農村一體化生活汙水處理設備評析與研究

　　農村生活汙水汙染問題現已成為一個不可忽視的問題，迫切需要解決。一體化汙水處理設備具有投資低、能耗少、處理效率高、佔地面積小、管理方便等一系列優勢，適合在農村地區推廣。針對農村生活汙水的水質水量特徵，介紹了一體化汙水處理設備在農村地區推廣的優越性，並分析對比了國內一體化汙水處理設備常採用的主體工藝，為農村地區採用一體化生活汙水處理設備提供了技術經濟參考。

　　隨著我國經濟的迅速發展和城市化步伐的加快推進，我國農村居民的生活水平大大改善。農村供水事業不斷發展，由於淋浴、洗衣機、衝廁等衛生設施的普及，農村生活排水不斷增加。根據2010年人口普查最新數據顯示，我國現有近7億農村人口，汙水排放量巨大。2005年10月，建設部組織對9省43縣74村莊調查顯示，96%的村莊沒有排水溝渠和汙水處理系統，生產生活汙水未經處理沿道路邊溝或路面排放至就近水體，對農村生態環境造成了嚴重危害，已經成為新的區域性水環境的重要汙染源。鑑於我國汙水處理事業存在著較大的資金缺口，水處理行業對水設備投資的資金壓力，與大型傳統的汙水處理系統相比，具有投資低、能耗少、處理效率高、佔地面積小、管理方便等一系列優勢的一體化汙水處理設備更加符合我國的國情與發展形勢。在這樣的契機與形勢下，一體化汙水處理設備在廣大的農村地區已經並將繼續得到廣泛的推廣與應用。

　　1農村生活汙水特徵

　　1.1水質特徵

　　農村生活汙水水質與農村的地理環境、經濟發展水平、生活習慣等多種因素有關。根據已有的調查數據分析，大部分農村生活汙水的性質相差不大，汙水的水質也比較穩定，相對於城市汙水，有機物、氮、磷等營養物含量較高，一般不含有毒物質，汙水中還含有合成洗滌劑以及細菌、病毒、寄生蟲卵等，不同時段的水質也不同。

　　1.2水量特徵

　　農村的生活汙水水量一般都比較小，排放比較分散，變化幅度大，一天之中，上午、中午、下午都有個尖峰時段，夜間基本不外排水。尖峰時段的出現與季節、當地農村的生活習慣等因素有關。

　　2一體化汙水處理設備的發展優勢

　　一體化汙水處理設備的資金投入低、空間利用少、處理效率高、管理方便等諸多優點，使其與大型傳統的汙水處理系統相比，在農村地區具有更加廣闊的發展前景和不可替代的優勢。

　　2.1充分利用社會閒散資金，減少資金投入

　　建設大型傳統的汙水處理系統往往需要較多的資金。當前，我國汙水處理事業存在著較大的資金缺口，但又存在著大量小額社會閒散資金難以利用的情況。一體化汙水處理設備資金投入小，可以有效地利用這些社會閒散資金，使農村汙水處理事業更加順利地開展進行。

　　2.2有效節約建築空間，降低土地利用成本

　　建築大型的汙水處理廠通常需要耗費大量的建築面積，佔用大量的土地，破壞生態環境。隨著經濟的不斷發展和城市化的加快進程，尤其在東部發達地區，土地利用成本越來越高。一體化汙水處理設備則不需要利用太多的土地，且可以採用地埋處理，節約了空間，進一步地減少了投資代價，同時也不會對生活區或景區造成景觀破壞。

　　2.3緩解市政管道建設壓力，降低汙水管網規模

　　對於農村地區以及一些邊遠地區，管網覆蓋率通常較低，建設大型的汙水處理廠，通常需要配套建設大規模的市政管道，這樣既耗費大量資金，又不便於管理。採用一體化汙水處理設備，可以緩解市政管道的建設壓力。另外，對於分流制排水系統，經一體化汙水處理設備處理過的汙水可以直接排入雨水管道或就近排入水體，既不汙染環境，也不增加汙水管道的壓力。

　　2.4節約水資源，有效實現中水回用

　　隨著農村地區對水資源需求的日益增大，水資源的匱乏將是未來限制農村地區發展的重大問題。經一體化汙水處理設備處理過的汙水可以達到國家規定的中水回用標準，可以重新利用，節約水資源，較大型傳統的汙水處理系統體現出更大的優勢。

　　2.5高度集成水處理技術，推動水處理行業的革新

　　一體化汙水處理設備實現了汙水處理的集成化，使原本單一的技術集成到一個設備中。一體化設備技術自80年代初引入到我國以來，隨著國家對汙水處理要求的逐漸提高，一體化的集成化程度將不斷提高，這將大大地推動水處理行業技術的不斷發展與革新。

