農(nóng)村生活污水脫氮除磷工藝

1、引言

我國農(nóng)村生活污水主要來源于沖廁污水、廚房廢水、日常洗滌用水以及畜禽養(yǎng)殖廢水等，水質(zhì)成分較為復雜，其污染物包括ＣＯＤ、氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)及致病微生物等，尤其是營養(yǎng)物質(zhì)氮磷是農(nóng)村生活污水中的主要污染物，是水體富營養(yǎng)化的根源。因此，探索研究適合農(nóng)村生活污水處理的脫氮除磷技術，提高農(nóng)村生活污水的氮磷去除效果，對于減少氮磷排放、解決水體富營養(yǎng)化問題、改善地表水環(huán)境十分必要。

2、農(nóng)村生活污水常用處理技術

目前農(nóng)村生活污水治理工程中常用的技術主要包括生物、生態(tài)和物化處理3類，以及任意2種工藝結(jié)合的復合處理技術。生物處理技術包含好氧和厭氧生物技術，其中，好氧生物技術可分為活性污泥法（包括ＳＢＲ，Ａ/Ｏ，Ａ２/Ｏ等）和生物膜法（包括生物轉(zhuǎn)盤、生物流化床、生物濾池、ＭＢＲ等）兩大類；厭氧生物技術主要包括化糞池、厭氧沼氣池、水解酸化池、厭氧生物濾池等。生態(tài)處理技術主要包括人工濕地、穩(wěn)定塘、人工浮床、土地滲濾法等。復合處理技術主要包括ＭＢＲ－人工濕地、Ａ/Ｏ－人工濕地、Ａ２/Ｏ－人工濕地、生物濾池＋人工濕地、穩(wěn)定塘＋人工濕地等多種組合形式。

3、農(nóng)村生活污水處理技術應用現(xiàn)狀及研究進展

3.1 Ａ２/Ｏ工藝

Ａ２/Ｏ生物脫氮除磷工藝較為成熟，可同時去除有機物、脫氮和除磷，在農(nóng)村生活污水處理領域應用較多。陳江杰等對長三角平原地區(qū)５個鎮(zhèn)３９個農(nóng)村生活污水處理的Ａ２/Ｏ設施的處理效果進行了調(diào)研，發(fā)現(xiàn)因為處理設施的進水水量水質(zhì)波動較大，ＣＯＤ濃度和ＣＯＤ/ＴＮ值過低，運維工作不到位，進水量、曝氣量和污泥回流比等運行參數(shù)控制不當，該工藝的脫氮除磷效果不理想。

Ａ２/Ｏ工藝要達到良好的脫氮除磷效果，需對進水量、溶解氧、回流比等因素進行精確控制，而在實際應用中，由于農(nóng)村生活污水水質(zhì)水量多變，又缺乏專業(yè)技術人員對處理系統(tǒng)進行運維調(diào)試，致使Ａ２/Ｏ工藝運行不穩(wěn)定，對氮磷的去除效果較差。因此，需要對Ａ２/Ｏ設施的設計方案和運行模式進行優(yōu)化，提高系統(tǒng)的抗沖擊負荷能力，同時可以考慮在系統(tǒng)末端增加生態(tài)處理工藝，以適應農(nóng)村生活污水水質(zhì)水量多變的特點，強化有機物、氮、磷的去除效果。王田天等設計了一種改良Ａ２/Ｏ一體化設備用于處理分散型村落的生活污水，該裝置在傳統(tǒng)的污泥和混合液回流基礎上通過增加缺氧－厭氧回流，加強反硝化聚磷菌的富集，延長反硝化細菌在厭氧池的作用時間，在好氧－缺氧的回流比為２００％、污泥回流比為７５％、缺氧－厭氧的回流比為１５０％、好氧池末端ＤＯ濃度為１．５~２．０ｍｇ/Ｌ、厭氧池∶好氧池∶缺氧池體積比為１∶２．４∶４．６的條件下，設備的ＴＮ，ＴＰ去除效果最好，為農(nóng)村生活污水處理中Ａ２/Ｏ工藝的設計和運行提供了參考。榮懿等對Ａ２/Ｏ工藝處理農(nóng)村生活污水進行了研究，通過改進運行方式，在進水斷流時段補給污水處理系統(tǒng)自身產(chǎn)出的尾水與污泥發(fā)酵液混合液，緩解了進水水量波動和斷流帶來的沖擊負荷，提高了系統(tǒng)的脫氮除磷效果。

3.2 ＭＢＲ工藝

ＭＢＲ工藝將膜分離技術和生物處理技術相結(jié)合，反應器內(nèi)微生物量大、容積負荷高、污泥齡長、氨氮去除效果好，與Ａ２/Ｏ等工藝組合，可以進一步提高處理效率，實現(xiàn)同步脫氮除磷，但投資運行成本高、后期維護較多，常用于經(jīng)濟條件較好、環(huán)境敏感、對出水水質(zhì)要求較高的村莊。

