2014 年以來，國(guó)務(wù)院先后印發(fā)了《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于改善農(nóng)村人居環(huán)境的指導(dǎo)意見》( 國(guó)發(fā)〔2014〕25號(hào)) 、《國(guó)務(wù)院關(guān)于深入推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的若干意見》( 國(guó)發(fā)〔2016〕8 號(hào)) ，以及《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于 創(chuàng)新農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施投融資體制機(jī)制的指導(dǎo)意見》( 國(guó)辦發(fā)〔2017〕17 號(hào)) 、《農(nóng)村人居環(huán)境整治三年行動(dòng)方案》，均明確指出加快農(nóng)村環(huán)境綜合整治，加強(qiáng)農(nóng)村污水收集處理設(shè)施建設(shè)。在農(nóng)村和鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理設(shè)施建設(shè)不斷推進(jìn)的同時(shí)，許多地方暴露出進(jìn)水有機(jī)物濃度過低的問題，嚴(yán)重影響了污水處理設(shè)施正常運(yùn)行效果，且并未得到研究人員的充分重視。為防止低濃度生活污水進(jìn)一步影響污水處理廠( 站) 設(shè)計(jì)處理能力的正常發(fā)揮，本文就這一問題進(jìn)行了探討，提出了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)策略，對(duì)于低濃度村鎮(zhèn)生活污水的處理具有一定的指導(dǎo)意義。
1 低濃度生活污水現(xiàn)象
低濃度生活污水，主要是指污水處理廠( 站) 進(jìn)水有機(jī)物濃度低于典型生活污水的有機(jī)物濃度，即 ρ( COD) <250 mg / L、ρ( BOD5) <100 mg / L 。我國(guó)村鎮(zhèn)污水處理廠( 站) 、城市污水處理廠均存在低濃度生活污水的現(xiàn)象。例如，張靜等[2]就巢湖流域內(nèi) 19個(gè)已建成運(yùn)行的村鎮(zhèn)污水廠進(jìn)行調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，16 個(gè)村鎮(zhèn)污水廠的進(jìn)水 ρ( COD) < 100 mg / L; 周曉莉等[3]監(jiān)測(cè)江蘇省 20 個(gè)村級(jí)生活污水處理設(shè)施 1 年后發(fā)現(xiàn)，進(jìn)水 ρ( COD) 年平均值為 154. 6 mg / L，全年進(jìn)水 ρ( COD) <100 mg / L 的樣本占總數(shù)的 61. 9%。
此外，1999 年有文獻(xiàn)報(bào)道[4]南方多個(gè)城市污水處理廠的實(shí)際運(yùn)行水質(zhì)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值，為設(shè)計(jì)值的1 /2 ～ 1 /3; 截至 2014 年末，湖南省已運(yùn)行的 138 座城鎮(zhèn)污水處理廠中，90 座污水廠的進(jìn)水 ρ ( COD )<200 mg / L，25 座進(jìn)水 ρ ( BOD5 ) / ρ ( COD) < 0. 3 。邱鴻榮等[6]對(duì)廣東省 60 多座污水處理廠調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，40 多座污水廠存在進(jìn)水有機(jī)物濃度過低的現(xiàn)象，其中 23 座進(jìn)水 ρ( COD) < 100 mg / L，10 座污水廠進(jìn)水ρ( COD) <60 mg / L; 南昌中心城區(qū) 5 座污水處理廠投入運(yùn)行后，也普遍存在實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值、進(jìn)水有機(jī)物濃度偏低 ( ρ ( COD) < 200 mg / L， ρ( BOD5) <100 mg / L) 的現(xiàn)象 。可見，低濃度生活污水問題存在已久，且一直沒有得到徹底解決，其嚴(yán)重阻礙了采用傳統(tǒng)活性污泥法的污水處理廠( 站) 設(shè)計(jì)處理能力的正常發(fā)揮。