　　3一體化汙水處理設備常用主體工藝

　　一體化汙水處理設備採用的主體工藝以A/O(厭氧-好氧活性汙泥法)工藝為主。隨著汙水處理要求的不斷提高與多元化需求，MBR(膜生物反應器)工藝、SBR(序批式活性汙泥法)工藝也作為主體工藝運用到一體化汙水處理設備中。由於採用其他工藝作為主體工藝的一體化汙水處理設備效率較低或應用不廣等原因，故筆者不予以分析比較。

　　3.1A/O主體工藝

　　3.1.1工藝原理

　　厭氧-好氧活性汙泥法(Anoxic/Oxic，簡稱A/O)是由厭氧和好氧兩部分反應組成的汙水生物處理工藝。汙水進入厭氧池後，與回流汙泥混合。活性汙泥中的聚磷菌在這一過程中大量吸收汙水中的BOD，並將汙泥中的磷以正磷酸鹽的形式釋放到混合液中。混合液進入好氧池後，有機物被氧化分解，同時聚磷菌大量吸收混合液中的正磷酸鹽到汙泥中。由於聚磷菌在好氧條件下吸收的磷多於厭氧條件下釋放的磷，因此，汙水經過「厭氧-好氧」的交替作用和二沉池的汙泥分離作用，最終達到除磷的目的。

　　3.1.2工藝特點

　　採用A/O工藝作為主體工藝的一體化汙水處理設備具備降低有機汙染物和除磷脫氮的功能，也不存在汙泥膨脹問題，運行管理較簡便。由於填料的比表面積大，池內的充氧條件良好，生物接觸氧化池內單位容積的生物固體量高，再加上汙泥回流，反應池內活性汙泥濃度較高，因此兼有活性汙泥法的特點，具有較高的容積負荷。由於生物固體量多，當有機容積負荷較高時，其F/M比可以保持在一定水平，因此，汙泥產量可相當於或低於活性汙泥法。該工藝操作簡單，運轉費用低，處理效果好，運行穩定，是目前較為成熟的生活汙水處理工藝，能有效地確保汙水達標排放。

　　3.1.3工藝流程說明

　　由圖1可知，生活汙水經格柵進入調節池後，由汙水泵抽送至A級生物處理池(兼氧池)，兼氧池內掛有彈性填料，通過吸附在填料上的兼氧細菌的吸附水解作用，使汙水中對生物細菌有抑制作用和難以生物降解的有機物水解，大分子的有機物水解為小分子的有機物，並對固體有機物進行降解，減少了汙泥量，降低汙水中懸浮固體的含量，並利用汙水中的有機物作為碳源，使從後級好氧段回流的硝化液中的硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮在兼氧脫氮菌的作用下形成氣態氮從汙水中逸出，達到脫氮的目的，從而降解汙水中有機汙染物，提高汙水的生化可降解性，並去除汙水中的氨氮和懸浮物。兼氧池出水進入O級好氧接觸氧化池，好氧池內好氧微生物在水體中有充足溶解氧的情況下，利用汙水中的可溶性汙染物進行新陳代謝，從而達到去除汙水中可溶解性汙染物的目的。好氧池出水自流入二沉池，汙水中大部分懸浮物能在此得以有效去除。二沉池出水自流入中間水池貯存，再由中間水泵提升到砂過濾器去除水中膠體、顆粒、懸浮雜質，確保出水達到排放標準後，消毒排放。經格柵處攔截的柵渣定期清理外運，二沉池中的汙泥部分回流至A級生物處理池，另一部分汙泥至汙泥池使汙泥進行好氧穩定消化，減少汙泥體積和臭氣排放，消化池上清液溢流回到調節池進行循環處理。剩餘汙泥定期抽送出設備罐體外運處置。

　　3.2MBR主體工藝

　　3.2.1工藝原理。

　　膜生物反應器(MembraneBioreactor，簡稱MBR)技術是活性汙泥生物處理技術與膜分離技術相結合的一種新工藝。它不同於活性汙泥法，不使用沉澱池進行固液分離，而是使用中空纖維膜替代沉澱池，因此具有高效固液分離性能。同時利用膜的特性，使活性汙泥不隨出水流失，在生化池中形成8000～12000mg/L超高濃度的活性汙泥濃度，使汙染物分解徹底，因此，出水水質良好、穩定，出水細菌、懸浮物和濁度接近於零。

　　3.2.2工藝特點。

　　MBR處理工藝對水質的適應性好，耐衝擊負荷性能好，出水水質優良、穩定，不會產生汙泥膨脹;池中採用新型彈性立體填料，比表面積大，微生物易掛膜，脫膜，在同樣有機物負荷條件下，對有機物去除率高，能提高空氣中的氧在水中溶解度;工藝簡單，不必單獨設立沉澱、過濾等固液分離池，佔地面積少，水力停留時間大大縮短;汙泥排放量少，只有傳統工藝的30%，汙泥處理費用低，但一次性投資較高。

