2014 年以來，國務院先后印發(fā)了《國務院辦公廳關(guān)于改善農(nóng)村人居環(huán)境的指導意見》( 國發(fā)〔2014〕25號) 、《國務院關(guān)于深入推進新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的若干意見》( 國發(fā)〔2016〕8 號) ，以及《國務院辦公廳關(guān)于 創(chuàng)新農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施投融資體制機制的指導意見》( 國辦發(fā)〔2017〕17 號) 、《農(nóng)村人居環(huán)境整治三年行動方案》，均明確指出加快農(nóng)村環(huán)境綜合整治，加強農(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)不斷推進的同時，許多地方暴露出進水有機物濃度過低的問題，嚴重影響了污水處理設(shè)施正常運行效果，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一步影響污水處理廠( 站) 設(shè)計處理能力的正常發(fā)揮，本文就這一問題進行了探討，提出了相應的應對策略，對于低濃度村鎮(zhèn)生活污水的處理具有一定的指導意義。
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) 進水有機物濃度低于典型生活污水的有機物濃度，即 ρ( COD) <250 mg / L、ρ( BOD5) <100 mg / L 。我國村鎮(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個已建成運行的村鎮(zhèn)污水廠進行調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，16 個村鎮(zhèn)污水廠的進水 ρ( COD) < 100 mg / L; 周曉莉等[3]監(jiān)測江蘇省 20 個村級生活污水處理設(shè)施 1 年后發(fā)現(xiàn)，進水 ρ( COD) 年平均值為 154. 6 mg / L，全年進水 ρ( COD) <100 mg / L 的樣本占總數(shù)的 61. 9%。
此外，1999 年有文獻報道[4]南方多個城市污水處理廠的實際運行水質(zhì)遠低于設(shè)計值，為設(shè)計值的1 /2 ～ 1 /3; 截至 2014 年末，湖南省已運行的 138 座城鎮(zhèn)污水處理廠中，90 座污水廠的進水 ρ ( COD )<200 mg / L，25 座進水 ρ ( BOD5 ) / ρ ( COD) < 0. 3 。邱鴻榮等[6]對廣東省 60 多座污水處理廠調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，40 多座污水廠存在進水有機物濃度過低的現(xiàn)象，其中 23 座進水 ρ( COD) < 100 mg / L，10 座污水廠進水ρ( COD) <60 mg / L; 南昌中心城區(qū) 5 座污水處理廠投入運行后，也普遍存在實際進水水質(zhì)遠低于設(shè)計值、進水有機物濃度偏低 ( ρ ( COD) < 200 mg / L， ρ( BOD5) <100 mg / L) 的現(xiàn)象 ?？梢?，低濃度生活污水問題存在已久，且一直沒有得到徹底解決，其嚴重阻礙了采用傳統(tǒng)活性污泥法的污水處理廠( 站) 設(shè)計處理能力的正常發(fā)揮。
1. 1 低濃度生活污水危害
對于采用傳統(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 個方面:
1) 低濃度生活污水會影響微生物的生長和繁殖?；钚晕勰嚅L期處于饑餓狀態(tài)，將導致微生物的活性下降，甚至因微生物的內(nèi)源呼吸作用，反應器內(nèi)活性污泥出現(xiàn)負增長。2) 低濃度生活污水會影響污水廠二級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碳源，因低濃度生活污水中可被微生物利用的有機碳源較少，反硝化菌和聚磷菌對有機碳源的競爭更加激烈，往往導致出水 TN 和 TP 無法達標。解決出水 TP 超標的問題尚可通過輔助化學除磷的方式，但要實現(xiàn)出水 TN 達標不易，有時甚至NH+-N 也無法滿足排放標準。3) 低濃度生活污水容易導致污泥膨脹。有機物濃度較低的條件下，菌膠團的生長速率低于絲狀菌的生長速率，此時傳統(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) 有機污染物濃度較低的水進入污水管道，起到了一定的稀釋作用。2) 本應通過污水管道進入污水廠( 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)象時常出現(xiàn)，致使村鎮(zhèn)污水廠( 站) 的進水有機物濃度也經(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，均會在一定程度上稀釋管道內(nèi)有機物濃度[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，進而引起污水廠進水有機物濃度的降低。對于第二大類而言: 1) 化糞池的不合理設(shè)置也較大程度地影響了污水廠( 站) 的進水有機物濃度，主要是因為化糞池可去除糞尿混合物中近 20% 的 BOD [9]。2) 因設(shè)計與施工質(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)長期積水的問題，污水中無機物顆粒攜帶有機物沉積在管底，有機物濃度由此進一步下降。
2 低濃度生活污水處理應對策略
2. 1 預防低濃度生活污水出現(xiàn)
實踐過程中，應盡可能防止或減緩低濃度生活污水問題的出現(xiàn)，以避免因進水有機物濃度偏低導致額外的改造費用。1) 完善排水體制，近期可采用截留式合流制過渡，遠期可逐步進行合流制改造，新建管道時應盡可能采用分流制，污水廠( 站) 的建設(shè)也應與排水管網(wǎng)同步[10]。2) 嚴格把控排水管網(wǎng)的設(shè)計與施工質(zhì)量，加強排水管網(wǎng)建成后的日常維護，避免外源水的進入和有機物的沉積。3) 加強居民的節(jié)水意識，積極研發(fā)并推廣新型節(jié)水設(shè)備。4) 應推動建立科學的雨洪管理體系。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
