天津眾邁農(nóng)村一體化生活污水處理設(shè)備評(píng)析與研究

我國(guó)農(nóng)村居民的生活水平大大改善。農(nóng)村供水事業(yè)不斷發(fā)展，由于淋浴、洗衣機(jī)、沖廁等衛(wèi)生設(shè)施的普及，農(nóng)村生活排水不斷增加。根據(jù)2010年人口普查新數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)現(xiàn)有近7億農(nóng)村人口，污水排放量巨大。2005年10月，建設(shè)部組織對(duì)9省43縣74村莊調(diào)查顯示，96%的村莊沒(méi)有排水溝渠和污水處理系統(tǒng)，生產(chǎn)生活污水未經(jīng)處理沿道路邊溝或路面排放至就近水體，對(duì)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重危害，已經(jīng)成為新的區(qū)域性水環(huán)境的重要污染源。鑒于我國(guó)污水處理事業(yè)存在著較大的資金缺口，水處理行業(yè)對(duì)水設(shè)備投資的資金壓力，與大型傳統(tǒng)的污水處理系統(tǒng)相比，具有投資低、能耗少、處理效率高、占地面積小、管理方便等一系列優(yōu)勢(shì)的一體化污水處理設(shè)備更加符合我國(guó)的國(guó)情與發(fā)展形勢(shì)。在這樣的契機(jī)與形勢(shì)下，一體化污水處理設(shè)備在廣大的農(nóng)村地區(qū)已經(jīng)并將繼續(xù)得到廣泛的推廣與應(yīng)用。

1農(nóng)村生活污水特征

1.1水質(zhì)特征

農(nóng)村生活污水水質(zhì)與農(nóng)村的地理環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、生活習(xí)慣等多種因素有關(guān)。根據(jù)已有的調(diào)查數(shù)據(jù)分析，大部分農(nóng)村生活污水的性質(zhì)相差不大，污水的水質(zhì)也比較穩(wěn)定，相對(duì)于城市污水，有機(jī)物、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物含量較高，一般不含有毒物質(zhì)，污水中還含有合成洗滌劑以及細(xì)菌、病毒、寄生蟲(chóng)卵等，不同時(shí)段的水質(zhì)也不同。

1.2水量特征

農(nóng)村的生活污水水量一般都比較小，排放比較分散，變化幅度大，一天之中，上午、中午、下午都有個(gè)高峰時(shí)段，夜間基本不外排水。高峰時(shí)段的出現(xiàn)與季節(jié)、當(dāng)?shù)剞r(nóng)村的生活習(xí)慣等因素有關(guān)。

2一體化污水處理設(shè)備的發(fā)展優(yōu)勢(shì)

一體化污水處理設(shè)備的資金投入低、空間利用少、處理效率高、管理方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，使其與大型傳統(tǒng)的污水處理系統(tǒng)相比，在農(nóng)村地區(qū)具有更加廣闊的發(fā)展前景和不可替代的優(yōu)勢(shì)。

2.1充分利用社會(huì)閑散資金，減少資金投入

建設(shè)大型傳統(tǒng)的污水處理系統(tǒng)往往需要較多的資金。當(dāng)前，我國(guó)污水處理事業(yè)存在著較大的資金缺口，但又存在著大量小額社會(huì)閑散資金難以利用的情況。一體化污水處理設(shè)備資金投入小，可以有效地利用這些社會(huì)閑散資金，使農(nóng)村污水處理事業(yè)更加順利地開(kāi)展進(jìn)行。

2.2有效節(jié)約建筑空間，降低土地利用成本

建筑大型的污水處理廠通常需要耗費(fèi)大量的建筑面積，占用大量的土地，破壞生態(tài)環(huán)境。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和城市化的加快進(jìn)程，尤其在東部發(fā)達(dá)地區(qū)，土地利用成本越來(lái)越高。一體化污水處理設(shè)備則不需要利用太多的土地，且可以采用地埋處理，節(jié)約了空間，進(jìn)一步地減少了投資代價(jià)，同時(shí)也不會(huì)對(duì)生活區(qū)或景區(qū)造成景觀破壞。