目前倒置Ａ２/Ｏ-ＭＢＲ、兼氧ＭＢＲ一體化設備、Ａ２/Ｏ－ＭＢＲ工藝等在農(nóng)村生活污水處理領域得到推廣應用，其處理效果好、出水水質(zhì)穩(wěn)定，但也存在氮磷去除率低、膜污染、膜結(jié)垢、能耗高等問題。謝晴等將“超聲在線清洗”技術運用于Ａ２/Ｏ－ＭＢＲ系統(tǒng)中，通過對ＭＢＲ膜改性提高膜通量，采用超聲在線清洗減少反沖洗頻率、降低能耗，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，日常運行維護費約０．７元/ｍ３。凌琪等在處理農(nóng)村生活污水的Ａ２/Ｏ－動態(tài)膜生物反應器中投加改性粉煤灰，延緩了膜污染，同時提高了ＣＯＤ，ＴＰ，ＴＮ等污染物的去除效率。ＭＢＲ工藝對污染物的去除效率高、出水水質(zhì)好，加強對膜材料、清洗方式的研究，解決膜污染和膜使用壽命短的問題，降低膜反應器的能耗和投資運行成本，普及ＭＢＲ工藝在農(nóng)村污水治理方面的工程應用，對實現(xiàn)農(nóng)村生活污水的有效治理具有重要的意義。

3.3 人工濕地

人工濕地主要利用基質(zhì)、植物、微生物的協(xié)同作用去除污染物，投資運行成本低，后期運營維護簡單，種植的水生植物還具有美化環(huán)境的作用，適用于地域廣闊的農(nóng)村地區(qū)。人工濕地適用于低濃度的污水處理，在實際應用中多與其他工藝組合使用，目前厭氧＋人工濕地、ＭＢＲ＋人工濕地、氧化塘＋人工濕地、Ａ２/Ｏ＋人工濕地等組合工藝在農(nóng)村生活污水處理中都有應用。

蘭書煥等設計的生物接觸氧化＋水生蔬菜型濕地污水處理系統(tǒng)，在實現(xiàn)污水治理的同時收獲了經(jīng)濟作物，取得了顯著的環(huán)境和經(jīng)濟效益。程方奎等采用厭氧濾池－缺氧濾池－水車驅(qū)動生物轉(zhuǎn)盤－蔬菜人工濕地工藝處理生活污水，實現(xiàn)污水的原位資源化利用。在農(nóng)村生活污水治理過程中，結(jié)合農(nóng)村當?shù)丨h(huán)境，實現(xiàn)污水資源化利用，創(chuàng)造良好的環(huán)境和經(jīng)濟效益，也是一個值得關注的問題。

人工濕地中的關鍵因素是填料，填料不僅可以附著微生物，還可以吸附、截留污染物，因此人工濕地的填料選擇至關重要。篩選適合的填料提高脫氮除磷效率、緩解濕地堵塞問題，是人工濕地研究的重要方向之一。張修穩(wěn)等比較了火山石、礫石、碎石、碎磚、生物陶粒、無煙煤、高爐渣、沙、活性炭和沸石這１０種人工濕地填料對磷的吸附特性，發(fā)現(xiàn)生物陶粒和無煙煤的除磷能力較強。盧少勇等測定了火山巖等２９種天然和非天然人工濕地填料對ＮＨ３－Ｎ的吸附－解吸特性，篩選出了火山巖、生物炭、瓷砂陶粒、沸石４種適合作為人工濕地中吸附ＮＨ３－Ｎ的填料。趙仲婧等采用鐵碳微電解填料和沸石作為人工濕地的填料，發(fā)現(xiàn)鐵碳填料的微電解反應能顯著提高濕地系統(tǒng)的氨氮、總氮去除效率，尤其是對氨氮和硝態(tài)氮的去除效果更好。翟宇昆等在兩段式人工濕地的后端分別投加鐵碳填料和硫鐵礦填料，比較了2種填料對污染物去除效果的影響，發(fā)現(xiàn)鐵碳微電解填料可明顯提高對污水中氮磷污染物的處理效果，而硫鐵礦填料僅對總磷的去除稍有改善。

3.4 人工浮床

人工浮床（生態(tài)浮島）以漂浮材料為載體，將具有凈水、觀賞及經(jīng)濟價值的水生植物種植在水面上，利用植物強大的根系吸收、吸附和截留作用，削減水體中的氮、磷、ＣＯＤ等污染物質(zhì)，并以收獲植物體的形式將其移出水體，從而達到凈化水質(zhì)的效果，常用于富營養(yǎng)化水體的修復。人工浮床造價低、維護簡單，且具有良好的景觀效果。凌霄等將生態(tài)浮床技術用于南方農(nóng)村生活污水的處理，使污水首先進入地埋厭氧生物濾池進行預處理，再進入生態(tài)浮床系統(tǒng)，通過厭氧濾池的水解酸化、生化和過濾等作用，以及生態(tài)浮床的脫氮、除磷等凈化作用，實現(xiàn)了污水達標排放，且運維費用低、管理方便。張增勝等研究了生物凈化槽/強化生態(tài)浮床組合工藝處理農(nóng)村污水的效果，發(fā)現(xiàn)生物凈化槽可以對有機物進行生物降解，強化生態(tài)浮床則可進一步去除氮磷，出水水質(zhì)好。

