株洲云龙示范区农村生活污水处理工艺比选及应用

2020-09-09吴解村

福建质量管理 2020年16期

吴解村王辉

(1.湖南清蓝科技有限责任公司湖南株洲 412000；2.株洲市城市排水有限公司湖南株洲 412000)

本文选择在株洲云龙示范区开展的农村生活污水治理项目，从经济实用角度考虑，对农村生活污水处理工艺进行比选确定处理工艺，并对其应用效果进行论述。

一、农村生活污水性质

农村生活污水与城市生活污水性质相似，主要特征污染物包括大量有机物、SS、磷、氮、寄生虫和病菌等，可生化性较好，但多呈间歇排放且规模较小，污水排放变化系数大，而且农村居民居住分散，生活污水大都未进行有效收集，主要通过直排农渠进入地表水环境或是下渗进入地下水环境，对地表水和地下水造成直接污染。

二、处理工艺比选

由于农村生活污水排放规模小，排放间断不连续的特点，根据处理水质水量等实际情况，目前广泛应用的处理技术为四池净化、稳定塘、人工湿地、好氧生物膜法和厌氧生物处理等，其工艺特征和优缺点如下。

(一)人工湿地

人工湿地污水处理系统主要是利用自然生态系统中的物理、化学和植物、微生物等多作用下来处理生活污水。该处理系统是由填料床以及上种植的植物和驯化的微生物构成。经过一段时间的驯化培养，形成由湿地植物群落和水中生存的多种动物、微生物群形成一个独特的生态环境，生活污水经过沉淀、过滤、吸附、植物吸收和微生物降解等作用，废水中COD、BOD、SS、原生动物、金属离子和其他污染物得到高效净化处理。一般而言，人工湿地系统处理构筑物比较简单，无需复杂的机械设备，可处理不同规模的生活污水，造价低廉，且易于维护和管理，主要适用于温度适宜、土地资源宽松的地区。但是，在土地资源紧张的开发区域受到限制，同时处理效果因温度、降雨量的变化而受影响，有一定的局限性[1]。

(二)稳定塘

生物稳定塘，又称氧化塘，其去污原理类似于自然水域中污染物分解和自净机理。通过一定时间的驯化和培养，生物稳定塘中形成一种半自然、半人工的生态系统，废水在生物稳定塘的停留过程中，污染物通过沉淀、稀释、好氧和厌氧等多种作用过程被分解去除或稳定化。微生物好氧所需的溶解氧来源于藻类等植物的光合作用或是机械曝气。该处理系统具有造价低、运行费用低、管理简单等优点。但处理废水有机负荷较低，所需占地面积较大，不适宜土地资源紧张的开发区，处理效果受当地气象条件影响，出水COD较高等。

(三)好氧生物膜法

好氧生物膜法作用原理为好氧微生物驯化-聚集-分解有机污染物，即在填料上驯化和培养微生物群，好氧微生物聚集形成生物膜，通过新陈代谢作用降解污水中的有机物、氮和磷等污染物质，达到净化污水的目的。生物膜法广泛应用于生活污水、工业废水处理，是一种比较成熟的工艺，对COD、氨氮的处理效果好，且效率高。但该工艺需配套建设曝气或抽水等动力装置，造价高，处理和运行成本也高。同时，生物膜运行过程中有臭味产生，容易滋生蚊蝇[2]。

(四)厌氧生物处理

厌氧生物处理法是一种传统的污水处理工艺，有比较广泛的应用。其作用机理主要利用厌氧微生物的厌氧分解作用，将有机物分解为水、二氧化碳等物质，实现废水净化的目的。该处理工艺在厌氧条件下即可实现对有机污染物的分解，不需要配套建设供氧设施，对高浓度和难降解有机废水的预处理效果较为突出。在农村，沼气池处理畜禽粪便污水便是其原理典型应用。该处理工艺造价低、运行成本低，但处理效果有限，一般应用于好氧处理的预处理工序，不单独用于废水处理[3]。