2.3緩解市政管道建設(shè)壓力，降低污水管網(wǎng)規(guī)模

對(duì)于農(nóng)村地區(qū)以及一些邊遠(yuǎn)地區(qū)，管網(wǎng)覆蓋率通常較低，建設(shè)大型的污水處理廠，通常需要配套建設(shè)大規(guī)模的市政管道，這樣既耗費(fèi)大量資金，又不便于管理。采用一體化污水處理設(shè)備，可以緩解市政管道的建設(shè)壓力。另外，對(duì)于分流制排水系統(tǒng)，經(jīng)一體化污水處理設(shè)備處理過(guò)的污水可以直接排入雨水管道或就近排入水體，既不污染環(huán)境，也不增加污水管道的壓力。

2.4節(jié)約水資源，有效實(shí)現(xiàn)中水回用

隨著農(nóng)村地區(qū)對(duì)水資源需求的日益增大，水資源的匱乏將是未來(lái)限制農(nóng)村地區(qū)發(fā)展的重大問(wèn)題。經(jīng)一體化污水處理設(shè)備處理過(guò)的污水可以達(dá)到國(guó)家規(guī)定的中水回用標(biāo)準(zhǔn)，可以重新利用，節(jié)約水資源，較大型傳統(tǒng)的污水處理系統(tǒng)體現(xiàn)出更大的優(yōu)勢(shì)。

2.5高度集成水處理技術(shù)，推動(dòng)水處理行業(yè)的革新

一體化污水處理設(shè)備實(shí)現(xiàn)了污水處理的集成化，使原本單一的技術(shù)集成到一個(gè)設(shè)備中。一體化設(shè)備技術(shù)自80年代初引入到我國(guó)以來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)污水處理要求的逐漸提高，一體化的集成化程度將不斷提高，這將大大地推動(dòng)水處理行業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展與革新。

3一體化污水處理設(shè)備常用主體工藝

一體化污水處理設(shè)備采用的主體工藝以A/O(厭氧-好氧活性污泥法)工藝為主。隨著污水處理要求的不斷提高與多元化需求，MBR(膜生物反應(yīng)器)工藝、SBR(序批式活性污泥法)工藝也作為主體工藝運(yùn)用到一體化污水處理設(shè)備中。由于采用其他工藝作為主體工藝的一體化污水處理設(shè)備效率較低或應(yīng)用不廣等原因，故筆者不予以分析比較。

3.1A/O主體工藝

3.1.1工藝原理

厭氧-好氧活性污泥法(Anoxic/Oxic，簡(jiǎn)稱(chēng)A/O)是由厭氧和好氧兩部分反應(yīng)組成的污水生物處理工藝。污水進(jìn)入?yún)捬醭睾?，與回流污泥混合?；钚晕勰嘀械木哿拙谶@一過(guò)程中大量吸收污水中的BOD，并將污泥中的磷以正磷酸鹽的形式釋放到混合液中?；旌弦哼M(jìn)入好氧池后，有機(jī)物被氧化分解，同時(shí)聚磷菌大量吸收混合液中的正磷酸鹽到污泥中。由于聚磷菌在好氧條件下吸收的磷多于厭氧條件下釋放的磷，因此，污水經(jīng)過(guò)“厭氧-好氧"的交替作用和二沉池的污泥分離作用，終達(dá)到除磷的目的。

3.1.2工藝特點(diǎn)

