洱海流域分散型村落污水处理工艺特征与适用性浅析

窦嘉顺，卫志宏，吕兴菊，奚满松，杨四坤

(大理州洱海湖泊研究中心，云南 大理 671000)



洱海流域分散型村落污水处理工艺特征与适用性浅析

窦嘉顺，卫志宏，吕兴菊，奚满松，杨四坤

(大理州洱海湖泊研究中心，云南 大理 671000)

经调查，洱海流域主要有JDL兼氧膜生物反应器(FMBR)、碧水源A/O+MBR膜技术、土壤净化槽等8种分散型村落污水处理工艺。对各种村落污水处理技术的工艺组成、技术原理、污染物去除效率、出水水质、投资运行成本、设施管理难易程度等技术经济指标进行了分析评价，总结出各种村落污水处理工艺的优缺点、适宜推广使用的区域及废水类型。

村落污水；污水处理；工艺特征；洱海流域

洱海位于大理白族自治州境内，地跨大理市和洱源县，是云南省第二大高原淡水湖泊。洱海流域属大理州经济较为发达地区，区域内村落人口密集、畜禽养殖发达畜禽养殖数量巨大，同时洱海流域地区是重要的旅游度假胜地，旅游业是当地支柱产业之一，旅游人口众多。由此导致流域村落废水排放量巨大、污染物浓度高。依据相关研究，洱海面源污染中65.08%TN、42.15%TP来自村落污水[1]，村落污水是洱海面源污染中最重要的污染源。

大理州委州政府历来重视村落污水治理，先后在洱海流域推广实施土壤净化槽、一体化净化槽、库塘湿地处理技术、接触氧化+土壤净化、复合塔式生态滤池、碧水源A/O+MBR膜技术、JDL兼氧膜生物反应器(MBR)、AO+硅藻精土等8种村落污水处理工艺设施一百余座，处理能力5000m3/d以上。对现有村落污水处理工程进行深入调查评价，摸清流域各种村落废水处理工艺的污染物去除效率、适宜处理废水类型、投资及运行成本等技术经济指标，建立适宜处理洱海流域村落污水的技术体系，为当地政府部门开展村落污水治理选择废水处理工艺提供技术依据，对于下一步开展洱海流域村落污水治理工作具有重要现实意义。

1 材料与分析方法

1.1 数据收集和调查方法

洱海流域村落污水处理规模、污水处理工程投资、占地面积、运行费用等基础资料由污水处理工程污水处理设施管理人员和相关建设单位提供。废水处理工艺组成和运行状态由现场调查得出。

1.2 水质采样与分析方法

村落污水处理工程出水水质，由现场采样监测得出；水质采样严格按照《HJ/T91-2002地表水和污水监测技术规范》进行，按照各类型村落排水规律，分时段采样，并将各时段废水排放量按比例混合。

室内水质分析方法：COD采用快速消解分光光度法(HJ/T399-2007，哈希测定仪)；TN采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(HJ636-2012)；TP采用钼酸铵分光光度法(GB11893-89)。

1.3 洱海流域村落污水特征简介

通过查阅相关文献资料和实地调查，洱海流域村落污水类型主要包括畜禽养殖废水、农村居民生活废水、旅游餐饮住宿废水3种类型。洱海流域畜禽养殖主要是农户散养，其中96.20%的奶牛、92.5%的猪为农户散养[1]，产生的畜禽养殖废水与居民生活废水一般在农户庭院内混合在一起排放，形成居民生活废水和畜禽养殖废水的混排水。因此流域各村落废水类型分为农村居民生活废水、居民生活废水和畜禽养殖废水混排水(以下简称混排水)、旅游废水。废水污染物浓度由高到底依次为混排水、旅游废水、农村居民生活废水。其中混排水受奶牛、猪畜禽养殖数量影响较大，村落内奶牛、猪养殖数量越大混排废水污染物浓度越高。

2 调查结果及分析

2.1 流域分散型村落污水处理工艺分析

2.1.1 土壤净化槽村落污水处理工艺

土壤净化槽村落污水处理工艺是土壤渗滤处理技术的一种，并结合洱海流域村落污水污染物浓度相对较高的特点，在其前端增加强化厌氧处理系统。工艺流程及组成见图1。强化厌氧池为三格式厌氧池，并在第二池内填充软性生物填料，第三池内填充球形悬浮填料，形成厌氧生物滤池系统。土壤净化槽内主要填充通气土壤、砂等填料，并在土壤净化槽表面种植黑麦草等植被。土壤净化槽利用塑料薄膜在地下围成一个生物滤池，采用通气性土壤作为好氧性填料，将经厌氧预处理的污水引入地表植被下，通过由干管及支管组成的布水系统，均匀地往下向通气性土壤渗滤，污水滞留到厌氧沙盘后，再通过“表面张力作用”上升，越过砂盘的堰之后，再通过“虹吸现象”连续地向下层土壤渗滤并流出生物滤池。在渗滤过程中，水与污染物分离，水被渗滤可达标排放或中水回用，污染物通过物化吸附作用被截留在土壤中，由土壤中的微生物降解，降解产物再由黑麦草等植物利用[2]。

