一种驳岸斜坡式生物接触氧化系统在农村生活污水处理领域的应用前景

邱呈东 姚运佳 李林柱 余四堂

摘要：研究探索一种驳岸斜坡式生物接触氧化系统在农村生活污水处理中的应用前景。依据一种驳岸斜坡式生物接触氧化系统原理，提出一套农村生活污水处理系统。将生活污水经污水管网收集进入收集池中，再通过提升电泵将生活污水提升至一级溢流堰，经一级溢流堰让污水均匀流入多级斜坡式生物接触氧化设施，污水经多级斜坡式生物接触氧化设施处理后流入二级溢流堰，通过二级溢流堰将一部分污水回流到收集池中，另一部分污水排入人工湿地中，通过人工湿地中水生植物的生长来吸收污水中的氮、磷等营养物质，最后将处理后污水排入外环境。研究结果可以为农村生活污水处理提供一个全新的研究方向。

关键词：一种驳岸斜坡式生物接触氧化系统;农村生活污水处理;运行成本;运行管理

Abstract：The purpose of this study is to explore the application prospect of a slope biological contact oxidation system in the field of rural domestic sewage treatment.Based on the principle of a slope biological contact oxidation system， a set of rural domestic sewage treatment system is proposed. The domestic sewage was collected into the collection pool through the sewage conduit， and then lifted to the first level overflow weir through the electric pump. Next， the sewage flows into the multi-level slope type biological contact oxidation facility evenly through the first level overflow weir. After the sewage is treated by the multi-level slope type biological contact oxidation facility， it flows into the second level overflow weir. Through the second level overflow weir， part of the sewage flows back to the collection pool， another part of the sewage is discharged into the constructed wetland， and the nutrients such as nitrogen and phosphorus are absorbed by the aquatic plants in the constructed wetland. Finally， the treated sewage is discharged into the external environment.The results of this study can provide a new research direction for the study of rural domestic sewage treatment.

Key words：A slope biological contact oxidation system;Rural domestic sewage treatment;Running cost;Operation management

黨的十九大报告提出了乡村振兴战略，并要求统筹推进农村生态文明建设，农村生态环境整治工作随之提上日程，而农村生活污水的治理作为其中一项重点工作，使得农村生活污水处理方面的研究也成为当下的一个热点。

1 农村生活污水的来源及特点

（1）农村生活污水来源：主要来源于淘米、洗菜、洗衣、沐浴、拖洗、冲厕废水等[2-4];（2）农村生活污水水质特点：COD、BOD浓度较高，可生化性较强;含有人畜粪便，氮磷含量较高;悬浮物较高;水质不稳定，不同时段差异大;（3）农村生活污水水量特点：水量较小;水量不稳定，不同时段差异大，有明显高峰期。

2 目前农村生活污水处理面临的问题

长期以来，农村生活污水的处理一直是生态环境保护工作的薄弱环节[5]。随着中国经济的发展，农村生活品质日益提升，卫生洁具、洗衣机、沐浴设施等走进寻常百姓家，导致农村的人均日用水量和生活污水排放量急增，然而由于农村居民较为分散、农村生活污水收集困难，且长期缺乏资金投入，导致很多农村没有建设污水处理设施和配套雨污管网，农村生活污水直接排放或经化粪池简单处理后进入周边土壤或水体，既污染环境又影响感观，而且容易导致地下水或地表水水质恶化，甚至黑臭化，滋生蚊虫，不仅破坏水环境生态，还严重威胁着周边居民的饮用水安全和身体健康。

而即使部分农村建设了生活污水处理设施，由于设计先天不足导致的运行成本高、运行管理难度大、以及缺乏专业技术人才、运维资金不足、管理体系不完善等原因，导致现有的生活污水处理设施普遍存在处理效率低下、甚至设施停用、“晒太阳”等问题。

