农村生活污水处理系统的运维与调控

徐亚同

(华东师范大学生态与环境科学学院， 上海 200241)

调查显示，随着农村生活污水处理系统大量建成和投产使用，部分农村生活污水处理系统运维不到位，在污水的水质水量发生变化和波动时缺乏有效的调控手段和方法，严重影响系统稳定达标运行，并造成处理和养护费用的上升。目前，对已具有上百年发展历史的大中型城市污水厂污水处理系统积累了成套的行之有效的从设计到长效运维的规则和经验，如对处理系统的观察与评价、调节与控制、自动监控等，但对处理规模小、水质水量波动大、近十几年才出现的小型农村污水处理系统往往缺乏稳定达标运行且节省处理费用的有效经验。为此，本文试图借鉴原有大中型城市污水厂成熟的经验[1-5]，在近十几年对农村污水处理的实践和对农村污水投运后的评估中所发现的一些经验和教训的基础上，介绍农村生活污水处理系统的观察和评价、调节和控制、异常运行问题的解决对策等，以期与国内的同行一起探讨农村生活污水处理在稳定达标的前提下，节省运行费用的途径和方法，将农村生活污水处理实事工程搞得更好。

1 农村生活污水处理系统的试运行

1.1 试运行的步骤和方法

污水处理设施在竣工验收前，应进行试运行，试运行时间一般不少于3个月。在试运行期间，首先应放入清水或河水，测定各单个设备如风机和泵等的运行和完好情况。然后，进入联动调试，一般先引入少量的生活污水，按常规的方法进行培菌和挂膜，并逐渐增大污水的流量至设计值；也可投加邻近生活污水处理系统的活性污泥予以接种，在合适的条件下，系统中的活性污泥和生物膜数量可逐步增长到正常所需的程度。在试运行期间，应由建设单位委托具有资质的第三方水质检测单位对污水处理设施的进出水水质进行检测，检测频次约为每2周1次。竣工验收前，在进水水质和水量符合设计要求的前提下，确保污水处理站出水水质稳定达到设计标准要求。在竣工验收时，建设单位可邀请污水处理设施承担运维的单位参与工程项目的竣工验收。在竣工验收合格后，即可将污水处理设施移交运维单位进行运维。

1.2 承担长效运维单位的组建及其运作

由建设单位委托有资质的专业单位负责对农村生活污水处理系统投运后的长效运维，这是农村生活污水处理系统是否能长期稳定达标运行的技术保证。

1.2.1 农村生活污水处理设施身份档案的建立

该档案用于描述和记录农村生活污水处理设施的基本特征和信息，其内容包括工可报告、设施代码、建设信息、移交信息、地理位置、设施外观、设备组成、设备使用说明书(或操作章程)、运行记录、工艺流程及技术参数、验收监测报告、管网竣工图和污水站工艺竣工图、构筑物竣工图等[6]。

1.2.2 运维区域的界定

农村生活污水处理系统主要由3部分组成：污水处理终端及其附属设施(终端)、污水收集管网系统及其相关构筑物(管网)、接户管及其附属设施(接户)。终端设施的维护目标是污水处理正常有效、出水水质达标；管网的维护目标是污水收集畅通、管道无堵塞、管道及窨井无破损等；接户的维护目标是污水出户正常、防止雨水接入。根据上述维护目标，终端和管网的运行维护管理宜委托专业运维公司实施，而接户由于大多位于农户庭院内且维护相对简单，宜由农户自行维护。

1.2.3 系统性运维标准的确定

承担运维服务的单位需做好日常运维记录。运维记录包括：基础信息台账、巡检台账、养护台账、维修台账、污泥处理台账、药剂台账、污水水量台账、电量台账、水质台账、培训记录、异常情况报送登记表、报修反馈记录表、政府通报反馈记录表等。