1. 1 低濃度生活污水危害
對(duì)于采用傳統(tǒng)活性污泥法的污水處理廠( 站) 而言，低濃度生活污水的影響主要體現(xiàn)在以下 3 個(gè)方面:
1) 低濃度生活污水會(huì)影響微生物的生長(zhǎng)和繁殖。活性污泥長(zhǎng)期處于饑餓狀態(tài)，將導(dǎo)致微生物的活性下降，甚至因微生物的內(nèi)源呼吸作用，反應(yīng)器內(nèi)活性污泥出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)。2) 低濃度生活污水會(huì)影響污水廠二級(jí)生物處理工藝的脫氮除磷效果。反硝化和生物除磷均需有機(jī)碳源，因低濃度生活污水中可被微生物利用的有機(jī)碳源較少，反硝化菌和聚磷菌對(duì)有機(jī)碳源的競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，往往導(dǎo)致出水 TN 和 TP 無法達(dá)標(biāo)。解決出水 TP 超標(biāo)的問題尚可通過輔助化學(xué)除磷的方式，但要實(shí)現(xiàn)出水 TN 達(dá)標(biāo)不易，有時(shí)甚至NH+-N 也無法滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。3) 低濃度生活污水容易導(dǎo)致污泥膨脹。有機(jī)物濃度較低的條件下，菌膠團(tuán)的生長(zhǎng)速率低于絲狀菌的生長(zhǎng)速率，此時(shí)傳統(tǒng)活性污泥法容易發(fā)生污泥膨脹，使出水水質(zhì)惡化[8]。
1. 2 低濃度生活污水成因
低濃度生活污水的成因是多方面的，可歸結(jié)為兩大類: 1) 有機(jī)污染物濃度較低的水進(jìn)入污水管道，起到了一定的稀釋作用。2) 本應(yīng)通過污水管道進(jìn)入污水廠( 站) 的污染物，被處理或截留在污水廠( 站) 外。就第一大類而言: 1) 我國(guó)大部分村鎮(zhèn)地區(qū)的排水體制多采用合流制，雨污水管道混接的現(xiàn)象時(shí)常出現(xiàn)，致使村鎮(zhèn)污水廠( 站) 的進(jìn)水有機(jī)物濃度也經(jīng)常出現(xiàn)過低的現(xiàn)象[4]。2) 地下水的滲入，以及地表水的流入，均會(huì)在一定程度上稀釋管道內(nèi)有機(jī)物濃度[9]。3) 隨著人民生活水平的提高，人均排水量大幅度增加，而這部分增加的排水量大都來自盥洗、洗滌和淋浴排水，進(jìn)而引起污水廠進(jìn)水有機(jī)物濃度的降低。對(duì)于第二大類而言: 1) 化糞池的不合理設(shè)置也較大程度地影響了污水廠( 站) 的進(jìn)水有機(jī)物濃度，主要是因?yàn)榛S池可去除糞尿混合物中近 20% 的 BOD [9]。2) 因設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量等諸多因素的影響，管道內(nèi)污水的流速偏低，甚至出現(xiàn)長(zhǎng)期積水的問題，污水中無機(jī)物顆粒攜帶有機(jī)物沉積在管底，有機(jī)物濃度由此進(jìn)一步下降。
2 低濃度生活污水處理應(yīng)對(duì)策略
2. 1 預(yù)防低濃度生活污水出現(xiàn)
