上海市近年来几种常用农村生活污水处理工艺比选

(上海宏波工程咨询管理有限公司，上海 201707)

1 背 景

当前，在全国各地的农村生活污水处理中，各种工艺层出不穷，实际运行情况各有差异，需要结合各地的特点选择最适合的处理工艺。农村生活污水处理工艺的选取应根据工程所在地环境容量、人口规模和经济能力等条件确定，采用集中收集与分散处理相结合的策略，以出水水质稳定、处理效率高、节省投资、简单实用、运维方便、成本低廉为污水处理技术选取的原则。

上海市出台了《上海市农村生活污水处理技术指南》《上海市农村生活污水处理技术管理要求》，对农村生活污水处理工程的工艺选择作了基本要求，并推荐了几种较为合适的工艺。本文结合上海市近几年农村生活污水处理工程各工艺实际应用情况，选取膜生物反应器(MBR)工艺、一体化膜法A2O污水处理工艺、组合工艺、土壤渗滤等进行比选。

2 几种常用的农村生活污水工艺

近年来，随着上海市农村生活污水处理工程的推进，各种类型的污水处理工艺不断涌现，层出不穷，比较有代表性的有膜生物反应器(MBR)工艺、一体化膜法A2O污水处理工艺、组合工艺和土壤渗滤等。

2.1 膜生物反应器(MBR)工艺

膜生物反应器(MBR)工艺是一种活性污泥法与膜分离技术相结合的新型水处理技术，整个反应系统主要由核心膜组件、主体反应器、出水系统、曝气系统、清洗系统等组成。它以高效膜分离代替传统活性污泥法工艺中的二沉池，省却了传统活性污泥法中二沉池浓缩后剩余污泥的回流流程，改用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物质截留，因此活性污泥浓度大大提高，实现了对HRT和SRT的分别控制，同时将难降解的物质截留在反应器中不断反应并降解。MBR工艺见图1。

该类型工艺处理站一般将核心膜组件和主体反应器集成于一玻璃钢槽罐内，再配以土建结构的集水井、调节池等辅助系统。可适应各种场地特征并快速安装，可根据高程要求进行全地埋、半地埋或全地上布置；可做到地上建筑占地面积极小，装置整体布局流畅、紧凑。

图1 膜生物反应器(MBR)工艺流程

2.2 一体化膜法A2O污水处理工艺

一体化膜法A2O污水处理工艺为目前国内农村生活污水处理领域应用最多最成熟的厌氧—缺氧—好氧—沉淀工艺，属于生物接触氧化法。该系统设计在缺氧池和好氧池内添加有悬浮生物填料截留微生物，增加单位体积污泥浓度，提高系统抗冲击能力和污水处理效果。一体化膜法A2O工艺见图2。

图2 一体化膜法A2O污水处理工艺流程

每个站区由数台 A2O 工艺一体化设备组合而成，每个设备均为碳钢或玻璃钢材质，采用地埋式，地上覆土绿化，安装一个电控柜负责给设备提供好氧曝气的气源及水泵的电源。系统内部安装回流管，实现硝化-反硝化，脱氮效果良好；根据出水排放要求，可增加化学除磷单元，提高磷的去除效果。该工艺设备采用组合式安装，应用的机械设备较少，具有施工方便、控制简单、运行成本低的特点。

2.3 组合工艺

组合工艺主要由生物滤池和人工湿地两部分组成，生物滤池反应器采用了特殊的组合式结构设计和生物滤料，滤池的分层特性有效促进了生物膜和大气的接触，高效生物填料具有良好的结构稳定性和透气性能，可以保证系统长时间稳定运行。组合工艺流程见图3。

图3 组合工艺流程

生物滤池是该处理工艺的核心，采用模块化结构，滤池建于室内，滤池房建于集水池上方，不仅节省了土地，而且节省了建筑基础的费用。缩短了集水池和滤池之间的距离，以减少管道水头损失，减少运行费用，便于管理。图4为生物滤池示意图。

图4 生物滤池示意图 (单位：m)

滤料层采用模块化结构，根据需要设 6～7层，每层厚 300mm，层间距 50mm，可以根据现场情况适当调整。每层可采用不同滤料。上层滤料采用粒径较大的多孔火山岩生物滤料，以提高滤池的抗堵性能和生物挂膜性能。下层采用粒径较小的多孔火山岩生物滤料或陶粒填料，以增加单位体积的表面积，增加生物膜量。采用的火山岩生物滤料及陶粒滤料的性能及参数见表1，滤料层支架采用空心不锈钢方管焊接。人工湿地见图5。