2 农村生活污水处理系统的运维

生物法处理系统中活性污泥或生物膜中的微生物在凝聚、吸附和氧化分解污水污染物中充当重要角色。因此，处理系统中污泥的浓度以及微生物的种类和活性等也会影响系统的处理效果。仿照中医诊治疾病的“望、闻、问、切”等手段，利用一切可用的方法，了解处理系统运行的状况，在处理现场定期巡视生物处理系统，考察生化曝气池、沉淀池的运行情况；运用各种方法，了解活性污泥和生物膜的性能；借助显微镜，观察活性污泥的结构和生物种群组成[1-5]；此外，还可通过对水质的化学测定来了解污水生物处理系统的运行状况。在系统正常运行时，保持合适的运行参数和操作管理条件，使之长期达标运行；在发现异常现象时，找出症结所在，及时调整，使之早日恢复，保持生化系统的动态平衡；为保持正常运行，对处理系统中的设备等进行维护和保养。

操作管理人员定期登上处理装置进行观察，了解系统运行状况，此即为巡视，其主要观察内容如下[1-5]。

2.1 污泥的色泽和臭气

正常运行的生活污水处理站活性污泥一般呈黄褐色。在曝气池溶解氧不足时，会滋生厌氧微生物。含硫有机物在厌氧时分解释放H2S，与还原性的亚铁作用后，生成黑色的硫化亚铁，使污泥发黑、发臭。当曝气池溶解氧过高或进水过淡、负荷过低时，污泥中的微生物可因缺乏营养而自身氧化，造成污泥浓度不足、生物膜稀少、污泥的色泽转淡。良好的活性污泥略带有泥土味。

2.2 观察二沉池了解污泥性状

活性污泥性状的好坏可从二沉池中显现出来，是活性污泥处理系统的“脸色”，可反映系统运行的状况。在巡视二沉池时，应注意观察二沉池泥面的高低、上清液透明程度及漂泥的有无、漂泥泥粒的大小等，如表1所示。

表1 二沉池状况所反映的运行状况Tab.1 Operation Condition Reflected by the Condition of Secondary Sedimentation Tank

2.3 观察曝气池了解污泥性状

在巡视好氧曝气池时，应注意观察曝气池液面翻腾情况。曝气池中若有成团气泡上升，即表示液面下曝气管道或气孔有堵塞，应予以清洁或更换；若液面翻腾不均匀，说明有死角，尤应注意四角有无积泥。此外，还应注意气泡的性状。

(1)气泡量的多少

在运行正常时，泡沫量较少，泡沫外观呈新鲜的乳白色。若进水中含大量洗涤剂，泡沫量会增多，严重时或处理效果差时会溢出池外。

(2)泡沫的色泽

泡沫呈白色，且泡沫量增多，说明水中洗涤剂量较多；泡沫呈茶色、灰色，为污泥泥龄太长、老化，污泥絮体被打碎，并被吸附在气泡上。

(3)气泡的黏性

用手沾一些气泡，检查是否易破碎。在负荷过高、有机物分解不完全时，气泡较黏，不易破碎。

2.4 污泥性状的观察

在废水生物处理中，要求活性污泥具有良好的沉降凝聚性能，以使其在二沉池中能够快且彻底地进行“泥”(污泥)、“水”(出水)分离，可通过下述方法来判断污泥的物理性状[1-5]。

2.4.1 污泥沉降体积(SV30)

SV30越小，污泥沉降性能越好。生活污水活性污泥的SV30常在15%～30%。当进水水量长期小于设计的流量或进水有机物浓度低、处理系统长期低负荷运行时，也会因污泥的自身氧化导致污泥浓度过低，造成SV30较低。

在进行污泥沉降试验时，有时会发现污泥沉降后泥水界面不清，这是因为污泥中絮粒大小悬殊。大颗粒絮体絮粒迅速下降，细小絮粒沉降慢，形成一个非连续层，这种情况在污泥短期缺乏营养而部分解絮时尤为明显。

2.4.2 污泥浓度(MLSS)

MLSS指曝气池中单位体积活性污泥混合液中悬浮物的重量。常规的污泥浓度测定需将定量的污泥干燥至恒重后称重测定，如此较为准确。在条件不充分时，也可采用比浊法测定，并经多次与称重法折算后，推断污泥的浓度。在以上条件均不具备时，也可采用量筒、量杯，甚至透明的塑料瓶，通过目测其透光度，推断污泥的浓度。在实践中已发现，不少农村污水处理站中污泥稀少，需查明原因是否为进水水量过少、污水浓度过低、负荷受到冲击、二沉池设计考虑不周存在隐患等，可参照第4节中相关的调控方法予以解决。

