株洲云龍示范區(qū)農(nóng)村生活污水處理工藝比選及應用

吳解村 王 輝

(1.湖南清藍科技有限責任公司 湖南 株洲 412000；2.株洲市城市排水有限公司 湖南 株洲 412000)

本文選擇在株洲云龍示范區(qū)開展的農(nóng)村生活污水治理項目，從經(jīng)濟實用角度考慮，對農(nóng)村生活污水處理工藝進行比選確定處理工藝，并對其應用效果進行論述。

一、農(nóng)村生活污水性質(zhì)

農(nóng)村生活污水與城市生活污水性質(zhì)相似，主要特征污染物包括大量有機物、SS、磷、氮、寄生蟲和病菌等，可生化性較好，但多呈間歇排放且規(guī)模較小，污水排放變化系數(shù)大，而且農(nóng)村居民居住分散，生活污水大都未進行有效收集，主要通過直排農(nóng)渠進入地表水環(huán)境或是下滲進入地下水環(huán)境，對地表水和地下水造成直接污染。

二、處理工藝比選

由于農(nóng)村生活污水排放規(guī)模小，排放間斷不連續(xù)的特點，根據(jù)處理水質(zhì)水量等實際情況，目前廣泛應用的處理技術為四池凈化、穩(wěn)定塘、人工濕地、好氧生物膜法和厭氧生物處理等，其工藝特征和優(yōu)缺點如下。

(一)人工濕地

人工濕地污水處理系統(tǒng)主要是利用自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學和植物、微生物等多作用下來處理生活污水。該處理系統(tǒng)是由填料床以及上種植的植物和馴化的微生物構成。經(jīng)過一段時間的馴化培養(yǎng)，形成由濕地植物群落和水中生存的多種動物、微生物群形成一個獨特的生態(tài)環(huán)境，生活污水經(jīng)過沉淀、過濾、吸附、植物吸收和微生物降解等作用，廢水中COD、BOD、SS、原生動物、金屬離子和其他污染物得到高效凈化處理。一般而言，人工濕地系統(tǒng)處理構筑物比較簡單，無需復雜的機械設備，可處理不同規(guī)模的生活污水，造價低廉，且易于維護和管理，主要適用于溫度適宜、土地資源寬松的地區(qū)。但是，在土地資源緊張的開發(fā)區(qū)域受到限制，同時處理效果因溫度、降雨量的變化而受影響，有一定的局限性[1]。

(二)穩(wěn)定塘

生物穩(wěn)定塘，又稱氧化塘，其去污原理類似于自然水域中污染物分解和自凈機理。通過一定時間的馴化和培養(yǎng)，生物穩(wěn)定塘中形成一種半自然、半人工的生態(tài)系統(tǒng)，廢水在生物穩(wěn)定塘的停留過程中，污染物通過沉淀、稀釋、好氧和厭氧等多種作用過程被分解去除或穩(wěn)定化。微生物好氧所需的溶解氧來源于藻類等植物的光合作用或是機械曝氣。該處理系統(tǒng)具有造價低、運行費用低、管理簡單等優(yōu)點。但處理廢水有機負荷較低，所需占地面積較大，不適宜土地資源緊張的開發(fā)區(qū)，處理效果受當?shù)貧庀髼l件影響，出水COD較高等。

(三)好氧生物膜法

好氧生物膜法作用原理為好氧微生物馴化-聚集-分解有機污染物，即在填料上馴化和培養(yǎng)微生物群，好氧微生物聚集形成生物膜，通過新陳代謝作用降解污水中的有機物、氮和磷等污染物質(zhì)，達到凈化污水的目的。生物膜法廣泛應用于生活污水、工業(yè)廢水處理，是一種比較成熟的工藝，對COD、氨氮的處理效果好，且效率高。但該工藝需配套建設曝氣或抽水等動力裝置，造價高，處理和運行成本也高。同時，生物膜運行過程中有臭味產(chǎn)生，容易滋生蚊蠅[2]。

(四)厭氧生物處理

厭氧生物處理法是一種傳統(tǒng)的污水處理工藝，有比較廣泛的應用。其作用機理主要利用厭氧微生物的厭氧分解作用，將有機物分解為水、二氧化碳等物質(zhì)，實現(xiàn)廢水凈化的目的。該處理工藝在厭氧條件下即可實現(xiàn)對有機污染物的分解，不需要配套建設供氧設施，對高濃度和難降解有機廢水的預處理效果較為突出。在農(nóng)村，沼氣池處理畜禽糞便污水便是其原理典型應用。該處理工藝造價低、運行成本低，但處理效果有限，一般應用于好氧處理的預處理工序，不單獨用于廢水處理[3]。

(五)四池凈化系統(tǒng)

四池凈化系統(tǒng)是一種物理+生物技術，主要是在厭氧和人工濕地等生物處理工藝的基礎上，再增加土地滲濾和沉淀工藝改良而來的一種處理方法。整個系統(tǒng)包括污水收集、厭氧發(fā)酵、沉淀和植物土壤滲濾系統(tǒng)等四部分。農(nóng)戶廚房、洗衣、廁所廢水首先通過污水收集池收集，經(jīng)過厭氧發(fā)酵池對污水進行厭氧預處理后，再經(jīng)過沉淀池去除廢水中的懸浮物，最后，經(jīng)過植物土壤滲濾系統(tǒng)，利用土壤吸附、凈化，植物根系微生物吸收、降解有機物，實現(xiàn)凈化污水的目的。

