农村生活污水脱氮除磷工艺

1、引言

我国农村生活污水主要来源于冲厕污水、厨房废水、日常洗涤用水以及畜禽养殖废水等，水质成分较为复杂，其污染物包括ＣＯＤ、氮、磷等营养物质及致病微生物等，尤其是营养物质氮磷是农村生活污水中的主要污染物，是水体富营养化的根源。因此，探索研究适合农村生活污水处理的脱氮除磷技术，提高农村生活污水的氮磷去除效果，对于减少氮磷排放、解决水体富营养化问题、改善地表水环境十分必要。

2、农村生活污水常用处理技术

目前农村生活污水治理工程中常用的技术主要包括生物、生态和物化处理3类，以及任意2种工艺结合的复合处理技术。生物处理技术包含好氧和厌氧生物技术，其中，好氧生物技术可分为活性污泥法（包括ＳＢＲ，Ａ/Ｏ，Ａ２/Ｏ等）和生物膜法（包括生物转盘、生物流化床、生物滤池、ＭＢＲ等）两大类；厌氧生物技术主要包括化粪池、厌氧沼气池、水解酸化池、厌氧生物滤池等。生态处理技术主要包括人工湿地、稳定塘、人工浮床、土地渗滤法等。复合处理技术主要包括ＭＢＲ－人工湿地、Ａ/Ｏ－人工湿地、Ａ２/Ｏ－人工湿地、生物滤池＋人工湿地、稳定塘＋人工湿地等多种组合形式。

3、农村生活污水处理技术应用现状及研究进展

3.1 Ａ２/Ｏ工艺

Ａ２/Ｏ生物脱氮除磷工艺较为成熟，可同时去除有机物、脱氮和除磷，在农村生活污水处理领域应用较多。陈江杰等对长三角平原地区５个镇３９个农村生活污水处理的Ａ２/Ｏ设施的处理效果进行了调研，发现因为处理设施的进水水量水质波动较大，ＣＯＤ浓度和ＣＯＤ/ＴＮ值过低，运维工作不到位，进水量、曝气量和污泥回流比等运行参数控制不当，该工艺的脱氮除磷效果不理想。

Ａ２/Ｏ工艺要达到良好的脱氮除磷效果，需对进水量、溶解氧、回流比等因素进行精确控制，而在实际应用中，由于农村生活污水水质水量多变，又缺乏专业技术人员对处理系统进行运维调试，致使Ａ２/Ｏ工艺运行不稳定，对氮磷的去除效果较差。因此，需要对Ａ２/Ｏ设施的设计方案和运行模式进行优化，提高系统的抗冲击负荷能力，同时可以考虑在系统末端增加生态处理工艺，以适应农村生活污水水质水量多变的特点，强化有机物、氮、磷的去除效果。王田天等设计了一种改良Ａ２/Ｏ一体化设备用于处理分散型村落的生活污水，该装置在传统的污泥和混合液回流基础上通过增加缺氧－厌氧回流，加强反硝化聚磷菌的富集，延长反硝化细菌在厌氧池的作用时间，在好氧－缺氧的回流比为２００％、污泥回流比为７５％、缺氧－厌氧的回流比为１５０％、好氧池末端ＤＯ浓度为１．５~２．０ｍｇ/Ｌ、厌氧池∶好氧池∶缺氧池体积比为１∶２．４∶４．６的条件下，设备的ＴＮ，ＴＰ去除效果最好，为农村生活污水处理中Ａ２/Ｏ工艺的设计和运行提供了参考。荣懿等对Ａ２/Ｏ工艺处理农村生活污水进行了研究，通过改进运行方式，在进水断流时段补给污水处理系统自身产出的尾水与污泥发酵液混合液，缓解了进水水量波动和断流带来的冲击负荷，提高了系统的脱氮除磷效果。

3.2 ＭＢＲ工艺

ＭＢＲ工艺将膜分离技术和生物处理技术相结合，反应器内微生物量大、容积负荷高、污泥龄长、氨氮去除效果好，与Ａ２/Ｏ等工艺组合，可以进一步提高处理效率，实现同步脱氮除磷，但投资运行成本高、后期维护较多，常用于经济条件较好、环境敏感、对出水水质要求较高的村庄。