3 一种驳岸斜坡式生物接触氧化系统的专利简介

深圳市铁汉生态环境股份有限公司于2016年9月26日申请，并于2017年5月31日获得专利授权公告号为CN 206203981 U的一种驳岸斜坡式生物接触氧化系统实用新型专利。该实用新型专利提出一种净化河水的方法，在河岸设置一个斜坡式生物接触氧化池，斜坡平面铺设填料，通过提升泵将河水提升至进水槽，经进水槽流入斜坡式生物接触氧化池，通过水流获得空气中氧气，不需要安装风机进行曝气，节约处理成本，并利用河水中的微生物进行挂膜，河水流经填料微生物膜时，其中的可降解物质被填料上微生物膜捕获降解，达到净化河水的目的，河水经处理后再排入河中。

4 一种驳岸斜坡式生物接触氧化系统的凸出优势

一种驳岸斜坡式生物接触氧化系统通过河水流动获取空气中的氧气，为河水中微生物净化河水提供动力，无需另外安装风机进行曝气，工艺简单，成本较低，运行管理方便。

5 一种驳岸斜坡式生物接触氧化系统在农村生活污水处理中的应用

5.1 工艺流程介绍

将生物污水经污水管网收集进入收集池中，经沉淀后，再通过提升电泵将生活污水提升至一级溢流堰，经过一级溢流堰让污水均匀布设，流入多级斜坡式生物接触氧化设施，多级斜坡式生物接触氧化设施斜坡控制在较小坡度，使得污水缓慢流淌，斜坡上铺设有弹性填料，利用生活污水中的微生物进行挂膜，污水流经填料时，污水中的可降解物质被填料表面的生物膜捕捉并降解，利用溢流堰跌水和斜坡上污水的流动获得空气中的氧气，为微生物降解提供动力，污水经多级斜坡式生物接触氧化设施处理后流入二级溢流堰，通过二级溢流堰将一部分污水回流到收集池中，降低收集池中污水浓度，延长污水与填料生物膜的接触时间，降低多级斜坡式生物接触氧化设施降解压力，从而进一步提升处理效果，另一部分污水排入人工湿地中，通过人工湿地中水生植物的生长来吸收污水中的氮、磷等营养物质，达到脱氮除磷的目的，处理后的污水最后排入外环境。（工艺流程图见图1）

5.2 主要参数及关系

（1）流量关系：

Q2  ——每天的提升水流量，m3/d;

Q3  ——每天的回流水流量，m3/d;

Q4  ——每天的出水流量，m3/d。

（2）时间关系

t2  ——污水单次流过多级斜坡式生物接触氧化设施与填料生物膜的有效接触时间，s;

l  ——斜坡长度，m;

v  ——斜坡污水流动速度，m/s。

（3）流量与时间的关系

t1  ——污水与多级斜坡式生物接触氧化设施填料生物膜的有效接触时间，s。

（4）回流比（回流比直接决定整套系统的耗能水平）

R ——回流比，无量纲。

（5）BOD5表面积负荷

Ns0  ——BOD5表面积负荷，gBOD5/（m2·d）;

Q1  ——每天的进水流量（理论上Q1 = Q4），m3/d;

S0 ——進水BOD5浓度，mg/L。

d  ——斜坡宽度，m。

（6）斜坡坡度i，与每天的提升水流量Q2、多级斜坡式生物接触氧化设施斜坡长度l和宽度d一起影响污水流动速度v，从而影响污水单次流过多级斜坡式生物接触氧化设施与填料生物膜的有效接触时间t2，并进一步影响回流比R。

