3种农村生活污水处理工艺处理效果比较分析

摘要 为了评价3种处理工艺的处理效率和效果，选取上海地区105座农村生活污水处理站点的进水和出水为研究对象，分析了进水水质特征和3种农村生活污水处理工艺对CODCr、BOD5、NH3-N和TP污染物的平均去除率。结果表明，上海地区进水COD、BOD5、NH3-N和TP浓度平均值分别为85.8、46.7、26.6和6.8 mg/L，TP污染较CODCr等有机物污染更严重，各污染物在高温期进水浓度低于低温期的进水浓度。CODCr、BOD5、NH3-N和TP的平均去除率分别为67.5%、77.0%、76.1%和66.0%，综合比较后认为：模块化MBR工艺对各污染物的处理效率最高，生物滤池+人工湿地工艺次之，土壤渗滤工艺处理效率最低，各处理工艺处理效率仍有进一步优化空间，在实际运行中需通过加强日常养护、规范运营管理、提高专业化养护程度等措施提高处理设施的处理效率。

关键词 处理工艺；处理效率；处理效果；比较；上海地区

中图分类号 X 799.3  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2022）21-0208-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.21.052

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Comparative Analysis on the Efficiency of Three Rural Domestic Sewage Treatment Processes

ZHOU Fei

（Water Conservancy Management of Shanghai Jinshan， Shanghai 201500）

Abstract In order to explore the treatment efficiency and effects of the three treatment processes，the input and output of 105 rural domestic sewage treatment stations under the jurisdiction of Shanghai area were selected as the research object，the characteristics of the influent water quality and the effects of the three rural domestic sewage treatment processes on CODCr，BOD5，NH3-N and TP pollutants were analyzed.The results showed that the average influent CODCr，BOD5，NH3-N and TP concentrations in Shanghai area were 85.8，46.7，26.6，6.8 mg/L，TP pollution is more serious than COD and other organic pollution.The influent concentration of various pollutants in the high temperature period is lower than the influent concentration in the low temperature period.The average removal rates of CODCr，BOD5，NH3-N，and TP are 67.5%，77.0%，76.1%，and 66.0% respectively，comprehensive comparison shows that the modular MBR process has the highest treatment efficiency for each pollutant，the biological filter & constructed wetlands process is the second，the soil infiltration process has the lowest treatment efficiency.There is still room for further optimization of the treatment efficiency of each treatment process.Each treatment process needs to improve the treatment efficiency of treatment facilities through measures such as strengthening daily maintenance，standardizing operation management，and increasing the degree of professional maintenance.

Key words Treatment process；Processing efficiency；Treatment effect；Comparison；Shanghai area

农村生活污水综合治理可有效减轻生活污水对河道的直接污染，提高农村河道水环境质量，是乡村振兴战略的重要组成部分。自 2007 年起，上海市就以改变农村河道水环境面貌为目标，持续推进农村生活污水治理工作，截至2019 年底，已累计实施农村生活污水处理 84万户，处理率为84%［1］。通过10多年的建设，上海地区就地处理工艺趋于稳定，目前处理工艺主要包括生物滤池、一体化膜法 A2/O、模块化MBR、人工湿地、土壤渗滤等，不同处理工艺不仅在工艺技术机理、工程措施和养护成本技术方面具有显著差异，也在处理效果和出水稳定性方面具有显著差别［2-3］，目前对农村生活污水处理不同处理工艺的研究较多，但对实际工程处理设施处理效果的系统对比分析则不多，金山区是上海市城镇化率较低的地区，目前约有投入运行的农村生活污水处理站点700个，处理工艺主要以土壤渗滤、生物滤池+人工湿地、模块化MBR 3种工艺为主，通过调研上海其他郊区和周边外省市的农村生活污水处理情况可知，土壤渗滤、生物滤池+人工湿地、模块化MBR 3种工艺对其亦具有一定的代表性，该研究通过对土壤渗滤、生物滤池+人工湿地、模块化MBR 3种典型的农村生活污水处理工艺污染物平均去除率和稳定性的比较分析，为上海地区乃至长江三角洲地区评价农村生活污水处理效果和工艺提升提供依据。

1 材料和方法

1.1 工艺流程

1.1.1 土壤渗滤。

土壤渗滤工艺主要包括预处理单元和土壤渗滤场两部分，即把污水均匀地分配到经一定构造、一定深度并具备良好扩散特性的土层中，污水经土壤渗滤作用向周围流动且满足处理要求的一类自然处理方法，属于一种小型的污水自然净化系统。它是利用地表下土壤微生物、植物根系以及土壤所具有的物理、化学特性将污水净化的工程技术，这种工艺充分发挥了自然净化功能，所以具有土建投资少、运行投资小、操作方便等优点。工艺流程见图1。

1.1.2 生物滤池+人工湿地工艺。

该工艺是生物+生态相结合的污水处理工艺，主要由调节池、复合生物滤池和人工湿地等部分组成，当污水由上而下流经长有丰富菌膜的复合滤材时，其中的污染物被微生物吸收，大部分有机污染物、部分氨氮和磷得以消除。然后污水进入中间池经分配井均匀分配后进入人工湿地，人工湿地系统为准生态系统，可截留污水中悬浮物，其中的微生物对污水中的有机物、氮磷化合物有较好的分解功能［3］。污水经人工湿地进一步消除水污染物后，尾水就近排入附近河道。该工艺具备处理效果稳定，施工成本和运行费用低，结构简单便于管理维修等诸多优势。已有结果表明［4］，当系统中进水 CODCr、BOD5、NH3-N和 TP 的平均含量为300～350、180～200、30～35和4～5 mg/L时，出水CODCr、BOD5、NH3-N和 TP 的平均含量为 22.1～59.3、1.3～19.7、6.7～7.7 和0.5～1.1 mg/L，工艺流程见图2。

