崇明区零散村落生活污水治理分析田之光

52中国环保产业2018年第8期聚焦水污染防治FocusonWaterPollutionPreventionandControl崇明区零散村落生活污水治理分析田之光（上海市机电设计研究院有限公司，上海 200040）摘 要：根据上海市崇明区零散自然村落生活污水现状，结合已采取的主要治理工艺，提出为确保汇入河道出水稳定达标，应结合人工湿地技术的建议和理论依据。关键词：自然村落；地埋式一体化净化槽；活性污泥法；工艺控制指标；运行故障；人工湿地中图分类号：X703 文献标志码：A 文章编号：1006-5377（2018）08-0052-041崇明区农村生活污水现状上海市崇明区农村村落存在多种形式，既有独门独院的别墅式农民新村、小区式中心村、也有分散的自然村落。其中分散的自然村落分布较广，且位置相对于乡、镇较偏远，离最近的市政管网超过一定距离，因此生活污水纳管率较低[1]。农村自然村落的生活污水对附近河道污染问题及由此产生的公共卫生安全问题逐渐突显。新村附近大多数河道虽然都已修缮一新，河道边用水泥或砖石砌起，但忽略了驳岸对河流及水陆生态系统的影响。虽然进行了河道绿化，有些支流河水却泛着青色。量大而面广的农村生活污水是造成郊区农村慢流速支流小河道水质变差的主要原因。1.1一级处理排放目前，崇明区农村的一级生活污水处理设施为化粪池。三格式化粪池造价低廉，在正常使用情况下可以去除粪便污水中50%的BOD5和CODCr，但出水水质如要达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级标准，则需进一步处理。且由于化粪池非饱和带中缺少碳源，抑制反硝化脱氮，最终导致硝酸盐渗入地下水，是化粪池最普遍的环境危害。1.2二级处理排放我国城市生活污水处理的主要途径是经市政管网收集后输送到污水处理厂进行集中处理。崇明区零散村落如果建立传统集中式污水处理系统，投资建设和运行费用对经济相对落后的农村来说是沉重负担。而建立分散式污水处理系统则不需要庞大的管网投资。为实现崇明区分散的自然村落生活污水治理后排放达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准，崇明区制定了“建养一体化”管理办法。项目采用设计、施工、养护一体化形式招投标，养护期5年，养护期从通过竣工验收之日起开始计算。项目工程费由区财政负责筹措，青苗费、清障费等前期费由镇（乡）财政负责筹措。运行养护费由区财政、镇（乡）财政按80∶20比例分担[2]。2目前采取的主要治理工艺崇明区从2016年开始，加大了零散自然村落的农村生活污水改造力度，主要采用生化处理工艺，采取地埋式一体化净化槽，处理规模覆盖1~200t/d。典型工艺包括厌氧+缺氧+生物接触氧化、水解酸化+A2O、SBR等。目前各种工艺路线均可实现达标排放；但存在竣工53CHINAENVIRONMENTALPROTECTIONINDUSTRY2018.8聚焦水污染防治FocusonWaterPollutionPreventionandControl验收后，生活污水有机物浓度偏低、水量波动及冬季低温等不利因素的干扰，同时由于农村生化处理专业技术队伍的缺失，存在后期出水水质波动的可能性。以活性污泥法为例，具体分析活性污泥法（活性污泥法包括SBR、AB法、氧化沟、A2O等）的控制技术。2.1工艺控制指标（1）pH值：通常6~9，低于5或高于10时，活性污泥沉降缓慢，上清液浑浊，甚至会发生液面有漂浮的活性污泥絮体；曝气池出口pH值低于7.0，硝化菌活性降低，氨氮去除率明显下降。（2）水温：低于10℃，出水未沉降絮体增多；高于40℃，菌胶团部分解体；低于5℃，生化系统基本无去除率。（3）F/M（系统中有机物与微生物数量比值）值：传统活性污泥法F/M控制在0.2~0.4kgBOD5/kgMLSS·d。（4）DO：曝气池出口溶解氧控制在2~3mg/L；检测过地埋式一体化净化槽曝气池出口出现4.5mg/L甚至8.0mg/L情况。