傳統(tǒng)生態(tài)浮島技術的凈化作用以植物為主，系統(tǒng)的凈化能力有限。陳月芳等將傳統(tǒng)植物浮床、鐵碳微電解填料和常規(guī)生物填料耦合用于處理農(nóng)村污水分散處理的一級出水，在傳統(tǒng)植物浮床內(nèi)填充鐵碳填料，在浮床下方懸掛帶式填料以增加系統(tǒng)內(nèi)微生物的數(shù)量和種類，通過物化反應和微生物降解作用共同強化人工浮床的凈化效果，該工藝在冬夏季節(jié)對ＣＯＤ、ＴＰ、氨氮和總氮的去除率均達到７０％以上，對污染物的降解效果以及降解速率優(yōu)于傳統(tǒng)植物浮床和微生物填料強化浮床，且對浮床植物有明顯的促進生長作用。

3.5 穩(wěn)定塘

穩(wěn)定塘是利用天然凈化能力處理污水的設施，可利用廢棄的溝渠、水塘建設，具有投資運行成本低、能耗少、管理簡單等優(yōu)點，但也存在負荷低、處理效果差、受天氣影響明顯等問題。章銳芬采用厭氧生物－高效碳纖維生物塘系統(tǒng)處理農(nóng)村生活污水，生物塘內(nèi)布設生態(tài)浮床，浮床下部懸掛高效生態(tài)碳纖維氧化塘填料，通過強化植物吸附和微生物降解作用提高生物塘的凈水能力，脫氮除磷效果較好。張巍等將吸附技術與穩(wěn)定塘相結(jié)合，采用多級氧化塘組合工藝處理農(nóng)村污水，前置強化塘，利用黏土礦的吸附、沉淀作用強化去除氮磷，人工后置調(diào)節(jié)塘，利用秸稈、爐渣等低濃度氮磷吸附材料進一步去除氮磷，工藝運行穩(wěn)定，出水水質(zhì)好。

3.6 物化技術

污水處理的物化技術主要有化學沉淀法、吸附法、電化學技術等。

化學沉淀法在生活污水處理中常用于總磷的去除?；瘜W沉淀除磷技術運行穩(wěn)定可靠，去除率可達到８０％～９０％，但需要連續(xù)投加藥劑，配置的儲藥、溶藥、加藥設備增加了投資費用，而且操作復雜、運維費用高，不適用于農(nóng)村分散式小型污水處理裝置。王磊等以鉀明礬和羥丙基甲基纖維素醚混合制成緩釋除磷藥片，用于分散式農(nóng)村生活污水處理成套裝置的二級生物處理出水的化學除磷，使用中只需定期投加緩釋藥劑到除磷裝置內(nèi)，操作簡單，管理方便，不額外增加設備投資，適合在小型農(nóng)村生活污水處理設施中推廣應用。

吸附法用于脫氮除磷工藝簡單、能耗低、吸附速度快，在廢水除磷和回收領域具有廣闊的應用前景。馬會強等利用凹凸棒石－鋼渣復合濾料對生活污水進行吸附處理，取得了較好的脫氮除磷效果。唐舒雯等對ＭＢＲ工藝處理農(nóng)村生活污水進行了研究，通過優(yōu)化運行參數(shù)、末端增加粉煤灰多孔填料吸附除磷池強化系統(tǒng)的脫氮除磷效果，出水氮磷穩(wěn)定達到城鎮(zhèn)污水廠污染物一級Ａ排放標準。

王皓等將電化學技術與人工濕地相結(jié)合，通過電催化氧化還原法脫除氮素，利用陽極材料在電解時產(chǎn)生的金屬陽離子，生成高活性的多形態(tài)聚鐵或聚鋁絮凝劑，將水中磷酸鹽去除，強化人工濕地的氮磷去除效果。

4、結(jié)語

常用的農(nóng)村污水處理技術各有其優(yōu)點和局限性，在選擇污水處理工藝時，應充分考慮各地區(qū)的地理環(huán)境、人口規(guī)模、經(jīng)濟情況等因素。在農(nóng)村生活污水治理技術研究中，應優(yōu)先考慮污水的資源化利用，探索提高生態(tài)處理技術處理效率的方法，優(yōu)化生物處理技術的設計運行方式、提高系統(tǒng)的抗沖擊負荷、減少運行維護成本，加強物化處理技術在農(nóng)村污水處理領域的應用研究，不斷探索出適合農(nóng)村實情的經(jīng)濟、高效的污水處理技術。（來源：成都德菲環(huán)境工程有限公司）