目前倒置Ａ２/Ｏ-ＭＢＲ、兼氧ＭＢＲ一体化设备、Ａ２/Ｏ－ＭＢＲ工艺等在农村生活污水处理领域得到推广应用，其处理效果好、出水水质稳定，但也存在氮磷去除率低、膜污染、膜结垢、能耗高等问题。谢晴等将“超声在线清洗”技术运用于Ａ２/Ｏ－ＭＢＲ系统中，通过对ＭＢＲ膜改性提高膜通量，采用超声在线清洗减少反冲洗频率、降低能耗，系统运行稳定，日常运行维护费约０．７元/ｍ３。凌琪等在处理农村生活污水的Ａ２/Ｏ－动态膜生物反应器中投加改性粉煤灰，延缓了膜污染，同时提高了ＣＯＤ，ＴＰ，ＴＮ等污染物的去除效率。ＭＢＲ工艺对污染物的去除效率高、出水水质好，加强对膜材料、清洗方式的研究，解决膜污染和膜使用寿命短的问题，降低膜反应器的能耗和投资运行成本，普及ＭＢＲ工艺在农村污水治理方面的工程应用，对实现农村生活污水的有效治理具有重要的意义。

3.3 人工湿地

人工湿地主要利用基质、植物、微生物的协同作用去除污染物，投资运行成本低，后期运营维护简单，种植的水生植物还具有美化环境的作用，适用于地域广阔的农村地区。人工湿地适用于低浓度的污水处理，在实际应用中多与其他工艺组合使用，目前厌氧＋人工湿地、ＭＢＲ＋人工湿地、氧化塘＋人工湿地、Ａ２/Ｏ＋人工湿地等组合工艺在农村生活污水处理中都有应用。

兰书焕等设计的生物接触氧化＋水生蔬菜型湿地污水处理系统，在实现污水治理的同时收获了经济作物，取得了显著的环境和经济效益。程方奎等采用厌氧滤池－缺氧滤池－水车驱动生物转盘－蔬菜人工湿地工艺处理生活污水，实现污水的原位资源化利用。在农村生活污水治理过程中，结合农村当地环境，实现污水资源化利用，创造良好的环境和经济效益，也是一个值得关注的问题。

人工湿地中的关键因素是填料，填料不仅可以附着微生物，还可以吸附、截留污染物，因此人工湿地的填料选择至关重要。筛选适合的填料提高脱氮除磷效率、缓解湿地堵塞问题，是人工湿地研究的重要方向之一。张修稳等比较了火山石、砾石、碎石、碎砖、生物陶粒、无烟煤、高炉渣、沙、活性炭和沸石这１０种人工湿地填料对磷的吸附特性，发现生物陶粒和无烟煤的除磷能力较强。卢少勇等测定了火山岩等２９种天然和非天然人工湿地填料对ＮＨ３－Ｎ的吸附－解吸特性，筛选出了火山岩、生物炭、瓷砂陶粒、沸石４种适合作为人工湿地中吸附ＮＨ３－Ｎ的填料。赵仲婧等采用铁碳微电解填料和沸石作为人工湿地的填料，发现铁碳填料的微电解反应能显著提高湿地系统的氨氮、总氮去除效率，尤其是对氨氮和硝态氮的去除效果更好。翟宇昆等在两段式人工湿地的后端分别投加铁碳填料和硫铁矿填料，比较了2种填料对污染物去除效果的影响，发现铁碳微电解填料可明显提高对污水中氮磷污染物的处理效果，而硫铁矿填料仅对总磷的去除稍有改善。

3.4 人工浮床

人工浮床（生态浮岛）以漂浮材料为载体，将具有净水、观赏及经济价值的水生植物种植在水面上，利用植物强大的根系吸收、吸附和截留作用，削减水体中的氮、磷、ＣＯＤ等污染物质，并以收获植物体的形式将其移出水体，从而达到净化水质的效果，常用于富营养化水体的修复。人工浮床造价低、维护简单，且具有良好的景观效果。凌霄等将生态浮床技术用于南方农村生活污水的处理，使污水首先进入地埋厌氧生物滤池进行预处理，再进入生态浮床系统，通过厌氧滤池的水解酸化、生化和过滤等作用，以及生态浮床的脱氮、除磷等净化作用，实现了污水达标排放，且运维费用低、管理方便。张增胜等研究了生物净化槽/强化生态浮床组合工艺处理农村污水的效果，发现生物净化槽可以对有机物进行生物降解，强化生态浮床则可进一步去除氮磷，出水水质好。