四池凈化系統(tǒng)在一定程度上克服了單純的厭氧處理工藝處理效果低，尤其是對氮、磷的去除效果差的缺點和人工濕地處理技術不能達標處理高有機負荷污水的缺點，可有效處理生活污水，且具有不易堵塞，運行穩(wěn)定的優(yōu)點。同時，由于有厭氧處理單元的作用，占地面積極大的縮小，有效地解決了傳統(tǒng)人工濕地占地面積大的局限，基建及運行成本也較低[4]。

農(nóng)村生活污水各類處理工藝優(yōu)缺點對比如下表1所示。

表1 農(nóng)村生活污水處理工藝優(yōu)缺點匯總表

由上表可知，人工濕地工藝和穩(wěn)定塘工藝對占地要求較大；好氧生物膜法處理顯得成本較高，不適用于大面積推廣；厭氧生物處理工藝單一，不能保證廢水穩(wěn)定達標排放；四池凈化系統(tǒng)綜合了人工濕地工藝和厭氧生物處理工藝多種優(yōu)點，處理效果好，且占地面積較小，實用性較強。因此從占地、經(jīng)濟、運行和處理效果等多方面考慮，本項目選用四池凈化系統(tǒng)作為首選處理工藝。

三、四池凈化系統(tǒng)處理生活污水的原理及應用效果

(一)四池凈化系統(tǒng)基本原理

“四池凈化系統(tǒng)”是將“三格化糞池”與“人工濕地系統(tǒng)”有機組合而成的生活污水處理系統(tǒng)?！叭窕S池”主要通過沉淀糞便、厭氧發(fā)酵、氨化以及液化等作用滅殺和去除寄生蟲卵及病菌，實現(xiàn)糞便無害化處理的目的[5]，同時達到對生活污水進行預處理的目的。人工濕地由基質(zhì)、濕地植物和根際微生物三部分組成，主要通過物理、化學反應和生物降解等去除生活污水中各種污染物質(zhì)[6]。

(二)工藝流程

廚房廢水、洗滌廢水和糞便廢水經(jīng)集中收集后先排入收集池，進行初步沉淀處理，去除廢水中懸浮狀態(tài)的污染物，收集池污水溢流至厭氧發(fā)酵池進行厭氧發(fā)酵后送沉淀池沉淀，最后進入人工濕地系統(tǒng)進行處理，進一步去除廢水中的有機物、氮和磷等污染物質(zhì)。

圖1 四池凈化系統(tǒng)污水處理流程圖

(三)應用效果

工程建成并試運行1年后，以隨機抽取農(nóng)戶形式，確定被檢農(nóng)戶，在6月和12月對設施進出口的污水進行取樣監(jiān)測，處理效果如下。

1.四池凈化系統(tǒng)對COD的處理效果

由圖2可知，6月四池凈化系統(tǒng)對COD的去除率為62%-64%，平均值為63.46%，12月COD的去除率為60%-62%，平均值為61.53%，夏季去除率高于冬季。

四池凈化系統(tǒng)對COD的去除主要包括厭氧發(fā)酵中厭氧微生物的分解和人工濕地的吸附、吸收和生物降解。污水流經(jīng)人工濕地，有機物通過植物根系吸收和微生物新陳代謝作用被去除[10]。在夏季時，微生物活性好，且人工濕地中植物生長最為旺盛，根系較發(fā)達，能夠較好地降解COD。冬季氣溫低，微生物活性降低，人工濕地的植物凋零，四池凈化系統(tǒng)對廢水中的有機物的降解效果降低。

圖2 四池凈化系統(tǒng)6月和12月COD處理效果對比

2.四池凈化系統(tǒng)對氨氮的處理效果

圖3 四池凈化系統(tǒng)6月和12月NH3-N處理效果對比

3.四池凈化系統(tǒng)對總磷的處理效果

由圖4可知，6月四池凈化系統(tǒng)對總磷的去除率為57%-61%，平均值為59.9%，12月總磷的去除率為50%-57%，平均值為54%，夏季去除率高于冬季。四池凈化系統(tǒng)對廢水中總磷的去除主要是通過聚磷微生物的吸收和濕地植物根系的吸收作用實現(xiàn)。夏季，聚磷微生物生長繁殖活躍，對磷的吸收增加，可有效去除水中的無機磷酸鹽。另一方面磷元素作為植物生長所必需元素，植物根系吸收能促進植物生長和發(fā)育。冬季，氣溫降低，微生物活性減弱，植物凋零，對廢水中磷的吸收能力下降。

圖4 四池凈化系統(tǒng)6月和12月TP處理效果對比

由以上分析檢測結(jié)果可知，農(nóng)村生活污水經(jīng)四池凈化系統(tǒng)處理后，出水水質(zhì)可穩(wěn)定達到《農(nóng)田灌溉水質(zhì)放標準》(GB 5084)排放標準，處理效果夏季優(yōu)于冬季。

四、結(jié)論

四池凈化系統(tǒng)處理農(nóng)村生活污水建設及運行成本低、占地面積小，且處理效果較好。對于云龍示范區(qū)這種土地資源緊張、開發(fā)建設進程快的區(qū)域具有較好的推廣價值。