典型农村生活污水处理工艺选择

彭 兰

（江西省生态环境科学研究与规划院，江西 南昌 330039）

1 农村生活污水特点

农村生活污水主要包括厨房污水、洗衣污水和洗澡污水等。农村生活污水水质相对比较稳定，一般含有油类、脂类、蛋白质、淀粉等有机物和氨氮、磷等无机物，不含有毒有害物质，污水排放后经过发酵会含有寄生虫、细菌等。总体而言，农村生活污水有以下特征。一是农村生活污水水量具有不均匀间歇排放的特点，瞬时变化较大，农户用水高峰期主要有早中晚3个时段。早上主要是洗漱、厨房和洗衣用水等，用水量在一天中最大；中午主要是厨房用水，用水量最小；晚上主要是洗浴用水和厨房用水，用水量在一天中处于中位。二是农村生活污水属低浓度污水类型，其中固体悬浮物（SS）质量浓度为100～500 mg/L，化学需氧量（COD值）为50～300 mg/L，氨氮（NH-N）质量浓度为5～38 mg/L，总磷（TP）质量浓度为0.5～12.0 mg/L。三是NH-N和TP质量浓度变化相对较大，NH-N较大值出现在中午和晚上时段，说明NH-N主要是由厨房污水引起的；TP较大值出现在早上时段，说明TP主要是由洗衣废水引起的。四是污水中COD和SS存在一定的正相关性，SS的去除也将引起COD的降低。一般污水量较小时，SS含量相对较高。

2 农村生活污水处理工艺比选

农村生活污水一般分三级处理。一级处理工艺可分为户内设施和终端设施两部分，户内设施一般指三格式化粪池，终端设施一般包括格栅井、沉沙池等处理设备和设施。二级处理工艺主要包含活性污泥法、生物膜法两大类及其相应的组合或改良工艺。此外，厌氧生物法在二级处理工艺中也得到了广泛的应用。三级处理工艺主要包括人工湿地、稳定塘、土地渗滤等常见的生态处理工艺。下面针对各级处理工艺进行简单说明并比选。

2.1 一级处理工艺

一是化粪池。化粪池是污水处理当中的第1个环节，主要是收集污水并对污水进行厌氧消化，实现固液分离。而后，上清液进入下一个处理单元，下层沉积物留在化粪池内继续厌氧消化。二是格栅井。为保证污水提升泵不被大块的污染物堵塞，并使其长期稳定高效运行，需在泵前设置格栅。三是沉沙池。沉沙池主要是用来去除污水中的沙粒，依据重力沉降原理将污水中的沙粒沉淀下来，防止沙粒进入管道和阀门，磨损或阻塞管道阀门。

2.2 二级处理工艺

二级处理工艺原理主要包括活性污泥法、生物膜法两大类及其相应的组合或改良工艺。其中，活性污泥法有AO、AAO、SBR等处理工艺，生物膜法有MBR、FMBR、生物接触氧化等技术，水解酸化是活性污泥法和生物膜法相组合的工艺。

2.2.1 AO工艺。AO是Anoxic-Oxic的缩写，AO工艺法也叫厌氧好氧工艺法。A（Anaerobic）是厌氧段，用于脱氮除磷；O（Oxic）是好氧段，用于除去水中的小分子有机物。AO工艺将缺氧和好氧两段工艺串联在一起使用（见图1、图2）。

图1 厌氧-好氧工艺流程图（以除磷为主）

图2 缺氧-好氧工艺流程图（以脱氮为主，含内回流）

其中，缺氧段主要是将污水中的脂类、油类、蛋白质、淀粉等大分子有机物分解为小分子有机物，将不溶的有机物转化为可溶的有机物，为好氧段有机物的充分分解做准备。好氧段主要是将小分子物质彻底分解为二氧化碳等无机物。此工艺中的缺氧段可提高污水的可生化性及好氧段氧的利用效率。根据污水中的淀粉、脂类、油类、蛋白质、淀粉等大分子有机物浓度的不同，可选择使用厌氧好氧工艺或缺氧好氧工艺，前者适用于含高浓度大分子的有机废水，后者适用于一般浓度的有机废水。

2.2.2 AAO工艺。AAO工艺是厌氧—缺氧—好氧（Anaerobic-Anoxic-Oxic）的简称，是一种常用的污水处理工艺（见图3），具有良好的脱氮除磷效果。各段处理工艺发挥着不同的效果，各段功能简述如下。

图3 厌氧-缺氧-好氧工艺流程图（含内回流和污泥回流）

一是厌氧段。污水从初沉池出来后首先进入厌氧池中，污水中的淀粉、脂类、蛋白质等大分子有机物在兼性厌氧发酵菌的作用下硝化分解为小分子发酵产物，污水在厌氧区停留足够长的时间后进入缺氧段。二是缺氧段。在缺氧段中，反硝化细菌将厌氧段没有分解完的含碳有机物转化为碳源，并利用回流污泥中带来的硝酸盐进行反硝化，将碳源还原成N进行释放，达到去碳除氮目的。三是好氧段。污水中的各有机物经历了厌氧段和缺氧段处理后来到好氧段时，有机污染物浓度已经较低。在好氧环境下硝化菌繁殖生长，硝化菌将水中的氨转化为硝酸盐，进一步去除水中的氨氮。好氧段混合液中含有的高浓度硝酸盐回流至缺氧池中参与反硝化。四是二沉池。二沉池的作用主要是浓缩污泥，二沉池中的污泥一部分回流至厌氧池中保持系统中活性污泥的浓度，另外一部分排出。

