村镇污水处理传统工艺研究

 摘要：探讨了传统A/O、A/A/O及改良式AAO工艺在村镇分散污水处理中的应用及一体化污水处理技术的发展进程，分析了传统工艺在城镇分散污水处理中的优缺点，阐述了一体化污水处理技术的发展，提出了一体化污水处理技术在低碳氮比村镇污水处理中的应用研究建议，为研发简便、可靠、高效、节能环保的一体化污水处理工艺提供参考。

关键词：分散污水处理；传统污水处理；一体化污水处理；村镇污水

城镇污水由于分散、规模小，传统的污水原处理工艺对管网的基础设施、工艺等方面的要求较高等原因，导致城镇污水对村镇环境造成了污染，村镇分散污水处理已成为传统污水治理之后的又一个热点，其治理成效将影响我国黑臭水体治理效果及生态环境状况。因此，研发适合村镇污水处理工艺对改善城镇化过程中人居环境具有重要的意义。

1村镇污水处理概况

1.1村镇污水特征

村镇污水主要包括居民生活污水、养殖废水，学校、医院、服务机构及各种公共设施排水，以及部分工业废水和雨水等。具有以下明显特点[1]。（1）生活污水的比重较大，受地区生活习惯、环境管理、设施完善程度等因素的影响，水质有较大的不均匀性。（2）村镇人口相对较少，污水水量小且分散，水量不稳定，不易收集；市场对某种行业或是产品的社会需求量不同也会影响废水量的变化；受雨季及用水的影响，水量的变化系数较大。（3）污染物主要含有TOC、TN、TP，生活污水中含有大量的氮和磷，有机物浓度相对较低，属于典型的低碳氮比污水。

1.2村镇污水处理工艺概述

随着我国对水环境质量要求的提高，修订后的《污水综合排放标准》（GB8978-1996）特别对出水氮、磷含量加严了要求，现有污水处理设施重点考虑达到氮、磷排放标准，由此研发了多种脱氮除磷工艺[2]。而针对我国村镇分散污水处理的工艺技术应满足以下要求：低碳氮比污染物处理效果好，出水氮磷达标；投资少，能耗低；占地面积小，一体化设计；污泥排放量少，运行和维护简单，操作管理方便。

1.2.1A/O工艺

20世纪80年代初开发的A/O（Anoxic/Oxic）工艺是目前较为广泛使用的一种脱氮工艺。在缺氧反硝化时，反硝化菌以污水中的有机碳为碳源，以硝化回流液为电子受体，进而完成反硝化脱氮[3]。主要优点：硝化反应消耗碱度可通过反硝化产生碱度得到一定的补充；缺氧、好氧池的顺序有利于减轻好氧池负荷，提高有机物的去除率；以原污水为碳源，降低了建设运行费用。主要缺点：由于没有独立的污泥回流系统，培养出的污泥不能去除难降解的物质；较大的内循环比加大了运行费用；内循环液携带一定的溶解氧，进而破坏了严格的缺氧环境，影响反硝化脱氮效果。

1.2.2A/A/O工艺

A/A/O（Aerobic/Anoxic/Oxic）工艺是在A/O工艺的基础上增设厌氧池而开发的具有同步脱氮除磷功能的工艺，可用于二级污水处理、三级污水处理、中水回用，具有较好的脱氮除磷效果[4]。出水进入二沉池进行泥水分离，上清液及一部分剩余污泥进行排放，一部分污泥回流至厌氧反应器。污水与含磷回流污泥进入厌氧区，在释磷菌作用下释放磷并产生能量，同时降解部分有机物。出水进入缺氧池后，利用从好氧区回流至缺氧区的混合液完成反硝化脱氮，最后进入好氧区，进行氧化降解有机物、吸收磷和硝化反应，最终实现同步脱氮除磷功能。主要优点：水力停留时间少于其他类工艺；厌氧、缺氧、好氧交替运行，丝状菌增殖少，减少了污泥膨胀的可能性；具有较好的脱氮除磷效果。主要缺点：除磷效果很难进一步提高，污泥增长有一定限度，尤其是处理低碳氮比城镇污水；内回流不宜太大使得脱氮效果受到一定限制；由于硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在有机负荷、泥龄以及碳源需求上存在矛盾和竞争，影响氮、磷的去除效果[5]。