采用A/O工藝作為主體工藝的一體化污水處理設(shè)備具備降低有機(jī)污染物和除磷脫氮的功能，也不存在污泥膨脹問(wèn)題，運(yùn)行管理較簡(jiǎn)便。由于填料的比表面積大，池內(nèi)的充氧條件良好，生物接觸氧化池內(nèi)單位容積的生物固體量高，再加上污泥回流，反應(yīng)池內(nèi)活性污泥濃度較高，因此兼有活性污泥法的特點(diǎn)，具有較高的容積負(fù)荷。由于生物固體量多，當(dāng)有機(jī)容積負(fù)荷較高時(shí)，其F/M比可以保持在一定水平，因此，污泥產(chǎn)量可相當(dāng)于或低于活性污泥法。該工藝操作簡(jiǎn)單，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低，處理效果好，運(yùn)行穩(wěn)定，是目前較為成熟的生活污水處理工藝，能有效地確保污水達(dá)標(biāo)排放。

3.1.3工藝流程說(shuō)明

生活污水經(jīng)格柵進(jìn)入調(diào)節(jié)池后，由污水泵抽送至*生物處理池(兼氧池)，兼氧池內(nèi)掛有彈性填料，通過(guò)吸附在填料上的兼氧細(xì)菌的吸附水解作用，使污水中對(duì)生物細(xì)菌有抑制作用和難以生物降解的有機(jī)物水解，大分子的有機(jī)物水解為小分子的有機(jī)物，并對(duì)固體有機(jī)物進(jìn)行降解，減少了污泥量，降低污水中懸浮固體的含量，并利用污水中的有機(jī)物作為碳源，使從后級(jí)好氧段回流的硝化液中的硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮在兼氧脫氮菌的作用下形成氣態(tài)氮從污水中逸出，達(dá)到脫氮的目的，從而降解污水中有機(jī)污染物，提高污水的生化可降解性，并去除污水中的氨氮和懸浮物。兼氧池出水進(jìn)入O級(jí)好氧接觸氧化池，好氧池內(nèi)好氧微生物在水體中有充足溶解氧的情況下，利用污水中的可溶性污染物進(jìn)行新陳代謝，從而達(dá)到去除污水中可溶解性污染物的目的。好氧池出水自流入二沉池，污水中大部分懸浮物能在此得以有效去除。二沉池出水自流入中間水池貯存，再由中間水泵提升到砂過(guò)濾器去除水中膠體、顆粒、懸浮雜質(zhì)，確保出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后，消毒排放。經(jīng)格柵處攔截的柵渣定期清理外運(yùn)，二沉池中的污泥部分回流至*生物處理池，另一部分污泥至污泥池使污泥進(jìn)行好氧穩(wěn)定消化，減少污泥體積和臭氣排放，消化池上清液溢流回到調(diào)節(jié)池進(jìn)行循環(huán)處理。剩余污泥定期抽送出設(shè)備罐體外運(yùn)處置。

3.2MBR主體工藝

3.2.1工藝原理。

膜生物反應(yīng)器(MembraneBioreactor，簡(jiǎn)稱(chēng)MBR)技術(shù)是活性污泥生物處理技術(shù)與膜分離技術(shù)相結(jié)合的一種新工藝。它不同于活性污泥法，不使用沉淀池進(jìn)行固液分離，而是使用中空纖維膜替代沉淀池，因此具有高效固液分離性能。同時(shí)利用膜的特性，使活性污泥不隨出水流失，在生化池中形成8000～12000mg/L超高濃度的活性污泥濃度，使污染物分解*，因此，出水水質(zhì)良好、穩(wěn)定，出水細(xì)菌、懸浮物和濁度接近于零。

3.2.2工藝特點(diǎn)。

MBR處理工藝對(duì)水質(zhì)的適應(yīng)性好，耐沖擊負(fù)荷性能好，出水水質(zhì)優(yōu)良、穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生污泥膨脹;池中采用新型彈性立體填料，比表面積大，微生物易掛膜，脫膜，在同樣有機(jī)物負(fù)荷條件下，對(duì)有機(jī)物去除率高，能提高空氣中的氧在水中溶解度;工藝簡(jiǎn)單，不必單獨(dú)設(shè)立沉淀、過(guò)濾等固液分離池，占地面積少，水力停留時(shí)間大大縮短;污泥排放量少，只有傳統(tǒng)工藝的30%，污泥處理費(fèi)用低，但一次性投資較高。