對已建成運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，可考慮對其進行升級改造。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，在不延長水力停留時間的前提下延長生物固體在反應池內(nèi)的停留時間，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，HRT 為 2. 4 h，COD、NH+ -N 的去除率分別達到 70%、95%，出水水質(zhì)達到 GB 50050—1995《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》; 賈磊等[12]在上海竹園污水廠應用 MBBR 工藝進行中試，當?shù)蜐舛壬钗鬯?ρ( COD) 為 185 mg / L，HRT 為 3. 4 h 時，COD、 NH+ - N 的去除率分別達到 77. 8%、95. 9%，出水COD、NH+ -N、TN 均可達到 GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》的一級 B 標準; 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，HRT 為 1. 9 h，COD去除率可達到 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 工藝會增加污水廠( 站) 的維護難度，但這對已建成運行的污水廠( 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，新建時應結(jié)合近、遠期水質(zhì)的變化選取二級生物處理工藝，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，新建時可采用 SBR工藝。與連續(xù)流工藝不同，SBR 工藝采用時間序列控制，管理簡單，運行方法靈活，可以較好地調(diào)節(jié)因水量變化而導致的水質(zhì)波動。例如，貴陽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，出 水水質(zhì)達到GB 18918—2002 的一級 B 標準[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，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)盤耐沖擊負荷能力較強的特點，使其在處理低濃度生活污水時具有較好的應用前景。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，COD、NH+ -N、TP 去除率分別為 85. 47%、84. 48%、78. 33%，出水水質(zhì)達到GB 18918—2002 的一級B 標準[16]; 魏東洋等[17]采用生物轉(zhuǎn)盤工藝處理微污染河水時，COD 和 NH+ - N的平均去除率可分別達到 84. 37% 和 86. 22%?？紤]到村鎮(zhèn)污水水量變化較大的特點，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 座污水廠應用生物轉(zhuǎn)盤處理低濃度生活污水時，出水水質(zhì)均可達到 GB 18918—2002的一級A 標準，但 TN 去除率較低。該縣某鎮(zhèn)污水廠，2015 年 3 月進水ρ( COD) 平均值為 210. 3 mg / L，TN 去除率僅為 30%。如進水 TN 濃度提高，出水 TN 將難以達標[18]。針對這一問題，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，解決進水 C / N 過低導致生物轉(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被應用于低濃度生活污水處理，目前也常被應用于我國村鎮(zhèn)污水處理。生物接觸氧化法投資低，啟動和日常運行管理簡單，處理效率較高，較活性污泥法更耐沖擊，對于解決當前我國村鎮(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，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，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
曝氣生物濾池在運行過程中同時具備高負荷生物濾池和普通快濾池的運行特性，對進水 COD 和 SS濃度的要求較為嚴格，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，進水 ρ ( COD) 為 65. 4 ～ 161. 5 mg / L時，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，進水 ρ ( COD) 為 48 ～ 172 mg / L 時，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)標準; 錢靚[26]采用曝氣生物濾池處理上海低濃度生活污水，進水 ρ( COD) 為 155. 8 ～ 234 mg / L 時，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 可能會因水質(zhì)、水量的波動而無法達標，甚至有時 NH+ - N 都無法達標。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 達標，但污水廠( 站) 的能耗也由此會偏高。
綜上所述，為污水廠能夠正常發(fā)揮設(shè)計的處理能力，合理選擇污水處理工藝至關(guān)重要，同時必須考慮到村鎮(zhèn)污水廠( 站) 所要求達到的排放標準，應以實際水質(zhì)為基礎(chǔ)。目前，大部分村鎮(zhèn)污水廠( 站) 的排放標準執(zhí)行 GB 18918—2002 中的一級 A 或一級 B標準[28-29]，對于村鎮(zhèn)污水廠( 站) 來說難度較大，這對上述工藝的達標運行提出了挑戰(zhàn)。因此，建議在未來修訂村鎮(zhèn)生活污水排放標準時，應充分考慮村鎮(zhèn)污水的實際情況，適當放寬排放標準，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
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、外源水的進入等，為保障污水處理廠的穩(wěn)定運行，應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，以提高其應對低濃度生活污水沖擊負荷的能力。
對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，曝氣生物濾池對村鎮(zhèn)低濃度生活污水具有良好的適應性，建議予以重點研究和應用。（來源：北京建筑大學）
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