对流域银桥镇西城尾村、挖色镇康廊村、大理镇下丰村等23座土壤净化槽村落污水处理工程进行调查与监测。结果表明工艺对CODCr、TN、TP污染物去除率可达60%、30%、40%以上，出水水质可达GB18918-2002中二级标准。由图1可知工艺污水处理设施简单，投资省；不含曝气设施，提升泵仅需将废水由地下集水池引至地面即可，工艺能耗低；运行管理简单，一般村民就可进行日常管理，运行费用低。同时存在土壤净化田易堵塞，仅适用于处理中、低浓度的农村居民生活废水；土壤净化槽水力负荷低，占地面积较大等缺点。建议用于处理离湖较远、对废水处理要求不高、经济条件较为落后、土地宽裕区域低浓度村落混排水、农村居民生活废水，或者用于其他工艺出水深度处理工艺。适宜处理污水水量为20～200 m3/d。

2.1.2 一体化净化槽村落污水处理工艺

一体化净化槽工艺是一种分散型生活污水净化装置，相当于小型污水处理厂，是将污水处理系统设备化、装置化。洱海流域推广使用的一体化净化槽，由大理山水环保科技有限公司设计建造。工艺流程及组成见图2。洱海流域推广使用的一体化净化槽工艺采用两级AO处理系统，并在生化反应池内填充软性生物填料，填料淹没于水中，通过风机曝气器供氧，填料上的微生物与流动的污水充分接触，通过微生物新陈代谢作用，降解和去除水体中的污染物，使污水得到净化[6]。该废水处理工艺处理设施一般为地埋，上方可种植花草形成绿化带，不影响周围环境景观。

对流域茈碧湖镇洱源一中、右所镇下山口、海东镇金锁岛等一体化净化槽村落污水处理工程进行调查与监测。结果表明该工艺对CODCr、TN、TP污染物去除率可达80%、70%、60%以上，出水水质可达GB18918-2002中一级B标。工艺具有占地面积小、耐冲击能力强、地埋环境景观影响小等优点；但存在处理设施设备多，工艺复杂；设施采用混泥土结构，基建工程量大；含有鼓风曝气、回流泵等耗能机械，能耗高；运行管理相对复杂，日常运行管理人员需有一定机械、电工相关知识技能，费用相对较高等缺点。该废水处理工艺建议在人口密集、经济条件一般的旅游餐饮服务区用于旅游废水、农村居民生活废水处理。适宜处理污水水量为50～500 m3/d。

2.1.3 接触氧化+土壤净化村落污水处理工艺

接触氧化+土壤净化村落污水处理工艺属中日合作小城镇分散型污水处理示范项目。在大理市湾桥镇向阳溪村建有接触氧化+土壤净化村落污水处理示范工程。工艺流程及组成见图3。接触氧化+土壤净化村落污水处理技术采用槽内循环的方式，首先在厌氧槽和土壤接触沉淀分离槽进行厌氧预处理；然后在接触曝气槽和生物过滤槽进行好氧生化处理；经生化处理的水经由流量调整槽后，在分为8层的块积式土壤处理槽进行深度处理；然后贮存于集水槽。从原水槽到集水槽平均水力停留时间达20 h，经过深度处理的水通过分水装置排放[4]。

对湾桥镇向阳溪村接触氧化+土壤净化村落污水处理工程的调查与监测结果显示，该工艺对CODCr、TN、TP污染物去除率达90%、75%、80%以上，出水水质可达GB18918-2002中一级A标。工艺具有污染物去除效率高、出水水质好、耐冲击能力强等优点。但同时存在处理设施、设备多工艺复杂，一次性投资高；处理设施大多采用混泥土结构，基建工程量较大，建设周期长；废水需曝气和两次泵提升能耗高；设备多运行管理复杂，对日常运行管理人员要求较高，必须由经培训的相关专业技术人员进行运行管理，运行费用相对较高等缺点。该工艺建议在经济条件较好，近海、环湖等对污水中氮、磷污染物去除要求较为严格区域内推广，对低浓度村落混排水、旅游废水、农村居民生活废水进行处理。适宜处理污水水量为100～500 m3/d。