　　3.2.3工藝流程說明。

　　由圖2可知，汙水經格柵進人調節池後，經提升泵進入生物反應器，通過PLC控制器開啟鼓風機充氧，生物反應器出水經循環泵進入膜分離處理單元，濃水返回調節池。反衝洗泵利用清洗池中處理水對膜處理設備進行反衝洗，反衝汙水返回調節池。通過生物反應池內的水位控制提升泵的啟閉。膜單元的過濾操作與反衝洗操作可自動或手動控制。當膜單元需要化學清洗操作時，關閉進水閥和汙水循環閥，打開藥洗閥和藥劑循環閥，啟動藥液循環泵，進行化學清洗操作。MBR工藝是高效膜分離技術與活性汙泥法有機結合的新型汙水處理技術，它利用膜的高效截留作用，將生化反應池中的活性汙泥和大分子有機物截留住，省掉了初沉池和二沉池，進行固液分離，有效地達到了泥水分離的目的。活性汙泥濃度因此大大提高，水力停留時間和汙泥停留時間可以分別控制，而難降解的大分子有機物，延長其在反應器的停留時間，使之得到最大限度的分解，大大強化了生物反應器的功能。

　　3.3SBR主體工藝

　　3.3.1工藝原理

　　序批式活性汙泥法(SequencingBatchReactor，簡稱SBR法)是一種間歇式活性汙泥法。SBR工藝在運行操作上的最大優點是將曝氣、反應、沉澱、排水等單元操作工序按時間順序在同一個反應池中反覆進行。其運行次序一般分為進水期、反應期、沉澱期、排水期和閒置期5個階段，5個階段所需的時間稱為一個周期[6]。一個周期內，各個階段的運行時間、反應池混合液的濃度以及運行狀況等都可以根據進水水質與運行功能靈活操作。只要有效地控制與變換各階段的操作，SBR法就能在一定的範圍內適應水質、水量的變化;而且，在進水與反應階段，缺氧(或厭氧)與好氧狀態交替出現，有效地抑制了專性好氧菌的過量增長繁殖，同時，較短的汙泥齡又使絲狀菌無法大量繁殖，由此克服了常規活性汙泥易使汙泥膨脹的弊端。

　　3.3.2工藝特點

　　採用SBR法作為主體工藝的一體化汙水處理設備具有工藝流程簡單，構築物少的特點。該工藝不需設置汙泥回流設施，不設二沉池，曝氣池容積也小於傳統連續式活性汙泥法，易產生汙泥膨脹的現象。通過調節運行，不僅去除COD，而且可以有效地脫氮除磷。該工藝對水質水量變化適應性強，出水水質較穩定，適合間歇排放的汙水，可由PLC自動控制系統靈活控制運行工序。但SBR法屬於間歇式活性汙泥法，排水時間短，且排水時要求不攪動沉澱汙泥層，因而需要專門的排水設備(潷水器)，且對潷水器的要求較高。上述原因導致採用該工藝作為主體工藝的一體化設備處理效率不高。運行費用低。

　　3.3.3工藝流程說明

　　由圖3可知，汙水經過格柵去除掉較大的漂浮物，然後流入到調節池進行均質、均量。出水經提升泵提升後，進入主反應SBR設備池，由經曝氣、反應、沉澱、排水一系列操作工序後，下部汙泥進入汙泥儲存池，上清液經潷水器潷水後進入中間水池，經過消毒工藝處理後，作為回用中水或達標水體排放。進入汙泥儲存池的汙泥經壓濾後抽排外運，上清液回流至調節池。

　　3.4常用主體工藝技術經濟對比

　　現以一體化生活汙水處理設備處理量為120m3/d，對3種常用主體工藝進行技術經濟比較(表1)。由表1可知，A/O主體工藝總投資費用和運行費用較低，在出水水質不作較高要求時，應優先考慮採用該主體工藝一體化處理設備;MBR主體工藝出水水質可穩定符合GB18918-2002一級A排放標準，但工藝設備相對複雜，總體投資與運行費用較高，建議土地利用成本較高的東部地區，發展較好的農村地區使用;SBR主體工藝對進水水質有很高的抗衝擊能力，該工藝流程簡單，設備少，由於該工藝屬於間歇式活性汙泥法，對於進水水質、水量不穩定的地區，可以考慮使用此工藝。

4結論

(1)一體化生活汙水處理設備具有投資低、能耗少、處理效率高、佔地面積小、管理方便等一系列優勢，可以有效地緩解管網建設壓力，適合農村地區分散式汙水處理，在我國農村地區具有廣闊的發展前景。

(2)在一體化生活汙水處理設備的常用主體工藝中，A/O主體工藝技術成熟，發展穩定，在工程投資和運行成本上體現出較大的優勢;MBR主體工藝在出水水質及出水穩定性上更優，但投資和運營成本較高，管理方面相對複雜，隨著膜組件生產工藝的不斷發展革新，MBR主體工藝顯示出巨大的發展潛力;SBR主體工藝流程簡單，設備少，但由於屬於間歇性活性汙泥法，處理效率不高，且對潷水器的要求較高，常僅在水質水量變化較大的地區使用。對於具體的農村一體化生活汙水處理設備主體工藝選擇，應結合當地水質、水量的特點，綜合上述技術經濟因素予以考慮。

編輯：趙凡