农村生活污水出来设备工艺及原理分析

　　随着工业的发展，环境问题不断突显引起社会各界的关注，各种环保政策相继出台，重点控制城市各污染源的排放，目前城市环境污染已得到了明显的改善。随着美丽乡村建设的推进，显著促进了农村经济的发展，农村环境问题也日益严峻。为实现农村环境保护与农村经济同步发展，《全国农村环境综合整治“十三五”规划》和“乡村振兴战略”的提出，进一步强调了乡村生态环境的重要性;2018 年 5 月，李克强总理在“全国生态环境保护大会”上指出：以农村垃圾、污水治理和村容村貌提升为主攻方向，推进乡村环境综合整治，国家对农村的投入要向这方面倾斜。利好政策正助力我国农村环境产业的迅速发展。

　　而农村生活污水基础设施并不完善，甚至很多地区属于空白，均被直排或经化粪池处理后排放周边河道、坑塘或农田土壤，从而进一步污染周边环境，甚至危害人体健康。由于农村地势不平坦、农户分散、铺设管网困难，分散式农村一体化生活污水处理设备快速被推向市场，并得到了广泛应用。而一体化设备处理工艺不一，出水也受到不同工艺参数的影响，使得一体化设备在农村地区的推广受到一定限制。

　　1 生活污水一体化设备工艺论证

　　1.1 污水可生化性分析

　　所谓污水可生化性的实质是污水中所含的污染物通过微生物的生命活动来改变污染物的化学结构。污水生物处理是微生物以污水中所含有机污染物作为营养源，经过代谢活动去除水体中的污染物。故应先对污水中有机物含量进行判断，是否满足微生物处理的条件。BOD5 和 COD 作为污水中两个常用水质指标，用B/C 比来评价污水的可生化性是广泛采用的一种最为简易的方法，当 B/C>0.3，表示污水可生化处理，且比值越大，可生物处理性越好。事实上，生物处理并不要求将有机物全部分解成 CO2，H2O 和硝酸盐等，而只要求将水中污染物去除到环境所允许的程度。当前，分散式污水处理设备中主体工艺大体为厌氧/缺氧/好氧流程(包括其变种)。

　　1.2 污水处理一体化设备工艺

　　目前，活性污泥法较成熟的工艺有：A/O 脱氮法、A/O 除磷法、A2/O 法及其改进工艺及传统 SBR 系列工艺，包括 CASS 工艺和ICEAS 工艺等。

　　1.2.1 A/O 法

　　A/O 脱氮法即缺氧/好氧法，A/O 除磷法即厌氧/好氧法，污水在流经对应的功能区，在不同微生物菌群作用下，使污水中的有机物和氮/磷得到去除，其流程简图如图 1 所示。

　　如图 1a 所示，在充足供氧条件下，NH4 被硝化菌氧化为NO -和 NO -，又可经反硝化细菌将 NO -和 NO -还原为N2，达到生物脱氮的目的。如图 1b 通过除磷机理的把握，将缺氧区改成厌氧区，有利于 TP 的去除，且在厌氧释磷过程中产生能量可加快有机物的降解，而后直接进入好氧区，形成“饥饿效益”，再通过污泥沉淀达到生物除磷的目的。

　　1.2.2 A2/O 系列工艺

　　1.2.2.1 A2/O 法

　　即厌氧/缺氧/好氧活性污泥法，其流程见图 2。将厌氧池和缺氧池放入同一工艺路线中，发挥上述脱氮和除磷两者的优势，进一步提高了脱氮除磷的效果。该工艺路线简单,运行成熟良好，已被国内外广泛使用。

　　1.2.2.2 倒置A2/O 工艺(RAAO)

　　与 A2/O 相比，缺氧段位于工艺的首端，允许反硝化优先获得碳源，进一步加强了系统的脱氮能力;聚磷菌厌氧释磷后直接进入好氧环境，“饥饿效应”优势更突出，其流程见图 3。

　　1.2.2.3 UCT 工艺

　　与 A2/O 相比，混合液和污泥均先回流到缺氧池，有效防止硝酸盐氮和氧气直接进入厌氧池，再通过内回流从缺氧区回流至厌氧区，为厌氧段提供了最优的环境条件。其流程见图 4。

　　A2/O 系列工艺均是为了通过各回流或池体位置的改进，使各污染物在去除的过程中不相互干扰，甚至达到协同的处理效率，但在选择工艺或改进工艺过程中在考虑去除效率的条件下，还需考虑能耗。

　　1.2.3 SBR 系列工艺

　　该系列工艺是将 A2/O 系列工艺集于一个池体进行反应，减少了占地和污泥回流的程序，进一步从结构上优化了活性污泥工艺。也在不断地改进过程中将池体通过隔板隔开以提高工艺负荷。

　　1.2.3.1 SBR 工艺

　　SBR 工艺即序批式活性污泥法，该法集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池(进水—反应—沉淀—排水—闲置)，微生物则处于好氧、缺氧、厌氧周期性变化之中，无需污泥回流系统，其流程见图 5。

