田之光

（上海市機電設計研究院有限公司，上海 200040）

1 崇明區(qū)農(nóng)村生活污水現(xiàn)狀

上海市崇明區(qū)農(nóng)村村落存在多種形式，既有獨門獨院的別墅式農(nóng)民新村、小區(qū)式中心村、也有分散的自然村落。其中分散的自然村落分布較廣，且位置相對于鄉(xiāng)、鎮(zhèn)較偏遠，離最近的市政管網(wǎng)超過一定距離，因此生活污水納管率較低[1]。農(nóng)村自然村落的生活污水對附近河道污染問題及由此產(chǎn)生的公共衛(wèi)生安全問題逐漸突顯。新村附近大多數(shù)河道雖然都已修繕一新，河道邊用水泥或磚石砌起，但忽略了駁岸對河流及水陸生態(tài)系統(tǒng)的影響。雖然進行了河道綠化，有些支流河水卻泛著青色。量大而面廣的農(nóng)村生活污水是造成郊區(qū)農(nóng)村慢流速支流小河道水質(zhì)變差的主要原因。

1.1 一級處理排放

目前，崇明區(qū)農(nóng)村的一級生活污水處理設施為化糞池。三格式化糞池造價低廉，在正常使用情況下可以去除糞便污水中50%的BOD5和CODCr，但出水水質(zhì)如要達到《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）一級標準，則需進一步處理。且由于化糞池非飽和帶中缺少碳源，抑制反硝化脫氮，最終導致硝酸鹽滲入地下水，是化糞池最普遍的環(huán)境危害。

1.2 二級處理排放

我國城市生活污水處理的主要途徑是經(jīng)市政管網(wǎng)收集后輸送到污水處理廠進行集中處理。崇明區(qū)零散村落如果建立傳統(tǒng)集中式污水處理系統(tǒng)，投資建設和運行費用對經(jīng)濟相對落后的農(nóng)村來說是沉重負擔。而建立分散式污水處理系統(tǒng)則不需要龐大的管網(wǎng)投資。

為實現(xiàn)崇明區(qū)分散的自然村落生活污水治理后排放達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級B標準，崇明區(qū)制定了“建養(yǎng)一體化”管理辦法。項目采用設計、施工、養(yǎng)護一體化形式招投標，養(yǎng)護期5年，養(yǎng)護期從通過竣工驗收之日起開始計算。項目工程費由區(qū)財政負責籌措，青苗費、清障費等前期費由鎮(zhèn)（鄉(xiāng)）財政負責籌措。運行養(yǎng)護費由區(qū)財政、鎮(zhèn)（鄉(xiāng)）財政按80∶20比例分擔[2]。

2 目前采取的主要治理工藝

崇明區(qū)從2016年開始，加大了零散自然村落的農(nóng)村生活污水改造力度，主要采用生化處理工藝，采取地埋式一體化凈化槽，處理規(guī)模覆蓋1～200t/d。典型工藝包括厭氧+缺氧+生物接觸氧化、水解酸化+A2O、SBR等。目前各種工藝路線均可實現(xiàn)達標排放；但存在竣工驗收后，生活污水有機物濃度偏低、水量波動及冬季低溫等不利因素的干擾，同時由于農(nóng)村生化處理專業(yè)技術隊伍的缺失，存在后期出水水質(zhì)波動的可能性。以活性污泥法為例，具體分析活性污泥法（活性污泥法包括SBR、AB法、氧化溝、A2O等）的控制技術。

2.1 工藝控制指標

（1）pH值：通常6～9，低于5或高于10時，活性污泥沉降緩慢，上清液渾濁，甚至會發(fā)生液面有漂浮的活性污泥絮體；曝氣池出口pH值低于7.0，硝化菌活性降低，氨氮去除率明顯下降。

（2）水溫：低于10℃，出水未沉降絮體增多；高于40℃，菌膠團部分解體；低于5℃，生化系統(tǒng)基本無去除率。

（3）F/M（系統(tǒng)中有機物與微生物數(shù)量比值）值：傳統(tǒng)活性污泥法F/M控制在0.2～0.4kgBOD5/kgMLSS·d。

（4）DO：曝氣池出口溶解氧控制在2～3mg/L；檢測過地埋式一體化凈化槽曝氣池出口出現(xiàn)4.5mg/L甚至8.0mg/L情況。

（5）活性污泥濃度（MLSS）：水溫降低10℃，活性污泥的活性降低一半。

（6）沉降比（SV30%）：通過觀察自由沉淀（前30s），了解是否發(fā)生活性污泥濃度過低、絲狀菌膨脹、曝氣過度和活性污泥濃度過高等非正常工況；應每日用1000mL量筒取樣觀察，目前許多處理設施該檢測項目存在空白。