2.4.3 出水悬浮物(ESS)

ESS的大小是活性污泥系统运行状况好坏及污泥性状好坏的一个重要指标，即污泥松散、沉降性能差、游离细菌多时，ESS较高，出水水质较差，这是考察处理系统运行是否正常的一个简单的方法。污泥上清液中存在细小的污泥上漂，透明度差，浊度高，表明出水ESS高，出水BOD或COD也高。ESS的大小与管理不善导致的污泥性状恶化有关，如溶解氧不足、回流污泥过量等。当ESS>30 mg/L时，表明悬浮物流失过多，这时应寻找原因，采取对策，加以纠正。

在条件不具备时，ESS的测定也可用量筒或白色透明的塑料瓶取沉淀池出水进行观察，并推断。

2.4.4 污泥过滤性能

污泥的过滤性能指污泥混合液在滤纸上过滤时表现快慢的性能。结构紧密、沉降性能好的污泥滤速较快，解絮、老化的污泥滤速较慢。

2.5 活性污泥和生物膜生物相的观察

活性污泥和生物膜的生物相能在一定程度上反映生物处理系统处理的好坏及运行状况是否正常。具体的观察方法可参照文献[1-5]。对生物相的观察应注重以下几个方面。

2.5.1 活性污泥絮体颗粒的结构

取曝气池新鲜活性污泥，盛放到100 mL量筒中，静置5～15 min后，观察污泥的沉降速率、沉降后污泥与上清液的界面是否分明、上清液是否清彻透明。沉降速率快、泥水界面清晰、上清液中未见细小污泥絮粒悬浮于其中的污泥样品性能较好。然后，取活性污泥制成压片标本，置于显微镜下观察。一般运行正常的污水处理系统中的活性污泥，其污泥絮粒大、边缘清晰、游离细菌少、结构紧密，具有良好的吸附及沉降性能。正常的絮粒以菌胶团细菌为骨架，穿插生长着一些丝状细菌，但其数量远少于菌胶团细菌；圆形、封闭、紧密的絮粒间易凝聚和压缩，其沉降性能良好；反之，则沉降性能差。

2.5.2 微型动物活动的状态

微型动物中以固着类纤毛虫的钟虫、盖纤虫、累枝虫等为主，还可见部分盾纤虫在絮粒上爬动，偶尔可看到少量的游动纤毛虫等。在出水水质良好时，轮虫生长活跃。曝气池内供氧不充分或供氧过度时，可见钟虫顶端突出一个气泡。如果遇到微型动物活动力差、虫体变形、缘毛目纤毛虫口盘缩进、伸缩泡大、细胞质空质化、行动迟缓、有接合生殖、形成大量孢囊等现象，即可认为生物处理系统受到进出水水量水质即负荷变化的冲击或曝气量过高、过低等的干扰和破坏。

活性污泥中常出现的丝状硫细菌对溶解氧水平的反应非常敏感。在水中溶解氧不足时，水中的H2S被氧化为硫，并以硫粒的形式积存于体内(可用低倍显微镜观察到)；当溶解氧大于1 mg/L时，体内硫粒可被进一步氧化而消失。因此，通过对硫细菌体内硫粒的观察，可间接推测水中溶解氧的状况。

2.5.3 同一种生物数量增减的情况

污泥膨胀往往与丝状细菌和菌胶团细菌的动态变化密切相关，可根据丝状细菌增长的趋势，及时采取必要措施。在培菌阶段，固着型纤毛虫的出现即标志着活性污泥开始形成，出水已显示效果。培菌后期出现轮虫及瓢体虫，往往表明处理效果极为良好。但是，当污泥老化、结构松散解絮时，细小絮粒可为轮虫提供食料，并促使其恶性繁殖，其数量急剧上升，污泥最终被大量吞噬或流失，轮虫因缺乏营养而大量死亡。