　　1.2.3.2 CASS 工艺

　　CASS 工艺即周期循环活性污泥法，是 SBR 工艺的一种变型。在前期增加了生物选择区和预反应区，能连续进水，提高了该池体的抗负荷能力。其流程见图 6。

　　1.2.3.3

　　ICEAS工艺 ICEAS 即间歇式循环延时曝气活性污泥法，与传统 SBR 相比，最大特点是：在反应器进水端设一个预反应区，整个处理过程连续进水，间歇排水，其流程见图 7。

　　1.3 各一体化设备工艺对比分析

　　上述阐述的污水处理工艺均是在传统的活性污泥法的基础上衍生转变而来，各具特色，又承接了活性污泥的机理。在生物处理过程中，微生物生存环境(F/M)是污染物去除效率最重要的因素。故污水处理工艺选择应充分考虑水质水量、经济条件及管理水平，优先选用具有技术成熟可靠、微动力、低投入、占地少等特点的污水处理工艺。

　　针对不同的水质水量和环境场地，选取适宜的处理工艺进行装备化是当前分散式农村生活污水处理的热点。各工艺进行比较，见表 1，A/O 系列工艺占地大，不能达到同时脱氮除磷的效果;SBR 系列则由于出水需采用滗水器，维护和建设成本高;这两个系列的工艺对经济落后、出水标准越来越严格的农村污水而言很少采用。对 A2/O 而言，尽管混合液和污泥需要回流，或回流影响一定的处理效果，但因其工艺成熟，能同时脱氮除磷，且可通过设备的结构设计和优化能提高污水处理效果而被广泛应用和改进，如在各池中添加各类生物填料等，已成为当前分散式农村生活污水一体化设备中的热门工艺。

　　2 生活污水处理技术原理分析

　　在采用生物脱氮除磷的活性污泥工艺中，不同污染物以不同的方式去除。其中无机污染物不能被消除，只能沉淀去除;有机物则能被相应的微生物降解彻底消除。各污染物的去除机理详细介绍如下。

　　2.1 SS 的去除

　　农村生活污水主要是厕所污水、洗衣污水、厨房污水和洗浴污水等，悬浮物较少，通过细格栅拦截下来，充分降低了生物处理的固体负荷。小颗粒有机物靠微生物的降解作用去除，而无机物(包括尺度大小在胶体和亚胶体范围内的无机颗粒)则要沉淀或活性污泥絮体的吸附、网捕作用被去除。

　　2.2 COD，BOD5 的去除

　　在生化处理工艺中，通过可生化性来确定有机物去除效率，微生物代谢消耗污水中的有机物，在厌氧或者缺氧状态下，微生物将大分子有机物转化成小分子有机物;随后进入好氧状态将小分子有机物转化成CO2 和 H2O 等稳定物质，从而使 COD 和 BOD5 得以去除。

　　2.3 NH3-N 的去除

　　污水去除低浓度氨氮方法主要采用生物法，也是污水处理中经济和常用的方法。且从经济、管理等方面考虑，物理化学法去除氨氮不适宜农村生活污水。生物法在分解有机物的同时，有机氮也被分解成氨氮，在溶解氧充足、泥龄较长的情况下，进一步被氧化成亚硝酸盐和硝酸盐，通常称之为硝化过程。其反应方程式如下：

　　NH3-N 经好氧过程被去除后直接转化成了硝酸盐和亚硝酸盐，总氮的含量并没有减少，只有将硝酸盐和亚硝酸盐转化成氮气(N2)后才能达到 TN 去除的效果，故在反硝化菌的作用下，将硝酸盐和亚硝酸盐中的氮还原成N2，从而完成污水的脱氮过程。

　　2.2 TP 的去除

　　污水除磷主要有生物除磷和化学除磷两大类。其中化学除磷工艺简单、处理效率高，除加药设备外不需要增设其他设施，因此适用于旧厂改造。但化学除磷药剂消耗量大、剩余污泥多、含水率高、污泥处理难度大。故一般污水处理优先采用生物除磷，对生活污水而言，复合生物除磷工艺能稳定使出水含磷量<1.0 mg/L(一级 B 标)，但采用单独生物除磷很难实现出水含磷量<0.5 mg/L(一级 A 标)，若要求需要达到该标准，则需辅以化学除磷装置。

　　3 结论

　　目前，随着农村环保利好政策的助力，农村环境整合整治市场巨大，尤其是针对农村生活污水的处理，因其排放标准的不确定性，市面上分散式一体化设备应用的生化工艺多种多样，各有特色，均未形成标准化的产品，加大了客户选择产品的难度。故应加大对污水处理设备工艺的研发力度，使其集聚优势于一体，政府应颁布与之相适应的的排放标准和完善农村污水排放的管理制度等，促进产学研合作，加快完成美丽乡村建设的步伐。(来源： 航天凯天环保科技股份有限公司)