广西农村生活污水集中处理工艺综合评价

第３７卷第２期２０１７年５月桂林理工大学学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｕｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ３７Ｎｏ２Ｍａｙ　２０１７文章编号：１６７４－９０５７（２０１７）０２－０３５４－０６　　　　　ｄｏｉ：１０３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ１６７４－９０５７２０１７０２０１８广西农村生活污水集中处理工艺综合评价徐荣乐，韩　彪，于　嵘，步秀芹（广西壮族自治区环境保护科学研究院，南宁　５３００２２）摘　要：农村生活污水处理是广西农村环境综合整治的重要工作。通过２０１１年广西环境连片整治示范项目中农村生活污水集中式处理设施建设和运行情况调研，针对有动力好氧生化处理工艺、厌氧－微动力好氧－人工湿地、厌氧－人工湿地及高负荷地下渗滤处理系统４种主要处理工艺进行了技术性和经济性分析，并利用模糊优劣系数法对４种处理工艺进行了综合评价。结合广西地区农村生活污水处理的特征，从污染物去除效果、运行成本、投资成本等方面，结合成本有效性综合评价发现，厌氧－人工湿地技术更适用于广西地区农村生活污水处理。关键词：农村生活污水；处理工艺；经济技术综合评价中图分类号：Ｘ７０３；Ｘ８０２　　　　　　　　　　　　文献标志码：Ａ０　引　言广西壮族自治区位于我国华南地区西部，河流众多，水资源丰富，多年平均地表水资源总量为１８９２ｍ３，约占全国地表水资源总量的７２％，居全国第四位。根据《２０１４年广西壮族自治区环境状况公报》，广西主要河流水质总体良好，达到或优于《地表水环境质量标准》（ＧＢ３８３８—２００２）Ⅲ类标准的比例为９３１％。但随着社会经济的发展、城镇化进程的加快，农村生活水平不断提高，村镇污水产生量增大，据调查，２００６年广西村庄平均每村月产生污水约６２１２ｔ，其中生活污水占７０％以上，５０％以上污水未经处理随意排入河道、湖泊，对广西水环境产生了严重的威胁［１］。进入２０１１年以来，广西壮族自治区积极开展农村环境综合整治，截止到２０１５年，全区已完成１１３８个农村环境连片整治示范项目，受益人口３９６万人，村容村貌进一步得到改善。集中式污水处理设施的建设和运行是农村环境综合整治的重要建设内容，农村生活污水的集中处理不仅是农村人居环境改善的迫切需要，也能够改善农村地区的水环境质量。由于自然条件、经济实力和社会状况等方面存在明显的地域差异，各地农村的污水排放特征差异很大，因此农村生活污水处理不能盲目套用城市生活污水处理模式［２］。针对农村生活污水的产生和排放特征，很多学者对不同地区农村生活污水的适用处理工艺进行了探讨：白永刚等推荐了５种适用于江苏省农村生活污水处理的组合技术［３］；阮晓卿等则对江苏不同地区的典型处理技术进行了探讨［４］；谢良林等对北方地区农村污水治理技术进行了评述［５］；周炜峙等对广州农村生活污水处理技术进行了分析［６］；孙兴旺等针对我国不同重点流域的特征分析了农村生活污水处理使用的技术［７］。然而这些研究主要集中于工艺的适用性，且多集中于对单一工程的讨论。广西作为　收稿日期：２０１５－１１－０８　基金项目：广西培养新世纪学术和技术带头人专项；广西壮族自治区环境保护厅项目（２０１４２８１）；广西环境保护科学研究院科研创新基金　作者简介：徐荣乐（１９８７—），博士，研究方向：生活污水处理，ｌｅｌｅ８７０７０９＠１６３ｃｏｍ。　通讯作者：韩彪，男，教授级高级工程师，１４３９３０１７２０＠ｑｑｃｏｍ。　引文格式：徐荣乐，韩彪，于嵘，等．广西农村生活污水集中处理工艺综合评价［Ｊ］．桂林理工大学学报，２０１７，３７（２）：３５４－３５９．经济后发展地区，农村污水集中处理设施的技术经济性是关注的焦点。一些学者也指出，成本有效性已成为农村生活污水处理设施建设和运行的关键［８－９］。随着广西农村环境综合整治工作的推进，已建成的农村分散污水集中处理设施逐渐投入运行。