5.3 工程建设内容及要求

工程建设内容主要包括收集池、一级溢流堰、多级斜坡式生物接触氧化设施、二级溢流堰、氧化塘等。

（1）收集池中间隔断，分为两个区域，前一个区域起到沉淀的作用，用于沉淀较大的颗粒物，后一个区域布置提升电泵。（2）为减少耗能，减小回流比R，需要延长污水单次流过多级斜坡式生物接触氧化设施与填料生物膜的有效接触时间t2，因此多级斜坡式生物接触氧化设施长度会比较长，为使得多级斜坡式生物接触氧化设施合理布置，也可以采用折叠式布置。（3）为增加斜坡填料附着的生物膜量，防止填料变形，被水流压在水底，斜坡填料应选择带刚性支撑的弹性纤维填料。（4）斜坡填料的布置要能够适当减缓污水流速，并使得填料充分与污水接触，促进挂膜，附着更多的生物膜。（5）由于农村生活污水流量不稳定，二级溢流堰应具有微调功能。当收集池中污水低于低水位警戒线时，可以调小出水量;当收集池中污水高于高水位警戒线时，可以调大出水量。（6）收集池应设置溢流管。由于农村生活污水流量不稳定，且整套系统是通过提升电泵进水，无法实时调控进出水量，因此收集池应在高水位警戒线上方设置溢流管，当收集池水位过高时，可以通过溢流管外排。（7）多级斜坡式生物接触氧化设施不适用于北方，北方天气寒冷会导致水面结冰，而南方多雨，因此多级斜坡式生物接触氧化设施需建设雨棚，防止填料上附着的生物膜被雨水冲散。（8）人工湿地前端池体填充卵石、煤矸石等填料，后端池体种植四季常青的水生植物。（9）考虑到农村生活污水处理站的财政拨款多为一次性拨款，一般不含运行费用，可以配套建设安装太阳能电池板，通过太阳能电池发电收入，补贴农村生活污水处理站的运行成本，不建议安装太阳能发电储能电池，储能电池使用维护不方便，且需要定期更换，提高了维护使用成本。

5.4 设施调试要求

设施运行初期，需要进行调试，通过调试使多级斜坡式生物接触氧化设施填料挂膜，并对出水量进行调节，使得进出水量达到相对平衡。

5.5 运行维护要求

（1）定期对收集池沉淀物进行清理;（2）定期对提升电泵进行维护检查，做到一用一备，切换使用;（3）定期查看收集池水位，并根据收集池水位对出水量进行微调;（4）对氧化塘中水生植物进行定期清理收割、补种;（5）对太阳能电池进行维护检查;（6）定期对进出水口进行采样监测，查看达标排放情况。

5.6 优缺点

本系统的优点在于抗水质水量变化能力强，且不需要安装风机进行曝气，运行管理方便、运行成本较低。本系统的缺点在于多级斜坡式生物接触氧化设施占地面积较大，且斜坡建设要求较高，施工难度较大。

6 应用前景展望

根据研究探索，一种驳岸斜坡式生物接触氧化系统在农村生活污水处理中具有很大的应用前景，具有抗水质水量变化能力强、运行维护简单、运行成本较低等适合用作农村污水处理工艺的特点，可以作为农村生活污水处理领域的一个全新的研究方向，值得各位研究人员深入探索。

参考文献

[1]马文强，刘华琼，沈文钢，等.一种驳岸斜坡式生物接触氧化系统：CN 206203981 U[P].2017-05-31.

[2]刘晓璐，牛宏斌，闫海，等.农村生活污水生态处理工艺研究与应用[J].农业工程学报，2013（09）：184-191.

[3]徐敬亮.人工湿地技术在处理农村生活污水中的应用研究[D].江西：南昌大学，2014.

[4]谢林花，吴德礼，张亚雷.中国农村生活污水处理技术现状分析及评价[J].生态与农村环境学报.2018（10）：865-870.

[5]姜珊，李想，姜彩红，等.农村生活污水处理的现状分析和对策建议[J].安徽农学通报.2019（23）：122-125..

收稿日期：2020-04-09

作者简介：邱呈东（1993-），男，学士学位。研究方向为水污染治理。

通讯作者：姚运佳（1993-），女，学士学位，助理工程师。研究方向为环境监测技术及安全。