2.1.4 复合塔式蚯蚓生态滤池村落污水处理工艺

塔式蚯蚓生态滤池由南京大学依托“十一五”863课题研发，在洱海流域推广使用时，依据洱海流域村落污水污染物浓度相对较高的特点，在其前端增加多级沼气发酵池，形成复合塔式生态滤池系统。工艺流程及组成见图4。塔式蚯蚓生态滤池根据蚯蚓具有吞食有机物、提高土壤渗透性能，利用系统内部各种动物、植物、微生物的协同作用实现对污染物的去除。塔式蚯蚓生态滤池由多个塔层组成，每个塔层内有30 cm左右的以土壤为主的滤料层，是蚯蚓活动区域也是主要的处理污水的区域，土壤层下是不同粒级、不同种类的填料。每个塔层下面布有均匀的出水孔，塔层与塔层之间有40 cm左右的空间，在污水滴落的过程中，可以充分地补充有机质分解时所需的氧[5]。

对喜洲镇上关村复合塔式蚯蚓生态滤池村落污水处理工程进行了调查与监测，结果表明该工艺对污染物CODCr、TN、TP污染物去除率达80%、60%、75%以上，出水水质可达GB18918-2002中一级B标。复合塔式蚯蚓生态滤池村落污水处理工艺具有设施设备数量少，工艺简单；不含曝气设施，提升泵仅需将废水由地下集水池引至地面即可，工艺能耗低；运行管理简便、运行费用低；占地面积小，蚯蚓滤池采用玻璃钢预制结构，工程基建量小，一次投资相对低；出水水质好等优点。但蚯蚓对生存环境要求高，耐冲击能力相对较弱；滤池易堵塞、进水SS浓度不宜过高。建议在流域经济条件一般，村庄内有低浓度村落混排水、农村居民生活废水的村落使用。适宜处理水量为20～100 m3/d。

2.1.5 高效库塘湿地类处理工艺

洱海流域推广的高效库塘湿地类工艺包括多级厌氧发酵池+厌氧塘+人工湿地处理技术、厌氧生物滤池+塘表湿地处理技术、微曝气潜流湿地等技术。一般工艺流程及组成见图5。该工艺为生物、生态结合技术，首先充分运用多级厌氧发酵池或厌氧生物滤池等高效厌氧系统分解发酵废水中的耗氧有机物及通过沉淀、吸附等功能去除废水中SS和部分含P污染物，然后再通过高效生态塘(表面曝气或大量种植漂浮植物)及多级人工湿地，有效去除废水中的氮、磷污染物，进一步去除废水中的耗氧有机物。该类型工艺可依据村落自身特点因地势而建，无动力消耗。氧化塘、人工湿地等可由废弃鱼塘、河道、废水收集塘等改建而成。同时可通过种植经济类水生植物(如水芹、空心菜、薄荷等)产生一定的经济效益。

对喜洲镇上关村南、茈碧湖镇大庄村等高效库塘湿地类村落污水处理工程的调查与监测结果表明，该工艺对CODCr、TN、TP污染物去除率可达60%、25%、35%以上，出水水质可达GB18918-2002中二级标准。高效库塘湿地类污水处理工程具有工艺简单、运行管理简便、一般无曝气耗能设施(微曝气潜流湿地除外)、能耗低、运行费用低、工程基建量小、一次投资低等优点。但工艺存在占地面积大，污染物去除效率低，人工湿地易堵塞、废水中SS浓度不宜太高，只能处理低浓度废水等缺点。建议在流域经济条件较差，村内有废弃鱼塘、池塘、河道的地区使用，对较低浓度村落混排水、农村居民生活废水等村落污水进行处理。适宜处理水量为20～100m3/d。

2.1.6 碧水源A/O+MBR膜技术村落污水处理工艺

A/O+MBR膜处理技术由北京碧水源净水科技有限公司研发。工艺流程及组成见图6。该技术将AO生物处理和膜处理技术完美结合，充分发挥两大工艺优点，利用膜组件代替传统AO工艺的二沉池，大大提高了系统固液分离的能力，水力停留时间(HRT)和污泥停留时间(SRT)可以分别控制，活性污泥浓度大大提高，设施容积负荷大大提高，较传统AO工艺占地面积大幅减小。A/O+MBR工艺在空间序列上实现缺氧/好氧的组合，硝化和反硝化在两个不同的反应器内完成，能充分发挥AO工艺脱氮除磷功能，弥补MBR工艺脱氮、除磷效果不佳的缺点[6]。