3.2.3工藝流程說(shuō)明。

污水經(jīng)格柵進(jìn)人調(diào)節(jié)池后，經(jīng)提升泵進(jìn)入生物反應(yīng)器，通過(guò)PLC控制器開(kāi)啟鼓風(fēng)機(jī)充氧，生物反應(yīng)器出水經(jīng)循環(huán)泵進(jìn)入膜分離處理單元，濃水返回調(diào)節(jié)池。反沖洗泵利用清洗池中處理水對(duì)膜處理設(shè)備進(jìn)行反沖洗，反沖污水返回調(diào)節(jié)池。通過(guò)生物反應(yīng)池內(nèi)的水位控制提升泵的啟閉。膜單元的過(guò)濾操作與反沖洗操作可自動(dòng)或手動(dòng)控制。當(dāng)膜單元需要化學(xué)清洗操作時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水閥和污水循環(huán)閥，打開(kāi)藥洗閥和藥劑循環(huán)閥，啟動(dòng)藥液循環(huán)泵，進(jìn)行化學(xué)清洗操作。MBR工藝是高效膜分離技術(shù)與活性污泥法有機(jī)結(jié)合的新型污水處理技術(shù)，它利用膜的高效截留作用，將生化反應(yīng)池中的活性污泥和大分子有機(jī)物截留住，省掉了初沉池和二沉池，進(jìn)行固液分離，有效地達(dá)到了泥水分離的目的。活性污泥濃度因此大大提高，水力停留時(shí)間和污泥停留時(shí)間可以分別控制，而難降解的大分子有機(jī)物，延長(zhǎng)其在反應(yīng)器的停留時(shí)間，使之得到大限度的分解，大大強(qiáng)化了生物反應(yīng)器的功能。

3.3SBR主體工藝

3.3.1工藝原理

序批式活性污泥法(SequencingBatchReactor，簡(jiǎn)稱(chēng)SBR法)是一種間歇式活性污泥法。SBR工藝在運(yùn)行操作上的優(yōu)點(diǎn)是將曝氣、反應(yīng)、沉淀、排水等單元操作工序按時(shí)間順序在同一個(gè)反應(yīng)池中反復(fù)進(jìn)行。其運(yùn)行次序一般分為進(jìn)水期、反應(yīng)期、沉淀期、排水期和閑置期5個(gè)階段，5個(gè)階段所需的時(shí)間稱(chēng)為一個(gè)周期[6]。一個(gè)周期內(nèi)，各個(gè)階段的運(yùn)行時(shí)間、反應(yīng)池混合液的濃度以及運(yùn)行狀況等都可以根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)與運(yùn)行功能靈活操作。只要有效地控制與變換各階段的操作，SBR法就能在一定的范圍內(nèi)適應(yīng)水質(zhì)、水量的變化;而且，在進(jìn)水與反應(yīng)階段，缺氧(或厭氧)與好氧狀態(tài)交替出現(xiàn)，有效地抑制了專(zhuān)性好氧菌的過(guò)量增長(zhǎng)繁殖，同時(shí)，較短的污泥齡又使絲狀菌無(wú)法大量繁殖，由此克服了常規(guī)活性污泥易使污泥膨脹的弊端

3.3.2工藝特點(diǎn)