2.5.4 生物种类的变化

在正常运行阶段，若污泥中生物的种类突然发生变化，可推测运行状况正在发生变化。如污泥结构松散转差时，常可发现游动纤毛虫大量增加；出水浑浊、处理效果较差时，变形虫及鞭毛虫类原生动物的数量会大大增加。生物膜的生物相观察可参照活性污泥生物相的观察方法实施。

2.6 水质的测定及其对运维的指导意义

2.6.1 进、出水BOD/COD

通过测定进、出水BOD和COD绝对值的变化判断生物处理系统的运行状况[1-5]。若进、出水B/C变化不大，出水BOD亦较高，表明该系统运行不正常；反之，与进水B/C相比，出水B/C下降较快，说明系统运行正常。

2.6.2 出水悬浮固体(ESS)

经测定，ESS每升高10 mg/L，将会使出水BOD升高6.1 mg/L，TOC升高5.3 mg/L，CODCr升高14.2 mg/L，TN升高1.2 mg/L，TP升高0.2 mg/L(以上均为平均值)，可见ESS的高低对处理效果的影响较大。采用上述目测法观察出水的透明度，推测出水ESS，是最常用的判断污泥形状和出水水质好坏的简易方法。

2.6.3 进、出水氮的形态与处理深度

在生活污水中，氮以有机氮和氨氮的形式存在。经生物处理后，污水中的有机氮可转化为氨氮。在处理深度较差的生物处理系统中，出水氨氮较高；在处理深度较好、负荷较低、水力停留时间较长的好氧生物处理系统中，氨氮可在污泥中硝化细菌的作用下，进一步氧化为亚硝氮和硝氮。为此，可根据出水中氮的形态(有机氮、氨氮及硝态氮)及其所占比例来判断污水处理的深度，评价系统的运行状况，对系统实行调控。

2.7 处理系统的巡视与设备的维护保养

农村污水的维护保养一般采用远程监控、自动报警和专业运维人员现场巡视的运维模式。生产运行中的巡视对处理系统和泵、风机、电器设备的正常运行有着重要意义。巡视人员应严格遵守现场巡视制度，认真细致地检查工艺和各种设备的运行状况，发现问题，及时记录、处理，并报告上级主管人员。

巡视工作区域包括从入户的污水管、化粪池、输水管网直至污水处理站的调节池、生化池、风机、搅拌机、推流器、泵等设备、生态处理场和生态塘等全部区域，需做好相应的保养和维修等工作，注意事项如下。

(1)入户污水收集系统的完好程度，重点注意有无渗漏、直排、雨污混接等。

(2)污水输送管网的完好程度，检查井是否有堵塞和垃圾等，如有格栅除污设施或隔油池等，需清捞污物，并及时将其运至堆放地点。

2.8 生化反应池巡检

巡检的内容如3.1～3.6所述。此外，还需及时清捞池面上的漂浮物和油脂，注意生态处理系统或处理站周边植被的情况等。检查外加药剂的投加数量与频率，重点注意外加碳源的投加、除磷药剂的投加情况、外加药剂的补充，观察吸附除磷系统的堵塞情况等。测定气温以及进出水的水温。测定进水流量，安装流量计测定进水流量虽好，但费用较高；同时，由于来水无规则、时有中断，较难控制和维护，可探索通过测定并计算进水或出水提升泵的开启时间以及泵的流量来推算进水水量；此外，也可采用实测方法测定，即在正常运行时，于出水口，用量筒测定单位时间的出水水量，并按当天进水或出水的提升水泵的运行时间，计算得出每天的处理水量；需及时了解并记录处理流量的变化情况。

2.9 处理设备的维护和保养

(1)泵、风机、阀门等需仔细检查，如：鼓风机运转的电流、电压；电机温度、油温、油压、油量；进出风压差等；各阀门(含管道阀门)状态；风机渗、漏油情况；通风和轴流风机开启情况及其他异常等；以上设备的发热、振动、噪声、运行等的完好程度。应做好上述设备的保养和维修工作，如各种设备润滑油脂的补充等，并做好记录[6]。