(五)四池净化系统

四池净化系统是一种物理+生物技术，主要是在厌氧和人工湿地等生物处理工艺的基础上，再增加土地渗滤和沉淀工艺改良而来的一种处理方法。整个系统包括污水收集、厌氧发酵、沉淀和植物土壤渗滤系统等四部分。农户厨房、洗衣、厕所废水首先通过污水收集池收集，经过厌氧发酵池对污水进行厌氧预处理后，再经过沉淀池去除废水中的悬浮物，最后，经过植物土壤渗滤系统，利用土壤吸附、净化，植物根系微生物吸收、降解有机物，实现净化污水的目的。

四池净化系统在一定程度上克服了单纯的厌氧处理工艺处理效果低，尤其是对氮、磷的去除效果差的缺点和人工湿地处理技术不能达标处理高有机负荷污水的缺点，可有效处理生活污水，且具有不易堵塞，运行稳定的优点。同时，由于有厌氧处理单元的作用，占地面积极大的缩小，有效地解决了传统人工湿地占地面积大的局限，基建及运行成本也较低[4]。

农村生活污水各类处理工艺优缺点对比如下表1所示。

表1 农村生活污水处理工艺优缺点汇总表

由上表可知，人工湿地工艺和稳定塘工艺对占地要求较大；好氧生物膜法处理显得成本较高，不适用于大面积推广；厌氧生物处理工艺单一，不能保证废水稳定达标排放；四池净化系统综合了人工湿地工艺和厌氧生物处理工艺多种优点，处理效果好，且占地面积较小，实用性较强。因此从占地、经济、运行和处理效果等多方面考虑，本项目选用四池净化系统作为首选处理工艺。

三、四池净化系统处理生活污水的原理及应用效果

(一)四池净化系统基本原理

“四池净化系统”是将“三格化粪池”与“人工湿地系统”有机组合而成的生活污水处理系统。“三格化粪池”主要通过沉淀粪便、厌氧发酵、氨化以及液化等作用灭杀和去除寄生虫卵及病菌，实现粪便无害化处理的目的[5]，同时达到对生活污水进行预处理的目的。人工湿地由基质、湿地植物和根际微生物三部分组成，主要通过物理、化学反应和生物降解等去除生活污水中各种污染物质[6]。

(二)工艺流程

厨房废水、洗涤废水和粪便废水经集中收集后先排入收集池，进行初步沉淀处理，去除废水中悬浮状态的污染物，收集池污水溢流至厌氧发酵池进行厌氧发酵后送沉淀池沉淀，最后进入人工湿地系统进行处理，进一步去除废水中的有机物、氮和磷等污染物质。

图1 四池净化系统污水处理流程图

(三)应用效果

工程建成并试运行1年后，以随机抽取农户形式，确定被检农户，在6月和12月对设施进出口的污水进行取样监测，处理效果如下。

1.四池净化系统对COD的处理效果

由图2可知，6月四池净化系统对COD的去除率为62%-64%，平均值为63.46%，12月COD的去除率为60%-62%，平均值为61.53%，夏季去除率高于冬季。

四池净化系统对COD的去除主要包括厌氧发酵中厌氧微生物的分解和人工湿地的吸附、吸收和生物降解。污水流经人工湿地，有机物通过植物根系吸收和微生物新陈代谢作用被去除[10]。在夏季时，微生物活性好，且人工湿地中植物生长最为旺盛，根系较发达，能够较好地降解COD。冬季气温低，微生物活性降低，人工湿地的植物凋零，四池净化系统对废水中的有机物的降解效果降低。

图2 四池净化系统6月和12月COD处理效果对比

2.四池净化系统对氨氮的处理效果

图3 四池净化系统6月和12月NH3-N处理效果对比

3.四池净化系统对总磷的处理效果

由图4可知，6月四池净化系统对总磷的去除率为57%-61%，平均值为59.9%，12月总磷的去除率为50%-57%，平均值为54%，夏季去除率高于冬季。四池净化系统对废水中总磷的去除主要是通过聚磷微生物的吸收和湿地植物根系的吸收作用实现。夏季，聚磷微生物生长繁殖活跃，对磷的吸收增加，可有效去除水中的无机磷酸盐。另一方面磷元素作为植物生长所必需元素，植物根系吸收能促进植物生长和发育。冬季，气温降低，微生物活性减弱，植物凋零，对废水中磷的吸收能力下降。