1.1.3 模块化MBR工艺。

该工艺属于膜分离技术与生物技术融合的处理工艺，污水自沉渣池进入调节池，匀质匀量后，首先进入缺氧池，继而进入MBR池；在MBR池进行鼓风曝气，促使有机物的好氧分解；混合液再回流至缺氧池进行反硝化脱氮，消除总氮；然后出水经过膜丝去除悬浮物（SS）。同时通过投加除磷剂，利用膜组件优点，去除总磷。产生的污泥排放至污泥池，再进行定期抽吸外运处理。已有结果表明［5］，系统进水 CODCr、BOD5、NH3-N和 TP 的平均含量为250～400、120～200、40～60和2.5～5.0 mg/L时，出水CODCr、BOD5、NH3-N和 TP 的平均含量为10.00～19.00、4.20～5.20、0.47～0.80和0.30～0.42 mg/L，工艺流程见图3。

1.2 调查与采样方法

选择上海市金山区105座农村生活污水处理站，其中土壤渗滤工艺站点31处，生物滤池+人工湿地工艺站点45处，模块化MBR工艺站点29处，于2019年7月、11月和2020年7月、11月分别开展进水、出水水质检测，7月份平均水温设定为28 ℃，代表高温时期，11月份平均水温设定为12  ℃，代表低温时期。为避免雨水影响，取样期间尽量避开中雨及以上的干扰。

1.3 指标与检测方法

水质检测指标包括化学需氧量（CODCr）、5日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、总磷（TP）等4项，其中 CODCr的检测方法为重铬酸盐法（HJ 828—2017），BOD5的检测方法为稀释与接种法（HJ 505—2009），NH3-N的检测方法为纳氏试剂分光光度法（HJ 535—2009），TP的检测方法为钼酸铵分光光度法（GB/T 11893—1989）。

水质采样点位选择在农村生活污水处理设施出口后的采集井中，采样方式为瞬时采样，采样频次为每天1次1个样品。

2 结果和分析

2.1 进水水质特征

通过对105座农村生活污水处理站的进水分析，CODCr进水浓度变化范围为5.2～440.0 mg/L，平均值为85.8 mg/L；远小于浙江嘉兴地区农村生活污水CODCr进水均值（142.2 mg/L）［6］；BOD5进水浓度变化范围为0.63～1 130.00 mg/L，平均值为46.7 mg/L；NH3-N进水浓度变化范围为0.33～273.00 mg/L，平均值为26.6 mg/L，接近于浙江嘉兴地区农村生活污水NH3-N进水均值（27.7 mg/L），亦接近于江苏省农村生活污水NH3-N进水均值（27.8 mg/L）［7］，大于巢湖流域巢湖市两处农村生活污水中的NH3-N浓度（8.07和11.52 mg/L）［8］；TP进水浓度范围为0.4～35.4 mg/L，平均值为6.8 mg/L，高于浙江嘉兴地区农村生活污水TP进水均值（4.02 mg/L），亦高于江苏省农村生活污水TP进水均值（3.4 mg/L），低于云南大清河流域农村生活污水TP进水均值（9.75 mg/L）［9］。总之，进水CODCr、BOD5、NH3-N和TP浓度变化范围较大，进水浓度波动亦较大，不同地区的农村生活污水进水浓度差异也较大。高温条件下，用水量也相对增大，进水CODCr、BOD5、NH3-N和TP平均浓度依次为56.9、19.1、12.1和2.0 mg/L；低温条件下，用水量相对减少，进水CODCr、BOD5、NH3-N、TP平均浓度依次为73.1、36.1、33.6和9.0 mg/L，高温条件下各指标进水浓度小于低温条件下各指标进水浓度（图4）。

2.2 3种处理工艺各污染物平均去除率比较分析

由表1可知，CODCr的平均去除率为67.5%，如按照处理工艺比较，CODCr的平均去除率排序依次为模块化MBR > 生物滤池+人工湿地 > 土壤渗滤；BOD5的平均去除率为77.0%，按照处理工艺比较，BOD5的平均去除率排序依次为模块化MBR > 生物滤池+人工湿地 > 土壤渗滤；NH3-N的平均去除率为76.1%，如按照处理工艺比较，NH3-N的平均去除率排序依次为模块化MBR > 生物滤池+人工湿地 > 土壤渗滤；TP的平均去除率为66.0%，如按照处理工艺比较，TP的平均去除率排序依次为生物滤池+人工湿地 > 土壤渗滤 > 模块化MBR。模块化MBR工艺对CODCr、BOD5、NH3-N和TP的平均去除率依次为72.7%、80.4%、82.5%和62.2%，生物滤池+人工湿地工艺对CODCr、BOD5、NH3-N和TP的平均去除率依次为66.0%、79.6%、76.1%和68.7%，土壤渗滤工艺对CODCr、BOD5、NH3-N和TP的平均去除率依次为63.8%、71.1%、69.8%和67.2%。因此，综合来看，模块化MBR工艺对CODCr、BOD5、NH3-N和TP指标的处理效率最高；生物滤池+人工湿地工艺次之；土壤渗滤工艺对污染物的处理效率最低。