(2)自控系统的维护和保养：检查自控系统显示的数据是否与实际运行的情况相吻合，仪表的运行和显示是否正常。

(3)检查电器等设备的运行情况，重点注意是否存在不安全的因素。

2.10 运维台账记录

将以上的运维工作内容写入运维台账，并与以往的记录对比，了解发展和变化的趋势，从而对处理系统运行状况进行评估，及时修复发现的问题，并对生化池进行必要的调控[6]。

3 农村生活污水处理系统的调控

活性污泥生化处理系统往往是根据设定的水质水量参数及处理目标设计而建造的。但是，在实际运行中，废水的水质水量均在不断变化，环境条件也在发生变化，需利用处理系统的弹性及特点，按照活性污泥中微生物的代谢规律进行调节控制，使系统处于最佳运行状态，具体可通过泥、水、气的调节来控制活性污泥系统的稳定运行，以发挥其最大的效益，进一步提高出水水质[1-5]。

3.1 对生物处理系统中污泥浓度的调节

3.1.1 SV法

在进行SV试验后，按近阶段达到优质出水的SV来掌握排泥量。本法在进水水量水质相对恒定时可有效控制运行，并可取得良好的处理效果。

3.1.2 MLSS法

根据处理系统中污泥MLSS增减情况掌握排泥量WAS。使用时，应注意观察处理站污水水质受季节变化的规律，找出在不同季节与不同水质条件下维持最佳运行状况的MLSS，并维持。一般来说，对于难以生物降解或浓度高的污水，宜采用高浓度活性污泥法，以提高耐冲击的能力及减少污泥对冲击负荷的影响；相反，当进水水量较少、浓度较低时，可适当降低污泥的浓度，但此时需同时提高或减少供氧量，加强对二沉池的管理和回流污泥量大小的调节。

3.1.3 泥龄法

通过设定的泥龄来控制排泥量。冬季水温较低，微生物生长速率较慢，泥龄应长些。此外，对于脱氮的AO系统，由于自养性硝化细菌世代时间较长，为了避免其在系统中被淘汰，泥龄也应长些。

3.2 调节回流污泥量

回流污泥量(RAS)的调节可用以下方法估算，并做相应的调整[1-5]。

(1)根据二沉池污泥泥层的厚度进行调节

沉淀池泥层过高或过低均会使ESS增加，从而降低出水水质，可观察二沉池泥层的厚度，通过改变RAS，使泥层保持在距沉淀池底部1/4高处。

(2)根据固体平衡原则进行估算

进水流量Q越大，RAS也应加大。

(3)根据SV估算

污泥SV越大，RAS也应增大。

3.3 农村污水生物处理运行异常问题及解决对策

3.3.1 活性污泥异常问题及解决对策

当生物处理系统因进水水质、水量或运行参数，如溶解氧或负荷的变化使微生物类群发生变化，并导致污泥性状和出水水质恶化时，应根据上述在巡检中发现的种种异常现象，提出解决对策，使之稳定达标运行。表2列出了生物处理系统运行时出现异常现象的症状、原因及解决对策[1-5]。

表2 污泥性状异常及其对策Tab.2 Abnormal Sludge Behavior and the Countermeasures

3.3.2 水质测定中异常现象及解决对策

表3列举了处理系统巡检和理化指标测定时所发现的部分异常现象及其解决对策[1-5]。

3.3.3 进水不足或晚间停水时的运行对策

在运行中会遇到种种原因而引起的断水及水量远低于设计量的情况，可采取下述运行管理方法或应急措施[1-5]。

(1)间歇曝气法

利用调节池间断进水、间歇曝气，转转停停，交替运行。根据调节池中贮水量及断水周期长短，确定间歇次数，以免因过度曝气而破坏污泥结构。这种运行方式，既可保持正常处理效率，又可节省电耗，同时可为硝化细菌和反硝化细菌创造适宜的好氧硝化及缺氧反硝化脱氮的条件，还有利于积磷细菌的富集。因此，系统脱氮除磷效果亦有保证[6]。