然而，这些集中处理工艺在实际应用中，是否具有技术、经济的适用性及成本有效性有待进一步研究。笔者对２０１１年广西农村环境连片整治示范项目中农村分散污水集中处理设施进行了系统的调研，对目前采用的几种主要处理技术的综合技术特征、投资费用、运行费用、处理效果等进行了工艺有效性、技术经济性和成本有效性的探讨，以期为后续农村环境综合整治提供参考。１　广西农村生活污水特征１１　污水排放特征广西多山地丘陵，农村居民居住分散，专门的污水收集处理设施较少，除部分地区铺设污水管网外，农村生活污水基本通过自设水沟或小渠排放，导致雨污合流进入生活污水处理设施，污水水量受降雨影响较大。农村居民生活污水间歇排放，排放量相对较少，水量受生活条件、生活习惯等因素直接影响，按照２０１１年农村集中污水处理设施的规模与服务人口进行统计，人均排水量为９０～１１０Ｌ／ｄ。１２　污水水质特征农村生活污水主要由厨房污水、洗涤废水和厕所废水３部分组成。对２０１１年建成的７３座农村环境连片整治示范项目的集中污水处理设施进水进行分析，污染物浓度较低，部分地区存在村屯散养畜禽粪污排入污水处理系统的现象。典型农村生活污水的水质如表１所示。表１　广西农村生活污水水质特征Ｔａｂｌｅ１　ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｒｕｒａｌｓｅｗａｇｅｉｎＧｕａｎｇｘｉ项目ｐＨ污水水质／（ｍｇ·Ｌ－１）悬浮物化学需氧量氨氮总氮总磷范围６．６４～７．６５５～８２１４～５６０４．０６～２５２５．３７～３９４．４０．７７～３０．９平均值－３４．０±２３．３８７．３±７５．５２５．７±１９．９４３．２±３３．６２．３±１．５２　广西农村生活污水主要处理工艺技术特性２１　广西农村生活污水处理主要工艺对２０１１年广西已建成并投入运行的７３座农村污水集中处理设施进行调查发现（图１），其中４１座污水集中处理设施采用“有动力好氧生化处理工艺”，７座采用“厌氧－微动力好氧－人工湿地”处理工艺，１９座采用“厌氧－人工湿地”处理工艺，“高负荷地下渗滤污水处理复合技术”２座，其他工艺４座。图１　广西农村生活污水集中处理设施主要处理工艺Ｆｉｇ１　ＲｕｒａｌｓｅｗａｇｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＧｕａｎｇｘｉ①有动力好氧生化处理工艺。有动力好氧生化处理工艺是使用范围最广的污水处理工艺，在南宁、桂林、百色、崇左、防城港等地区均有分布。其主要工艺流程为生活污水经过人工格栅，去除水中较大的漂浮物、悬浮物，上清液流入调节池，调节池的污水采用泵入方式进入好氧生化池，经生化处理后进入沉淀池进行固液分离，分离后出水排放，污泥定期外排。好氧生化池多采用生物膜接触氧化法，在生化池中安装填料，整个生化过程依赖填料上的多种微生物来完成。好氧生化池内溶解氧控制在３ｍｇ／Ｌ以上。②厌氧－微动力好氧－人工湿地处理技术。厌氧－微动力好氧－人工湿地处理技术的应用主要分布在桂林、梧州、贺州、贵港等地区。其主要工艺流程为：污水首先经过格栅去除部分漂浮物及大颗粒悬浮物后进入调节池，然后通过泵入厌氧水解池，经厌氧处理后的污水进入好氧生化池，经生化处理后进入沉淀池完成固液分离，上清液直接外排或进入人工湿地系统，污泥定期外排。其中，厌氧池及好氧生化池可采用填料构成厌氧接触池和好氧接触氧化池，利用填料提高氮、５５３第２期　　　　　　　　　　　　徐荣乐等：广西农村生活污水集中处理工艺综合评价磷等的去除效率。好氧生化池曝气系统部分地区采用太阳能供电，有些采用跌水辅助曝气以减少能耗。该处理工艺出水效果稳定，但工艺流程复杂，不易管理，对污水收集系统要求较高，因此在农村生活污水处理中利用较少。③厌氧－人工湿地／生态塘处理技术。厌氧－人工湿地／生态塘处理技术的应用主要分布在桂林、玉林、贺州等地区。污水首先经过格栅去除部分漂浮物及大颗粒悬浮物后进入调节池，然后流入厌氧水解池，处理后上清液直接进入人工湿地等生态系统，经过人工湿地中的土壤（填料）－微生物－植物生态系统的吸收、好氧厌氧微生物分解、植物根系吸附等协同作用，达到净化目的。