对挖色镇挖色码头、喜洲镇桃源码头A/O+MBR膜村落污水处理工程进行了调查与监测，结果表明该工艺对CODCr、TN、TP污染物去除率可达85%、80%、70%以上，出水水质可达GB18918-2002中一级A标。工艺污染物去除效率高、出水水质好、耐冲击能力强。但工艺机械设备多，工艺复杂；处理池体采用混泥土结构，基建工程量大，工程建设周期长，投资费用高；有鼓风曝气设施及两个水泵，能耗高；MBR膜需定期反冲洗剂化学清洗，运行管理复杂，运行费用高。该废水处理工艺建议在经济条件较好，近海、环湖等对氮、磷污染物去除要求较为严格区域内使用，可处理低浓度的村落混排水、旅游人口聚集区客栈餐饮废水、农村居民生活废水等中、低浓度村落废水。适宜处理水量为20～500 m3/d。

2.1.7 JDL兼氧膜生物反应器村落污水处理工艺

JDL兼氧膜生物反应器是金达莱环保公司为村落污水治理专门研发的一种新型膜生物反应器—FMBR。工艺流程及组成见图7。工艺通过优化曝气方式，控制曝气量使反应器膜组件区域溶解氧浓度为1～2 mg/L，其余区域溶解氧浓度<1 mg/L，整体系统形成兼氧环境，并形成以兼性菌为主的特性菌群及复合菌群动态平衡生态系统。在此系统中微生物同时实现短程硝化、厌氧氨氧化、磷气化并排除、有机污泥生物分解等生物学过程，从而有效去除废水中的CODCr、氮、磷等污染物，同时在该环境中有机污泥可自动分解，实现有机污泥的零排放。该工艺采用钢制椭球罐体结构，将膜组件与生物反应池集成一体，实现设备一体化，工程建设仅需建设安装钢制罐体的基础[7，8]。针对村落污水处理设施点多面广、后期运营管理难的问题，该工艺探索出“远程监控+4S流动站”管理模式，即通过安装远程监控设施，实时监控村落污水处理设施运行状况，发现问题及时由片区技术维护站工作人员进行处理维修，可实现无专人值守。

大理镇才村瓦村、上关镇大营、双廊镇大建旁等JDL兼氧膜生物反应器调查与监测结果显示，该工艺对CODCr、TN、TP污染物去除率达90%、80%、75%以上，出水水质可达GB18918-2002中一级A标。工艺具有适用废水类型广泛、污染物去除效率高、出水水质好、耐冲击能力强、占地面积小、设备装备化程度高、基建工程量小、建设周期短等优点；但存在投资成本高、运行费用高，后期管理专业化程度高等缺点。该废水处理工艺建议在经济条件较好，近海、环湖等对氮、磷污染物去除要求较为严格区域内使用，可处理中、低浓度的村落混排水，旅游餐饮服务设施聚集区旅游废水，居民生活废水，以及大型餐饮服务设施餐饮废水。适宜处理水量为20～500 m3/d。

2.1.8 AO+硅藻精土村落污水处理工艺

AO+硅藻精土处理废水处理工艺，由云南庆中科技有限公司经过十余年的实践研制发明，目前已广泛应用于城镇污水处理。AO+硅藻精土村落污水处理设备是云南庆中科技有限公司针对洱海流域村落污水治理，由原有AO+硅藻精土处理废水处理工艺改建而成的小型污水处理设备。工艺流程及组成见图8。A/O硅藻精土生物反应池由A/O反应池、混凝沉淀池组成，污水在A/O反应池中历经硝化和反硝化两个过程去碳、除氮，之后出水与硅藻精土充分混凝后进入沉淀池，利用活性硅藻精土的优良吸附混凝性能，将水中的污染物凝聚为稳定的大颗粒物并沉淀，从而达到除P、SS的目的[9]。