表1 生物滤料性能参数

2.4 土壤渗滤

土壤渗滤是将污水有控制地投配到经一定构造、距地面约30～40cm深且具有良好扩散性能的土层中，充分利用土壤中栖息的土壤动物、土壤微生物、植物根系以及土壤所具有的物理、化学特性将污水净化的工程技术。土壤渗滤流程见图6。

图6 土壤渗滤流程

3 不同工艺实测出水水质比较

3.1 上海市近年来生活污水进水水质

农村居民生活污水主要源于村内居民日常生活排放的卫生间粪便冲洗水、淋浴水、厨房污水以及日常洗涤废水等。

上海市已实施多年农村生活污水处理工程，已经积累了一定量的水质检测数据，参考近几年上海市农村生活污水处理工程的进水水质设计数据，处理站进水水质可按表2进行取值。

表2 处理站设计进水水质 单位：mg/L

3.2 不同工艺处理站实测出水水质比较

自2017年开始，上海市后评价单位选择已经正常运行的各类型农污工艺处理站进行了跟踪监测，根据连续两年每年两次的各类工艺处理出水水质监测结果可知:尽管农村生活污水具有排水量少、日变化系数大、间歇排放等特点，但MBR和A2O工艺仍具有出水水质稳定、去除效率较高等优点，可较稳定地达到《上海市农村生活污水处理设施出水水质规定(试行)》(沪水务〔2017〕1077号，以下简称“新规”)中规定的一级A和一级B标准。其中MBR工艺出水水质COD在17.1～33.5mg/L、BOD5在4.6～7.7mg/L、NH3-N在4.9～6.7mg/L、TP在0.85～0.95mg/L之间，去除污染物效果良好。

对比之下，土壤渗滤工艺出水NH3-N、TP分别在10.8～15.3mg/L、2.43～2.81mg/L之间,对应的NH3-N、TP的去除率仅在56.8%～38.8%、45.1%～43.8%之间，处理效果难以达到新规的一级标准；而组合工艺虽然出水水质可以达到新规的一级B标准，但出水水质稳定性欠佳，受运维养护影响较大。

4 各类型工艺应用特点比选

上海市农村生活污水处理工程经过近几年的实施，已取得了一定的经验，同时政府出台了《上海市农村生活污水处理技术指南》《上海市农村生活污水处理技术管理要求》《上海市农村生活污水处理设施出水水质规定(试行)》等指导文件，对工艺选择、工程运行管理等提出了指导意见。

除出水水质外，污水处理工艺的比较和选择应根据处理站规模、工艺成熟度、管理难易性、对周边环境的影响、占地面积、征地费用、电价等因素慎重考虑。污水处理的每项工艺技术都有其优点、特点、适用条件和不足之处，不可能以一种工艺代替其他一切工艺，也不宜不考虑当地的具体条件和我国国情。

根据调研，对前述四种农村生活污水处理工艺特点进行归纳对比分析，结果见表3。

表3 工艺技术经济比较

续表

由表3可见，MBR工艺具有微生物浓度高、容积负荷大、出水水质优良(可达到一级A)、占地面积小、污泥产量小等优点，但工程投资和后期运行费用略高。A2O工艺填料表面积大、接触面积大、出水水质有保障(可达到一级B)，但占地面积相对较大，单元曝气量和回流比需妥善控制。而组合工艺工艺简单、运行费用低、易维护管理，但生物滤料和人工湿地运行多年后有堵塞的可能，且滤池房占地较大、滤池布水会产生轻微的气味，影响处理站的选址。土壤渗滤工艺投资相对较少、运行费用低、易维护管理，但冬季受温度影响较大，处理效果不稳定、占地面积大，只适合于有较多可利用土地的场地，且后期维护不便，土壤渗滤床易堵塞，一旦出现堵塞问题需要整个系统重建。

5 结论与建议

综上所述，污水处理工艺的选择应根据工程所在地的具体条件综合确定。对于环境容量较小，对出水水质、占地面积要求较高的地区，MBR和A2O工艺因具有出水水质稳定、纯地埋式结构(上部仅需建设配电柜)、无气味、安装操作简便、处理效率高、污泥量小等优势则是首选；对于环境容量较大、污水处理出水水质要求稍低且有充分用地储备的地区，可适当考虑土壤渗滤和组合工艺等以增加工程经济性。

另外，随着MBR工艺在国内快速普及，各类型膜组件及生物反应器形式层出不穷，膜生产厂家也由纯进口转为进口膜与国产膜齐头并进，建议工程设计增加国产膜的使用比例，在节省工程造价的同时，为日后农村生活污水处理执行更高出水标准积累运行管理经验和丰富技术储备。