（5）活性污泥浓度（MLSS）：水温降低10℃，活性污泥的活性降低一半。（6）沉降比（SV30%）：通过观察自由沉淀（前30s），了解是否发生活性污泥浓度过低、丝状菌膨胀、曝气过度和活性污泥浓度过高等非正常工况；应每日用1000mL量筒取样观察，目前许多处理设施该检测项目存在空白。（7）污泥龄：污泥龄控制在15~20d可兼顾脱氮除磷两方面工艺要求。（8）回流比：控制在30%~70%；存在由于回流比控制不准确和缺氧池碳源不足导致反硝化去除率下降现象。（9）原水成分：BOD5:N:P=100:5:1，若长期比例失衡，应适当考虑补充营养剂，例如投加碳源—葡萄糖、氮磷营养剂尿素和磷酸。上述工艺控制参数，需要注意监测，并根据各参数的变化情况及时调整工艺控制。2.2活性污泥法运行故障的应对方法2.2.1生化系统培菌启动困难[3]（1）接种培菌：接种临近污水处理厂二沉池回流污泥：通常按照F/M值5~10，例如按照进水量10t/d，BOD5=150mg/L，二沉池回流污泥浓度是曝气池的1~2倍，因此MLSS取值4000mg/L。（2）压滤泥饼投加量：含水率取值85%，由于无效成分较多，投加量要求与接种回流污泥量相近。（3）培菌：24h全程闷曝，DO≯3mg/L；最后组织低浓度低水量废水进入，DO值控制在2~3mg/L。随后培菌过程逐步增加进水量和进水浓度，增加幅度按照平均分配原则在30d内提高到正常处理水量规模，MLSS达到500mg/L需要进行适当排泥。（4）自培菌：进水浓度是正常值的20%，闷曝2d。较接种培菌时间延长2~3周。2.2.2活性污泥浓度无法有效提升传统活性污泥法，F/M为0.2~0.4、SV30为15%、MLSS为1100~2500mg/L。但曝气过度、营养剂不足、底物浓度低和进水含有过量的有毒或抑制类物质，将导致浓度提升困难。通常DO≥6.0mg/L，F/M≤0.03，曝气池出水TP≤0.1mg/L、NH3-N≤1mg/L，污泥浓度无法提升。2.2.3生化池浮渣、泡沫故障（1）泡沫：1）棕黄色泡沫（或与活性污泥相同颜色）：活性污泥老化；2）灰黑色泡沫：曝气不足，处于缺氧状态；3）白色泡沫：黏稠不易破碎泡沫，负荷高，黏稠易破碎泡沫，过度曝气；4）彩色泡沫：带颜色废水进入生化池或洗涤剂进入系统。（2）浮渣：常见棕褐色且堆积过度的液面浮渣，有两种可能性：1）生化池发生反硝化；2）发生了丝状菌膨胀。2.2.4活性污泥随放流水漂出原因存在冲击负荷、活性污泥老化、活性污泥中毒、二沉池发生反硝化、曝气过度等均可能导致放流水漂泥现象的发生。F/M≥0.5判定存在负荷冲击；F/M≤0.04且持续超30d，将出现污泥老化；DO≥3.5mg/L属于曝气过度。2.2.5活性污泥上浮污泥反硝化和污泥丝状菌膨胀是主要原因。2.2.6活性污泥老化排泥不及时、进水长期低负荷、过度曝气、活性污泥浓度控制过高均会造成活性污泥老化。2.2.7脱氮除磷反硝化菌及聚磷菌的生长繁殖需要水中富含有机物。通常依靠厌氧+缺氧+曝气并结合有效的回流比控制，实现脱氮。聚磷菌厌氧释磷，好氧过量吸磷，通过排泥除磷。54中国环保产业2018年第8期聚焦水污染防治FocusonWaterPollutionPreventionandControlA2O脱氮除磷工艺控制参数的协调控制：1）厌氧池底物浓度：F/M≥0.15、厌氧池硝态氮≤1.5mg/L；2）DO控制：好氧池出水DO≥2.0mg/L、厌氧池≤0.2mg/L、缺氧池≤0.5mg/L；3）pH值：缺氧池反硝化pH值范围6.5~7.5，曝气池pH值范围7.5~8.5；4）污泥龄：15~20d；5）回流比：脱氮内回流200%~400%，除磷外回流50%~100%；6）水温：20℃~28℃，低于5℃菌胶团基本停止活动；7）缺氧反硝化BOD5/TKN≥4.0、厌氧释磷BOD5/TP≥25。2.3零散自然村落生化法处理生活污水的优劣分析零散自然村落生活污水存在持续低有机物浓度和低水量，24h内水质波动较大。