对茈碧湖镇官营村、凤羽镇振兴村AO+硅藻精土村落污水处理工程的调查与监测结果显示，该工艺对CODCr、TN、TP污染物去除率达80%、75%、80%以上，出水水质可达GB18918- 2002中一级A标。该处理工艺污染物去除效率高，出水水质好，耐冲击能力强，占地面积小。但同时存在工艺设施设备多，工艺复杂；采用混泥土结构，基建工程量大、投资费用高；含硅藻精土投加装置、鼓风曝气设施，运行管理复杂；含曝气和提升泵，工艺能耗高；需消耗一定量硅藻精土，运行费用高等缺点。该废水处理工艺建议在经济条件较好，近海、环湖、临河等对氮、磷污染物去除要求较为严格区域内使用，可处理中、低浓度村落混排水，旅游人口聚集区客栈餐饮废水，农村居民生活废水等中低浓度村落废水。适宜处理水量为20～500 m3/d。

2.2 工艺经济技术指标对比分析

洱海流域主要分散式村落污水处理工艺处理效果、运行特征情况和工程技术经济指标见表1、表2。

表1 洱海流域分散式村落污水处理工艺对比

注:出水水质标准采用《GB18918-2002城镇污水处理厂污染物排放标准》。

表2 洱海流域分散式村落污水处理工艺工程经济性估算对比

注：表中工程投资不含管网建设及设施土地征地费用，运行费用不含设备折旧费用。

由表1、表2可看出JDL兼氧膜生物反应器、碧水源A/O+MBR膜技术、AO+硅藻精土等3种村落污水处理工艺污染物去除效率高，出水水质好，占地面积较小；但投资及运行费用相对较高，运行管理较为复杂。因此建议用于近湖、近河等环境敏感，对废水处理要求高，经济条件较好地区的农村村落混排水、农村居民生活废水、旅游聚集区旅游废水处理。

土壤净化槽、高效库塘湿地等2种村落污水处理工艺投资及运行成本较低，管理较为方便，但废水污染物去除效率相对较低，占地面积较大，因此主要适用于离湖较远，对废水处理要求不高，经济条件较为落后，土地宽裕，特别是有闲置鱼塘、水沟、水库等区域的村落混排水、居民生活废水处理。

复合塔式蚯蚓生态滤池、一体化净化槽等2种村落污水处理工艺投资及运行成本、污染物去除效率一般，但占地面积较土壤净化槽、高效库塘湿地小，主要适用于对废水处理要求一般，经济条件较好，土地紧张区域的农村居民生活废水、旅游聚集区旅游废水处理。

3 结语

洱海流域村落废水处理工艺多样，建立了适宜处理中、低浓度村落混排水、农村居民生活废水、旅游聚集区餐饮客栈废水等不同废水类型、不同处理深度的废水处理体系。各种废水处理工艺各有优缺点，建议当地政府在下一步村落污水治理过程中，依据村落污水废水类型、所在区域环境敏感性、地区经济条件和自然地理状况选择合理、经济适用的村落废水处理工艺。

同时在调查过程中发现近年来流域大力发展奶牛、猪的规模养殖，流域奶牛、猪规模化养殖场、养殖小区数量不断增加，由此产生大量的养殖场废水。该废水污染物浓度较高，处理难度较大，目前流域已推广的各类村落污水处理工艺无法有效处理，应引起有关部门高度重视，积极引进研发相关处理设备并组织示范推广。

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[5]张后虎,祝栋林.农村生活污水处理技术及太湖流域示范工程案例分析[M].北京:环境科学出版社,2011：205-208.

[6]邵嘉慧,何义亮,顾国维.膜生物反应器—在污水处理中的研究和应用[M].北京:化学工业出版社,2012：62-66.

[7]廖志民.高效低耗4SMBR污水处理新技术的研发与应用[J].中国给水排水,2010(10)：35-38.

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[9]王庆中，吴晓翔，杨敏,等.污水处理技术新突破—硅藻精土处理污水的新技术[J].污染防治技术，2002, 15(4)：1-2.

Brief Talk on Engineering Characters and Feasibilities of Distributed Village Sewage Treatment in the Erhai Lake Basin

DOU Jia-shun, WEI Zhi-hong, LV Xing-ju, XI Man-song, YANG Si-kun

(Dali Erhai Lake Research Center, Dali Yunnan 671000 ,China)

Treatment methods of distributed village sewage in the Erhai Lake basin were investigated. Eight sewage treatment methods such as JDL+FMBR, A/O+MBR, and soil purification tank etal.were used in this region. Moreover, the composition, theory, removal efficiency, effluent quality, investment, running cost and management difficulties of each method were analyzed and evaluated. The advantages and disadvantages of each treatment method were characterized. Thus the basic principles about the places suitable for the certain type of sewages at a specific area in the basin could be easily identified.

village sewage; sewage treatment; technical characteristics; Erhai Lake

2016-06-15

X703

A

1673-9655(2017)05-0013-07