2.2.3 SBR工艺。SBR工艺是序批式活性污泥法的简称，其是一种间歇式曝气活性污泥污水处理工艺，各工作过程可在一个装置内进行。其具体工作过程概括为进水—曝气—沉淀—排水，按此过程循环进行，实现间歇式污水处理，每个工序根据需求进行时间控制。此工艺尤其适用于建设空间不足、间歇排放和流量变化较大的场合，在我国应用广泛。其主要变形工艺包括循环式活性污泥法（Cyclic Activated Sludge System，CASS；Cyclic Activated Sludge Technology，CAST）、连续和间歇曝气工艺（Demand Aeration Tank-Intermittent Aeration Tank，DATIAT）和交替式内循环活性污泥法（Alternated Internal Cyclic System，AICS）。

2.2.4 MBR技术。MBR膜生物反应器处理技术（Membrane Bioreactors，MBR）是MBR膜分离技术与活性污泥污水处理技术的一种新型组合。MBR膜分离技术主要是实现了固液分离，将大分子有机物直接分离出来，相当于活性污泥中二沉池的作用，极大地提高了活性污泥工序中污染物的降解速率，同时减少了污泥的产生量。该技术具有出水质量高、运行效果稳定、占地小、污泥量少且高效、节能和环保等特征。

2.2.5 FMBR技术。FMBR兼氧膜生物反应器技术（Facultative Membrane Bioreactor，FMBR技术），是江西金达莱环保股份有限公司在MBR技术基础之上，结合兼性菌的污染物去除技术研发的一种新型膜生物反应技术。FMBR技术在兼氧环境下各反应同步进行，不仅具有高效脱氮功能，还实现了污水中碳、氮、磷等污染物和污泥的同步处理。

2.2.6 生物接触氧化技术。生物接触氧化技术是一种生物膜法，是介于活性污泥法和生物滤池之间的一种污水处理工艺。其工艺原理是在池内装填料，然后底部曝气，使池内的污水和填料上的生物膜充分接触，在有氧的条件下，由微生物分解消化为有机物分子，从而达到净化污水的作用。

2.2.7 水解酸化技术。水解、酸化是厌氧消化中的2个步骤。水解是指废水中的有机物在进入微生物细胞之前，通过微生物细胞释放的自由酶或固定酶发生生化反应。酸化是一种发酵过程，其代谢产物是有机酸。水解酸化配合不同的后处理环节的目的不一样。水解酸化后面接好氧处理工艺，水解酸化的目的就是将污水中的淀粉、脂类、蛋白质等大分子有机物分解为小分子有机物，提高污水的可生化性，达到净化污水的效果。

2.3 三级处理工艺

三级处理工艺主要包括人工湿地、稳定塘、土地渗滤等常见的生态处理工艺。

2.3.1 人工湿地工艺。人工湿地系统是利用工程措施建立起来的具有自然湿地性质和污水处理功能的仿自然处理系统，由水生植物、微生物、微型动物及处于水饱和状态的填料层组成，通过微生物的物理、化学及生物反应达到污水处理的效果。其净化原理主要包括过滤、吸附、植物吸收及微生物分解、转化等。人工湿地根据进水方式的不同分为表面流、潜流和立式流人工湿地，根据处理规模和用地条件的不同，人工湿地可选择使用独立式、并联、串联或综合式。

2.3.2 稳定塘工艺。稳定塘工艺是以天然塘或人造塘为基础，利用塘中的微生物、水生植物和水生动物的综合作用，在太阳辐射提供初始能量和空气提供氧的前提下，将塘中的有机污染物进行降解消化的过程。稳定塘中的微生物、水生植物、动物将能量进行梯级传递转化，不仅去除了污水中的有机物达到净化水质的目的，还实现了能量转化、资源回收。

2.3.3 土地渗滤工艺。土地渗滤工艺是运用生态学原理加工程学方法而形成的生态学污水处理技术，即在人工控制条件下将污水浇灌在土地上，土壤中微生物经过物理、化学和生物作用将污水中的有机物进行吸附、降解和净化，达到处理污水的目的。污水中的氮、磷等营养物质和水分得以再利用，水质得到不同程度的改善，实现废水资源化与无害化。土地渗滤工艺可分为慢速渗滤处理法、快速渗滤处理法、地表漫流处理法、湿地生态处理法及地下渗滤处理法等。

2.4 工艺比选

根据以上不同工艺的介绍，并结合各工艺的建设运行成本、主要污染物去除能力、运行维护要求、主要优缺点、可靠性和适用程度等方面进行比较，比较结果如表1所示。

表1 农村生活污水常用治理工艺比选表

3 选择建议及总结

3.1 二级处理工艺选择建议

总体来看，生物接触氧化、AO（缺氧好氧）、水解酸化3种二级处理工艺处理效果较好，运行维护简单，可实现可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）自动化控制，可靠性较高，吨水投资及运维成本较为合理。各农村应根据区域特点，对于环境较敏感需执行一级排放标准的村庄优选生物接触氧化、AO或水解酸化处理工艺；对于环境敏感程度一般执行二级排放标准的村庄，推荐水解酸化；对于人口较多的大型、环境较敏感村庄，建议选择MBR或FMBR处理工艺。

3.2 三级处理工艺选择建议

对于村庄内有可利用的现状水塘，经相关部门和人员同意、推荐利用的，可选稳定塘作为三级处理工艺。对于无可利用的现状水塘且用地无特殊需求的村庄，可选择人工湿地或土地渗滤处理工艺。

总体而言，农村污水治理是农村生态环境污染防治的重要内容，是一个系统性的工程，应该从各个方面统筹考虑。农村污水处理技术在选择上应遵循低投资、低耗能、高除污、简单操作和稳定运行等原则。