實(shí)踐過程中，應(yīng)盡可能防止或減緩低濃度生活污水問題的出現(xiàn)，以避免因進(jìn)水有機(jī)物濃度偏低導(dǎo)致額外的改造費(fèi)用。1) 完善排水體制，近期可采用截留式合流制過渡，遠(yuǎn)期可逐步進(jìn)行合流制改造，新建管道時(shí)應(yīng)盡可能采用分流制，污水廠( 站) 的建設(shè)也應(yīng)與排水管網(wǎng)同步[10]。2) 嚴(yán)格把控排水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量，加強(qiáng)排水管網(wǎng)建成后的日常維護(hù)，避免外源水的進(jìn)入和有機(jī)物的沉積。3) 加強(qiáng)居民的節(jié)水意識(shí)，積極研發(fā)并推廣新型節(jié)水設(shè)備。4) 應(yīng)推動(dòng)建立科學(xué)的雨洪管理體系。5) 慎重考慮在污水廠( 站) 納污范圍內(nèi)建造化糞池，但考慮到部分地區(qū)短期內(nèi)仍需化糞池發(fā)揮作用，應(yīng)事先考察建設(shè)、拆除化糞池的必要性，改造現(xiàn)有化糞池，并逐步取消滲水或不合格的化糞池。
2. 2 現(xiàn)有傳統(tǒng)活性污泥法工藝的改造方案
對(duì)已建成運(yùn)行并面臨低濃度生活污水問題的傳統(tǒng)活性污泥法污水廠( 站) 來說，可考慮對(duì)其進(jìn)行升級(jí)改造。1) 短期內(nèi)可提高活性污泥濃度，設(shè)置調(diào)節(jié)池以均化污水的水質(zhì)和水量。2) 長(zhǎng)期考慮，可在傳統(tǒng)曝氣池中投加填料，以提高硝化反硝化能力，可將傳統(tǒng)曝氣池改造成移動(dòng)床生物膜( moving bed biofilmreactor，MBBR) 工藝，該方法改造幅度小，也方便推廣。將傳統(tǒng)曝氣池改造成 MBBR 工藝，在不延長(zhǎng)水力停留時(shí)間的前提下延長(zhǎng)生物固體在反應(yīng)池內(nèi)的停留時(shí)間，提高污水的處理效果。例如，張興文等[11]采用 MBBR 工藝處理低濃度生活污水( ρ( COD) 為 60 ～ 80 mg / L) 時(shí)，HRT 為 2. 4 h，COD、NH+ -N 的去除率分別達(dá)到 70%、95%，出水水質(zhì)達(dá)到 GB 50050—1995《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》; 賈磊等[12]在上海竹園污水廠應(yīng)用 MBBR 工藝進(jìn)行中試，當(dāng)?shù)蜐舛壬钗鬯?ρ( COD) 為 185 mg / L，HRT 為 3. 4 h 時(shí)，COD、 NH+ - N 的去除率分別達(dá)到 77. 8%、95. 9%，出水COD、NH+ -N、TN 均可達(dá)到 GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級(jí) B 標(biāo)準(zhǔn); 馬建勇等[13] 采 用 MBBR 工藝處理低濃度生 活 污 水 ( ρ( COD) 為 100 mg / L 左右) 時(shí)，HRT 為 1. 9 h，COD去除率可達(dá)到 85%，出水 ρ( BOD5 ) < 5 mg / L。雖然，污水廠( 站) 將傳統(tǒng)活性污泥法改造為 MBBR 工藝會(huì)增加污水廠( 站) 的維護(hù)難度，但這對(duì)已建成運(yùn)行的污水廠( 站) 解決低濃度生活污水問題具有積極意義。
2. 3 尚未建成污水廠( 站) 地區(qū)的建設(shè)方案
就可能存在低濃度生活污水問題的村鎮(zhèn)地區(qū)而言，新建時(shí)應(yīng)結(jié)合近、遠(yuǎn)期水質(zhì)的變化選取二級(jí)生物處理工藝，優(yōu)先考慮采用 SBR 工藝或生物膜法，例如生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化、曝氣生物濾池等。
2. 3. 1 SBR 工藝