传统生态浮岛技术的净化作用以植物为主，系统的净化能力有限。陈月芳等将传统植物浮床、铁碳微电解填料和常规生物填料耦合用于处理农村污水分散处理的一级出水，在传统植物浮床内填充铁碳填料，在浮床下方悬挂带式填料以增加系统内微生物的数量和种类，通过物化反应和微生物降解作用共同强化人工浮床的净化效果，该工艺在冬夏季节对ＣＯＤ、ＴＰ、氨氮和总氮的去除率均达到７０％以上，对污染物的降解效果以及降解速率优于传统植物浮床和微生物填料强化浮床，且对浮床植物有明显的促进生长作用。

3.5 稳定塘

稳定塘是利用天然净化能力处理污水的设施，可利用废弃的沟渠、水塘建设，具有投资运行成本低、能耗少、管理简单等优点，但也存在负荷低、处理效果差、受天气影响明显等问题。章锐芬采用厌氧生物－高效碳纤维生物塘系统处理农村生活污水，生物塘内布设生态浮床，浮床下部悬挂高效生态碳纤维氧化塘填料，通过强化植物吸附和微生物降解作用提高生物塘的净水能力，脱氮除磷效果较好。张巍等将吸附技术与稳定塘相结合，采用多级氧化塘组合工艺处理农村污水，前置强化塘，利用黏土矿的吸附、沉淀作用强化去除氮磷，人工后置调节塘，利用秸秆、炉渣等低浓度氮磷吸附材料进一步去除氮磷，工艺运行稳定，出水水质好。

3.6 物化技术

污水处理的物化技术主要有化学沉淀法、吸附法、电化学技术等。

化学沉淀法在生活污水处理中常用于总磷的去除。化学沉淀除磷技术运行稳定可靠，去除率可达到８０％～９０％，但需要连续投加药剂，配置的储药、溶药、加药设备增加了投资费用，而且操作复杂、运维费用高，不适用于农村分散式小型污水处理装置。王磊等以钾明矾和羟丙基甲基纤维素醚混合制成缓释除磷药片，用于分散式农村生活污水处理成套装置的二级生物处理出水的化学除磷，使用中只需定期投加缓释药剂到除磷装置内，操作简单，管理方便，不额外增加设备投资，适合在小型农村生活污水处理设施中推广应用。

吸附法用于脱氮除磷工艺简单、能耗低、吸附速度快，在废水除磷和回收领域具有广阔的应用前景。马会强等利用凹凸棒石－钢渣复合滤料对生活污水进行吸附处理，取得了较好的脱氮除磷效果。唐舒雯等对ＭＢＲ工艺处理农村生活污水进行了研究，通过优化运行参数、末端增加粉煤灰多孔填料吸附除磷池强化系统的脱氮除磷效果，出水氮磷稳定达到城镇污水厂污染物一级Ａ排放标准。

王皓等将电化学技术与人工湿地相结合，通过电催化氧化还原法脱除氮素，利用阳极材料在电解时产生的金属阳离子，生成高活性的多形态聚铁或聚铝絮凝剂，将水中磷酸盐去除，强化人工湿地的氮磷去除效果。

4、结语

常用的农村污水处理技术各有其优点和局限性，在选择污水处理工艺时，应充分考虑各地区的地理环境、人口规模、经济情况等因素。在农村生活污水治理技术研究中，应优先考虑污水的资源化利用，探索提高生态处理技术处理效率的方法，优化生物处理技术的设计运行方式、提高系统的抗冲击负荷、减少运行维护成本，加强物化处理技术在农村污水处理领域的应用研究，不断探索出适合农村实情的经济、高效的污水处理技术。（来源：成都德菲环境工程有限公司）