部分工程直接利用调节池进行厌氧水解，或利用厌氧沼气池去除水中的有机物，一些工程在厌氧池中安装填料，以提高氮、磷等的去除效果。该工艺操作、管理、工艺流程简单，但出水水质不稳定。④高负荷地下渗滤处理系统。高负荷地下渗滤是一种利用土壤微生物对污染物进行分解和转化的污水生态处理技术。其基本方法和原理是将污水通过埋在地下的散水管间歇性散布到一定面积的人工土中，污水在横向运移和向下渗滤的同时，其中的污染物通过土壤截留、吸附以及微生物分解、转化而去除［１０］。广西百色市靖西县旧州街等农村集中式污水处理设施采用了典型的高负荷地下渗滤污水处理技术，其工艺流程为污水经收集进入初沉池，短暂沉淀后进入调节池，经泵进入高负荷地下渗滤单元，其出水经过地下渗滤单元进行深度处理后直接外排。２２　不同处理工艺的处理效果对４种主要处理工艺的运行效果进行统计。７３座处理设施中３２座处理工艺长期有效运行，其中：①有动力好氧生化处理工艺２０座，②厌氧－微动力好氧－人工湿地处理工艺３座，③厌氧－人工湿地／生态塘处理工艺７座，④高负荷地下渗滤处理系统２座，４种主要工艺的处理效果如表２所示。从出水水质可以看出，４种工艺出水中主要污染物均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（ＧＢ１８９１８—２００２）的一级Ｂ排放标准。从污染物的去除率来看，处理工艺①和②具备好氧处理系统，对化学需氧量的去除率高于其他两种工艺，去除率均达７０％以上。处理工艺④对氨氮的去除率较低，仅为７５５０％，这是因为氨氮的去除需要在好氧条件下，微生物进行硝化反应，将污水中的氨氮转化为硝酸盐氮，而在高负荷地下渗滤处理系统中，主要依靠间歇性动力通风进行氧气供应，低溶解氧可能导致该处理工艺的氨氮去除率较低。从总氮的去除率可以看出，处理工艺②的总氮去除率较高，从氮的转化和去除机理来看，生物脱氮需要系统在好氧和缺氧间转换：在好氧条件下实现硝化作用，使氨氮转化为硝酸盐氮，在缺氧条件下实现反硝化作用，使硝酸盐氮转化为氮气［１１－１２］。厌氧－微动力好氧－人工湿地处理工艺从工艺运行角度满足了生物脱氮的必需条件，并且人工湿地也强化了氮的去除。处理工艺①的总磷去除率较低，为７４０２％。依据传统的生物除磷理论，生物除磷通过厌氧释磷和好氧吸磷两个过程将磷以聚合磷的形式贮存在微生物中，形成高磷污泥，排出系统外，溶解氧、污泥龄等均为影响生物除磷的重要因素［１３］，有动力好氧生化处理系统对总磷的去除可能受这些因素的影响，从而导致磷的去除率较低。其余３种工艺通过生态系统等强化了磷的吸附和去除。对所有污染物的整体去除效果进行排序，厌氧－微动力好氧－人工湿地＞有动力好氧生化处理工艺、厌氧－人工湿地＞高负荷地下渗滤处理系统。表２　４种主要处理工艺的处理效果Ｔａｂｌｅ２　Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｆｏｕｒｍａｊｏｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ处理工艺出水水质／（ｍｇ·Ｌ－１）化学需氧量氨氮总氮总磷去除率／％化学需氧量氨氮总氮总磷①２０６３２５０９１７０６６７４３４８７４２７６８１７４０２②２６６７１０６５３０６０７０１１９８７２８２８９８０７８③１２０１９３８５０１１６６７６９５５８７４３１８３４２④５６３７２５４１０２７５５２０７５５０６９６１８９２５　注：出水水质及去除率均为多个实际工程的平均值。６５３桂　林　理　工　大　学　学　报　　　　　　　　　　　　　　２０１７年２３　不同处理工艺的经济性比对对４种主要处理工艺应用的处理规模、投资、占地、运行费用等进行经济性统计和分析（表３）。从处理规模来看，有动力好氧生化处理工艺、厌氧－微动力好氧－人工湿地、厌氧－人工湿地／生态塘均有广泛的应用范围，其中有动力好氧生化处理工艺、厌氧－人工湿地／生态塘处理工艺平均处理规模为９５ｍ３／ｄ，较其他工艺更普遍应用于小规模处理。对单位处理规模投资的分析表明，有动力好氧生化处理工艺、厌氧－微动力好氧－人工湿地的投资范围