對(duì)于需要采用活性污泥法的村鎮(zhèn)污水廠( 站) ，不建議采用連續(xù)流活性污泥法，新建時(shí)可采用 SBR工藝。與連續(xù)流工藝不同，SBR 工藝采用時(shí)間序列控制，管理簡(jiǎn)單，運(yùn)行方法靈活，可以較好地調(diào)節(jié)因水量變化而導(dǎo)致的水質(zhì)波動(dòng)。例如，貴陽(yáng)小河污水廠采用改造后的 SBR 處理低濃度城市污水 ( 2005 年 ρ( COD) 平均值為 114 mg / L ) 時(shí)，出 水水質(zhì)達(dá)到GB 18918—2002 的一級(jí) B 標(biāo)準(zhǔn)[14]; 李小軍[15] 采用SBR 處理村鎮(zhèn)地區(qū)低濃度生活污水( ρ( COD) 平均值為80 mg / L) 時(shí)，出水 ρ( COD) 可維持在 30 mg / L 左右。
2. 3. 2 生物轉(zhuǎn)盤
生物轉(zhuǎn)盤耐沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)的特點(diǎn)，使其在處理低濃度生活污水時(shí)具有較好的應(yīng)用前景。例如，廣西某小城鎮(zhèn)采用生物轉(zhuǎn)盤工藝處理低濃度生活污水 ( ρ( COD) 為 118 ～ 152 mg / L) 時(shí)，COD、NH+ -N、TP 去除率分別為 85. 47%、84. 48%、78. 33%，出水水質(zhì)達(dá)到GB 18918—2002 的一級(jí)B 標(biāo)準(zhǔn)[16]; 魏東洋等[17]采用生物轉(zhuǎn)盤工藝處理微污染河水時(shí)，COD 和 NH+ - N的平均去除率可分別達(dá)到 84. 37% 和 86. 22%。考慮到村鎮(zhèn)污水水量變化較大的特點(diǎn)，建議設(shè)置調(diào)節(jié)池以均化污水的水質(zhì)與水量。
南方地區(qū)某縣 16 座污水廠應(yīng)用生物轉(zhuǎn)盤處理低濃度生活污水時(shí)，出水水質(zhì)均可達(dá)到 GB 18918—2002的一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)，但 TN 去除率較低。該縣某鎮(zhèn)污水廠，2015 年 3 月進(jìn)水ρ( COD) 平均值為 210. 3 mg / L，TN 去除率僅為 30%。如進(jìn)水 TN 濃度提高，出水 TN 將難以達(dá)標(biāo)[18]。針對(duì)這一問題，霍鑫超等[19]提出將沉淀池的硝化液回流至生物轉(zhuǎn)盤，則出水 TN 可穩(wěn)定在 20 mg / L以下。李莎等[20]采用外加碳源的方式，解決進(jìn)水 C / N 過低導(dǎo)致生物轉(zhuǎn)盤反硝化不徹底的問題。
2. 3. 3 生物接觸氧化
生物接觸氧化最初即在美國(guó)被應(yīng)用于低濃度生活污水處理，目前也常被應(yīng)用于我國(guó)村鎮(zhèn)污水處理。生物接觸氧化法投資低，啟動(dòng)和日常運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，處理效率較高，較活性污泥法更耐沖擊，對(duì)于解決當(dāng)前我國(guó)村鎮(zhèn)污水處理資金和人員不足的問題也具有一定積極意義。吉祝美等[21]以跌水曝氣接觸氧化法為主處理農(nóng)村低濃度生活污水( ρ ( COD) 為 90 ～ 220 mg / L) 時(shí)，出水 COD、TN、TP 濃度分別低于 70，0. 1 mg / L; 趙賢慧[22]采用生物接觸氧化處理低濃度城市污水( ρ ( COD) 為 90 ～ 230 mg / L) 時(shí)，COD、BOD 、NH+ - N 的平均去除率分別為 77. 6%、80. 9%、67. 4%。
2. 3. 4 曝氣生物濾池
