大的优势；ＭＢＲ主体工艺在出水水质及出水稳定性上更优，但投资和运营成本较高，管理方面相对复杂。随着膜组件生产工艺的不断发展革新，ＭＢＲ主体工艺显示出巨大的发展潜力；ＳＢＲ主体工艺流程简单，设备少，但由于属于间歇性活性污泥法，处理效率不高，且对滗水器的要求较高，常仅在水质水量变化较大的地区使用。对于具体的农村一体化生活污水处理设备主体工艺选择，应结合当地水质、水量的特点，综合上述技术经济因素予以考虑。

参考文献：

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［２］ 赵 艳，赵英武，李风亭．一体化污水处理设备的应用与发展［Ｊ］．环境保护科学，２００４，３０（５）：１６－１９．

［３］ 白晓龙，顾卫兵，沃 飞，等．农村生活污水处理技术与展望［Ｊ］．农业环境与发展，２００８，２５（６）：５９－６２．

［４］ 杨利伟，黄廷林，周岳溪，等． 农村分散式污水处理的适宜技术［Ｊ］．安徽农业科学，２０１１，３９（１５）：９１９９－９２０１．

［５］ 蔡苏宁，董继先，谈树美． 新型一体化污水处理设备的研究［Ｊ］．陕西科技大学学报，２０１１，２９（２）：５１－５５．

［６］ 许吉现，张 胜，李思敏，等．ＤＡＴ－ＩＡＴ工艺污水处理一体化设备的应用［Ｊ］．中国给水排水，２００１，１７（９）：５２－５３．

［７］ 兰 蔚，万金保，王水金． ＤＡＴ－ＩＡＴ工艺一体化污水处理设备工艺的研究［Ｊ］．贵州环保科技，２００３，９（４）：３９－４１，４３．

［８］ 彭锋林，史雅文．一体化地埋式生活污水处理设备的维护管理［Ｊ］．企业技术开发，２００９（１２）：１０２－１０３．

［９］ 沈耀良，王宝贞．废水生物处理新技术——理论与应用［Ｍ］．第二版．北京：中国环境科学出版社，２００６．

［１０］ 梁武元．机电一体化ＳＢＲ设备在污水处理工程中的应用［Ｊ］．科技与生活，２０１０（８）：１３０，１３５．

（责任编辑 王晓芳）