1.2.3改进AAO工艺

为解决AAO工艺碳源竞争及同步脱氮除磷的矛盾，研究者做了大量的工艺改进，开发了以下工艺：解决硝酸盐干扰释磷问题的UCT工艺；针对碳源不足而改变进水方式提出的倒置AAO工艺，及新型同步硝化反硝化脱氮除磷工艺，如Dephanox[6]等。南非开普敦大学[7]（Uni-versityofCapeTown）提出的UCT脱氮除磷工艺将污泥回流由厌氧区改到缺氧区，使污泥经反硝化后再回流至厌氧区，减小了硝酸盐对厌氧区释磷的影响。UCT工艺的缺氧池分为两部分接受二沉池回流污泥和好氧区硝化混合液，使污泥的脱氮与混合液的脱氮分开进行，进而减少反硝化不充分的硝酸盐进入厌氧区[8]。同济大学高廷耀[9]等为了解决AAO工艺中碳源竞争矛盾，把缺氧区放在工艺最前端，厌氧区置后，开发了对常规除磷脱氮工艺提出一种新的碳源分配方式的倒置AAO工艺。Wanner[10]率先开发出第一个以厌氧污泥中的PHB（聚羟基丁酸酯）为反硝化碳源的工艺，在AAO工艺的厌氧池与缺氧池之间增设一中间沉淀池和固定膜反应池，为反硝化除磷细菌提供了所需的环境和基质，进而开发了一种强化除磷的DEPHANOX工艺。改进AAO工艺的特点：通过改变碳源分配方式提高缺氧段反硝化能力，提高系统的脱氮能力；充分利用聚磷菌在厌氧条件下形成的吸磷动力，回流污泥的释磷与吸磷效果得到提高；污泥及混合液回流过程中的动力消耗低。该类工艺在脱氮除磷效果上虽有所提高，但一体化程度低，存在反应器体积较大、投资和运行费用高等缺点[11]。

2一体化村镇分散污水处理工艺发展

现代分散污水处理技术发展的总趋势是趋向于一体化设计，一系列一体化污水处理新工艺得到较好的开发应用，该类工艺大大减少了占地面积，改变了传统工艺在时间和空间上的布置形式，并大大简化了水处理工艺的流程，适合用于处理城镇污水。该类工艺根据空间和时间可以归结为两类[12]：一类是对反应器的内部空间进行合理分区，如对空间上的厌氧区-缺氧区-好氧区进行一体化设计等。另一类是将反应、沉淀等工序按时间顺序进行调配的一体化氧化沟工艺等。M.Ro[13]等研究的一种厌氧-缺氧-好氧复合反应器，污水依次通过厌氧区、缺氧区和好氧区，取得了较好的一体化污水处理效果。由Pasveer[14]研制的一体化氧化沟（OmbinedOxidationDitch）成功的将集曝气、沉淀、泥水分离和污泥回流实现一体化，开发后迅速得到发展。比利时史格斯清水公司开发的UNITANK是专利技术，无需二次沉淀池、污泥回流系统简单且容易实现自动控制，建成投产后效果良好[15]。英国学者Lockett[16]采用将反应曝气、沉淀、出水、污泥回流基于一体的SBR反应器（SequencingBatchReactor），投资和运行费用大大降低，改善了污泥特性，工艺简单且有较好的脱氮除磷效果。一体化工艺优点：将传统生物处理工艺的反应、沉淀和污泥回流一体化，减少了占地面积，提高了工艺对分散污水抗冲击负荷能力；工艺简单，施工安装及运行费用低，运行管理方便，能耗低；脱氮除磷反应能在一个反应器内同时连续发生，减小了反应器容积，节省了反应时间，对负荷变化适应性强；剩余污泥量少，减少了二次污染及污泥处理成本[17]。没有厌氧、缺氧、好氧明显分区的一体化设备有利于硝化和反硝化反应的进行，进而达到更好的脱氮除磷目的，同时为聚磷菌在缺氧环境中以硝酸盐作为电子受体进行吸磷反应提供了环境，进而完成反硝化除磷，这是业内研究开发新型脱氮除磷工艺的重点和热点。一体化工艺的缺点：现有一体化工艺的最大缺点就是处理低碳氮比污水时脱氮除磷的效率仍存在一定限制，不能较好地应用到村镇分散污水处理领域，污水量不稳定导致工艺设备利用率较低，生物处理调试运行受外界环境要求较大，自动化程度要求高，因而研究与开发高效脱氮除磷技术以及相关成套设备对处理村镇分散污水具有重要意义[18、19]。目前我国能够实现同步硝化反硝化及反硝化除磷的环保、节能一体化工艺仍较少。因此，开发经济、高效、低耗的新型脱氮除磷一体化工艺仍是国内外的研究热点[20]。

3结论

（1）针对村镇污水处理工程的设计规范、标准、法规等较少，没有相适应的工艺，而是延用和照搬大、中型规模城市污水处理工艺，因此建设运行费用高、占地面积大，开发适合村镇分散污水处理的一体化污水处理技术尤为关键。

（2）现有一体化工艺的最大缺点是脱氮除磷的效率较低，不能满足村镇污水处理的需要，因而研究与开发高效脱氮除磷技术以及相关成套设备具有重要的现实意义。