曝氣生物濾池在運(yùn)行過程中同時(shí)具備高負(fù)荷生物濾池和普通快濾池的運(yùn)行特性，對(duì)進(jìn)水 COD 和 SS濃度的要求較為嚴(yán)格，適用于低濃度生活污水的處理[23]。王立立等[24]采用曝氣生物濾池處理校園低濃度生活污水，進(jìn)水 ρ ( COD) 為 65. 4 ～ 161. 5 mg / L時(shí)，出水 ρ( COD) 、ρ( NH+ -N) 分別為 3. 4，6. 94 mg / L;田文華等[25]采用曝氣生物濾池處理電廠的低濃度生活污水，進(jìn)水 ρ ( COD) 為 48 ～ 172 mg / L 時(shí)，出水ρ( BOD ) 、ρ( COD) 、ρ ( NH+ - N) 分別為 3. 2，14. 5，0. 5 mg / L，滿足 GB 50050—1995 水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn); 錢靚[26]采用曝氣生物濾池處理上海低濃度生活污水，進(jìn)水 ρ( COD) 為 155. 8 ～ 234 mg / L 時(shí)，COD、NH+ - N、SS 的去除率分別為 84. 2%、90%、90%。
此外，向連城等[27]分別采用曝氣生物濾池和生物接觸氧化處理深圳甘坑河水( ρ ( COD) 為 50 ～ 150 mg / L) 的結(jié)果表明，與生物接觸氧化相比，曝氣生物濾池同時(shí)具有過濾功能，出水 SS 濃度較低，而且受冬季低溫影響，傳統(tǒng)活性污泥法的處理效果較差，而曝氣生物濾池受低溫的影響較小。另外，如前所述，在村鎮(zhèn)污水處理中，TN 和 TP 可能會(huì)因水質(zhì)、水量的波動(dòng)而無法達(dá)標(biāo)，甚至有時(shí) NH+ - N 都無法達(dá)標(biāo)。硝化效果較好的曝氣生物濾池可徹底解決這一問題，其可通過調(diào)節(jié)曝氣量來保證出水 NH+ - N 達(dá)標(biāo)，但污水廠( 站) 的能耗也由此會(huì)偏高。
綜上所述，為污水廠能夠正常發(fā)揮設(shè)計(jì)的處理能力，合理選擇污水處理工藝至關(guān)重要，同時(shí)必須考慮到村鎮(zhèn)污水廠( 站) 所要求達(dá)到的排放標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)以實(shí)際水質(zhì)為基礎(chǔ)。目前，大部分村鎮(zhèn)污水廠( 站) 的排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行 GB 18918—2002 中的一級(jí) A 或一級(jí) B標(biāo)準(zhǔn)[28-29]，對(duì)于村鎮(zhèn)污水廠( 站) 來說難度較大，這對(duì)上述工藝的達(dá)標(biāo)運(yùn)行提出了挑戰(zhàn)。因此，建議在未來修訂村鎮(zhèn)生活污水排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)充分考慮村鎮(zhèn)污水的實(shí)際情況，適當(dāng)放寬排放標(biāo)準(zhǔn)，以利于村鎮(zhèn)污水處理事業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
3 結(jié)束語(yǔ)
1) 低濃度生活污水的成因是多方面的，主要有排水體制的不完善、化糞池的不合理設(shè)置、管道內(nèi)沉積、外源水的進(jìn)入等，為保障污水處理廠的穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)盡可能避免低濃度生活污水現(xiàn)象。
2) 建議村鎮(zhèn)污水處理廠( 站) 采用 MBBR 等工藝改造現(xiàn)行的傳統(tǒng)活性污泥工藝，以提高其應(yīng)對(duì)低濃度生活污水沖擊負(fù)荷的能力。
對(duì)于可能存在低濃度生活污水問題的村鎮(zhèn)地區(qū)，建議新建污水廠( 站) 時(shí)采用 SBR 工藝或生物膜法，例如生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化、曝氣生物濾池等。此外，曝氣生物濾池對(duì)村鎮(zhèn)低濃度生活污水具有良好的適應(yīng)性，建議予以重點(diǎn)研究和應(yīng)用。（來源：北京建筑大學(xué)）
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