采用SBR法作為主體工藝的一體化污水處理設(shè)備具有工藝流程簡(jiǎn)單，構(gòu)筑物少的特點(diǎn)。該工藝不需設(shè)置污泥回流設(shè)施，不設(shè)二沉池，曝氣池容積也小于傳統(tǒng)連續(xù)式活性污泥法，易產(chǎn)生污泥膨脹的現(xiàn)象。通過(guò)調(diào)節(jié)運(yùn)行，不僅去除COD，而且可以有效地脫氮除磷。該工藝對(duì)水質(zhì)水量變化適應(yīng)性強(qiáng)，出水水質(zhì)較穩(wěn)定，適合間歇排放的污水，可由PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)靈活控制運(yùn)行工序。但SBR法屬于間歇式活性污泥法，排水時(shí)間短，且排水時(shí)要求不攪動(dòng)沉淀污泥層，因而需要專(zhuān)門(mén)的排水設(shè)備(潷水器)，且對(duì)潷水器的要求較高。上述原因?qū)е虏捎迷摴に囎鳛橹黧w工藝的一體化設(shè)備處理效率不高。運(yùn)行費(fèi)用低。

3.3.3工藝流程說(shuō)明

污水經(jīng)過(guò)格柵去除掉較大的漂浮物，然后流入到調(diào)節(jié)池進(jìn)行均質(zhì)、均量。出水經(jīng)提升泵提升后，進(jìn)入主反應(yīng)SBR設(shè)備池，由經(jīng)曝氣、反應(yīng)、沉淀、排水一系列操作工序后，下部污泥進(jìn)入污泥儲(chǔ)存池，上清液經(jīng)潷水器潷水后進(jìn)入中間水池，經(jīng)過(guò)消毒工藝處理后，作為回用中水或達(dá)標(biāo)水體排放。進(jìn)入污泥儲(chǔ)存池的污泥經(jīng)壓濾后抽排外運(yùn)，上清液回流至調(diào)節(jié)池。

3.4常用主體工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比

現(xiàn)以一體化生活污水處理設(shè)備處理量為120m3/d，對(duì)3種常用主體工藝進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較(表1)。由表1可知，A/O主體工藝總投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用較低，在出水水質(zhì)不作較高要求時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮采用該主體工藝一體化處理設(shè)備;MBR主體工藝出水水質(zhì)可穩(wěn)定符合GB18918-2002一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，但工藝設(shè)備相對(duì)復(fù)雜，總體投資與運(yùn)行費(fèi)用較高，建議土地利用成本較高的東部地區(qū)，發(fā)展較好的農(nóng)村地區(qū)使用;SBR主體工藝對(duì)進(jìn)水水質(zhì)有很高的抗沖擊能力，該工藝流程簡(jiǎn)單，設(shè)備少，由于該工藝屬于間歇式活性污泥法，對(duì)于進(jìn)水水質(zhì)、水量不穩(wěn)定的地區(qū)，可以考慮使用此工藝。

4結(jié)論

(1)一體化生活污水處理設(shè)備具有投資低、能耗少、處理效率高、占地面積小、管理方便等一系列優(yōu)勢(shì)，可以有效地緩解管網(wǎng)建設(shè)壓力，適合農(nóng)村地區(qū)分散式污水處理，在我國(guó)農(nóng)村地區(qū)具有廣闊的發(fā)展前景。

(2)在一體化生活污水處理設(shè)備的常用主體工藝中，A/O主體工藝技術(shù)成熟，發(fā)展穩(wěn)定，在工程投資和運(yùn)行成本上體現(xiàn)出較大的優(yōu)勢(shì);MBR主體工藝在出水水質(zhì)及出水穩(wěn)定性上更優(yōu)，但投資和運(yùn)營(yíng)成本較高，管理方面相對(duì)復(fù)雜，隨著膜組件生產(chǎn)工藝的不斷發(fā)展革新，MBR主體工藝顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿?SBR主體工藝流程簡(jiǎn)單，設(shè)備少，但由于屬于間歇性活性污泥法，處理效率不高，且對(duì)潷水器的要求較高，常僅在水質(zhì)水量變化較大的地區(qū)使用。對(duì)于具體的農(nóng)村一體化生活污水處理設(shè)備主體工藝選擇，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)厮|(zhì)、水量的特點(diǎn)，綜合上述技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素予以考慮。

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