(2)调节活性污泥量法

在预知断水的前夕，可一次性大量排泥，以便随后维持合适的污泥负荷，使之不会下降过多。整个处理系统内，总的污泥量可较原先少1/3～1/2；随后，按正常流量约1/2进水，适当减少曝气量，对处理效率无影响。

(3)加大调节池的容积

断水前，在调节池中贮存尽可能多的废水，也可加大调节池容量，从而利于废水量减少时的运行管理。为防止在进水浓度低或进水水量小、处理系统负荷低时的污泥流失，还可适当在生化曝气池中投加填料。一般选用悬浮填料，其投加量可为曝气池容积的30%左右。填料上着生的生物膜可在一定程度上减少污泥流失的影响，以确保系统的正常运行。另外，长期在低负荷下运行的处理系统不能按常规的回流污泥比例运行，应适当减小回流的污泥量，这对生物脱氮效果的改善可能有所帮助。

3.3.4 负荷及运行不稳定时的运行对策

目前，农村部分远郊地区的农户空心化现象严重。此外，部分村落有农家乐、度假村等旅游项目，游客极不规律的住宿或餐饮等使农村污水的水质、水量波动极大，给生活污水处理系统带来极大的不稳定因素。以CODCr为例，在极端情况下，部分系统的进水可高达1 000 mg/L以上，低至50 mg/L不到。部分村落进水流量有时不到设计流量的20%或更低。在遇到以上情况时，可组合利用各种方法，如晚间停水停曝、批次进水、减少曝气量、补充一定量新鲜污泥或加大排泥等，利用处理系统的弹性，借助于泥、水、气三要素之间的相互关系，通过调控进水量、适当补充营养，为污泥中的微生物提供合适的营养，力求保存一定数量的高活性污泥微生物，同时给予相应强度的曝气量，以确保系统稳定达标运行[6]。

3.3.5 处理系统中污泥泥量过多时的运行对策

与上一节的情况相反，部分处理站由于进水较浓、进水水量接近或污水水量超越设计，加上大部分农村污水处理站很少排泥，以及有的处理系统采用投加混凝剂作为强化除磷的措施，大量化学污泥沉积在处理池中，系统的泥龄长，污泥往往老化解絮，二沉池出现飘泥，上清液浑浊，大大影响出水水质，造成出水SS、COD、TN、TP全面超标。解决的办法是增加排泥，虽不能像大型污水厂那样每天排泥，也需尽可能利用现场巡检，按上述泥龄控制法的要求，排放剩余污泥至污泥干化池，并予以妥善的处理处置。

4 结语

农村生活污水生物法处理一体化构筑物的体积小，不少构筑物外观像一个集装箱，有的还被安放在地下，不易进行观察和运维操作，可依据生物法处理运维中 “水、气、泥”三要素的原则，仿照中医“望、闻、问、切”等手段和方法，巡视了解处理系统的运行情况，确保管网不渗漏、不堵塞；了解污水水量和浓度及其变化规律；利用抽样测定的水质指标，了解污水组分和碳、氮、磷等的浓度，并与相邻的处理站做横向对比；污水中的碳、氮、磷等既是要处理的污染物，又是处理系统中微生物的营养；注意处理站点是否存在臭气，以了解溶解氧的状况。利用可行的手段和方法，了解处理系统中污泥微生物的浓度、数量、种类及其活性，其是处理系统中真正在“干活”，即分解污染物的主体。最后，需合理曝气，提供微生物在分解污染物以及使污泥与污水充分接触和混合时所需的“气”。在此基础上，可根据水、气、泥三者之间的相互制约关系，利用生物处理系统的特点进行调控，在正常时予以维持，发生变化时适当调节，使系统长期稳定达标运行，并在达标前提下节省运行费用。此外，对于营养物TN的去除，需根据碳源是否缺乏,进行适当的补充投加；对于磷的去除，采取吸附、混凝、过滤等强化措施，以确保系统碳、氮、磷水质指标全面达标。另外，还需对处理系统的设备进行维护和保养，确保系统长期稳定可靠运行。