为确保生化法脱氮除磷和CODCr的去除，需要针对pH值、水温、F/M值、DO、MLSS、SV30%、污泥龄、回流比、原水浓度开展日常监控。否则长期缺失监管，前述章节分析的活性污泥法运行故障将可能发生。通过对上海其他区域小型污水处理站的调查，有专业化污水管理的只占22.2%，分析认为，出水水质达不到设计标准可能与缺乏专业化管理有关[4]。为有效应对可能发生的超标排放异常工况，并结合崇明区河网密集、土地和水资源相对富余的特点，建议结合新农村建设，在地埋式生活污水生化处理设施出口或CODCr波动较大支流，建设公园式人工湿地，确保汇流水达标排放；但不建议高SS水直接进入人工湿地。3人工湿地的优劣性分析人工湿地是一种人工生态系统，通过过滤、吸附、沉降等物理过程以及化学与生物作用的协调，实现水质改善。人工湿地的优点：投资较低、维护管理简单、处理效果好、使用范围广。但也存在自身无法克服的缺点，主要是受气候条件限制较大（冬季气温较低区域推广困难），占地面积大（生化污水长面的2~3倍），易产生淤积和堵塞。目前国内建设的人工湿地，主要以潜流为主，依靠植物根系泌氧（≤3g/m2湿地），供氧能力差；同时为减少用地和投资，用地仅为2~3m2/t·d。导致初期运行正常，中后期由于供氧不足、厌氧菌大量繁殖导致出水黑臭。人工湿地的设计应严格按照《人工湿地污水处理工程技术规范》（HJ2005-2010）设计施工，尤其要做好防渗处理和专业化的运行管理。人工湿地进水水质应严格按照规范执行，否则无法确保去除率和稳定运行[5]。人工湿地系统进水水质要求见表1，人工湿地系统污染物去除率如表2。表1人工湿地系统进水水质要求（单位：mg/L）人工湿地类型BOD5CODCrSSNH3-NTP表面流≤50≤125≤100≤10≤3水平潜流≤80≤200≤60≤25≤5垂直潜流≤80≤200≤80≤25≤5表2人工湿地系统污染物去除效率（单位：%）人工湿地类型BOD5CODCrSSNH3-NTP表面流40～7050～6050～6020～5035～70水平潜流45～8555～7550～8040～7070～80垂直潜流50～9060～8050～8050～7560～80人工湿地的基质、植物和微生物是处理污水的组成部分。基质一般由石质、砂质、土质、泥炭、沸石和煤渣等介质组成。植物一般由沉水植物、浮水植物和挺水植物组成。微生物包括好氧型、厌氧型和兼性厌氧型多种。人工湿地适合于无霜期长、植物生长期长的小规模生化出水的处理，针对零散自然村落是最合理最经济的末端水处理方法。3.1污染物去除1）脱氮：通过基质和植物根系的过滤和吸附、沉淀、氨的挥发、植物吸收和微生物降解；2）除磷：无机磷能被植物吸收转化成自身的ATP、DNA和RNA，定期收割可实现除磷；3）BOD5和SS的去除：基质的吸附作用及微生物的降解作用；4）有机物：微生物分解利用和植物根系吸收；5）重金属：通过离子交换、化学沉淀、植物吸收和微生物氧化的结合去除；6）难降解有机物：通过植物根系吸收和微生物降解吸收。据初步估算，1kgBOD5在植物的光合作用下，至少可以合成30kg总碳（有机物）[6]。再将植被收割清理后，水中的有机物才能得到有效去除，但一旦人工湿地生产出来的植被得不到有效收割和处理，其污染能力是巨大，因此人工湿地建成后的管理至关重要。人工湿地的日常管理包括植物补栽、固废清理、植物收割与处置、水位控制、填料更换等。表面流人工湿地存在冬季结冰，夏季水体易发臭和招引蚊蝇，建议尽量避免采用该方式。55CHINAENVIRONMENTALPROTECTIONINDUSTRY2018.8聚焦水污染防治FocusonWaterPollutionPreventionandControl3.2人工湿地的设计参数人工湿地的主要设计参数宜根据试验资料确定，无资料和经验值可采用表3数据取值。4结语生化设施出水再进入人工湿地，只要管理得当，可实现稳定达标。崇明地区除建设较大型人工湿地外，也可以考虑建设迷你型人工湿地污水