（7）污泥齡：污泥齡控制在15～20d可兼顧脫氮除磷兩方面工藝要求。

（8）回流比：控制在30%～70%；存在由于回流比控制不準確和缺氧池碳源不足導致反硝化去除率下降現(xiàn)象。

（9）原水成分：BOD5∶N∶P=100∶5∶1，若長期比例失衡，應適當考慮補充營養(yǎng)劑，例如投加碳源—葡萄糖、氮磷營養(yǎng)劑尿素和磷酸。

上述工藝控制參數(shù)，需要注意監(jiān)測，并根據(jù)各參數(shù)的變化情況及時調(diào)整工藝控制。

2.2 活性污泥法運行故障的應對方法

2.2.1 生化系統(tǒng)培菌啟動困難[3]

（1）接種培菌：接種臨近污水處理廠二沉池回流污泥：通常按照F/M值5～10，例如按照進水量10t/d，BOD5=150mg/L，二沉池回流污泥濃度是曝氣池的1～2倍，因此MLSS取值4000mg/L。

（2）壓濾泥餅投加量：含水率取值85%，由于無效成分較多，投加量要求與接種回流污泥量相近。

（3）培菌：24h全程悶曝，DO≯3mg/L；最后組織低濃度低水量廢水進入，DO值控制在2～3mg/L。隨后培菌過程逐步增加進水量和進水濃度，增加幅度按照平均分配原則在30d內(nèi)提高到正常處理水量規(guī)模，MLSS達到500mg/L需要進行適當排泥。

（4）自培菌：進水濃度是正常值的20%，悶曝2d。較接種培菌時間延長2～3周。

2.2.2 活性污泥濃度無法有效提升

傳統(tǒng)活性污泥法，F(xiàn)/M為0.2～0.4、SV30為15%、MLSS為1100～2500mg/L。但曝氣過度、營養(yǎng)劑不足、底物濃度低和進水含有過量的有毒或抑制類物質(zhì)，將導致濃度提升困難。

通常DO≥6.0mg/L，F(xiàn)/M≤0.03，曝氣池出水TP≤0.1mg/L、NH3-N≤1mg/L，污泥濃度無法提升。

2.2.3 生化池浮渣、泡沫故障

（1）泡沫：1）棕黃色泡沫（或與活性污泥相同顏色）：活性污泥老化；2）灰黑色泡沫：曝氣不足，處于缺氧狀態(tài)；3）白色泡沫：黏稠不易破碎泡沫，負荷高，黏稠易破碎泡沫，過度曝氣；4）彩色泡沫：帶顏色廢水進入生化池或洗滌劑進入系統(tǒng)。

（2）浮渣：常見棕褐色且堆積過度的液面浮渣，有兩種可能性：1）生化池發(fā)生反硝化；2）發(fā)生了絲狀菌膨脹。

2.2.4 活性污泥隨放流水漂出原因

存在沖擊負荷、活性污泥老化、活性污泥中毒、二沉池發(fā)生反硝化、曝氣過度等均可能導致放流水漂泥現(xiàn)象的發(fā)生。

F/M≥0.5判定存在負荷沖擊；F/M≤0.04且持續(xù)超30d，將出現(xiàn)污泥老化；DO≥3.5mg/L屬于曝氣過度。

2.2.5 活性污泥上浮

污泥反硝化和污泥絲狀菌膨脹是主要原因。

2.2.6 活性污泥老化

排泥不及時、進水長期低負荷、過度曝氣、活性污泥濃度控制過高均會造成活性污泥老化。

2.2.7 脫氮除磷

反硝化菌及聚磷菌的生長繁殖需要水中富含有機物。通常依靠厭氧+缺氧+曝氣并結(jié)合有效的回流比控制，實現(xiàn)脫氮。聚磷菌厭氧釋磷，好氧過量吸磷，通過排泥除磷。

A2O脫氮除磷工藝控制參數(shù)的協(xié)調(diào)控制：1）厭氧池底物濃度：F/M≥0.15、厭氧池硝態(tài)氮≤1.5mg/L；2）DO控制：好氧池出水DO≥2.0mg/L、厭氧池≤0.2mg/L、缺氧池≤0.5mg/L；3）pH值：缺氧池反硝化pH值范圍6.5～7.5，曝氣池pH值范圍7.5～8.5；4）污泥齡：15～20d；5）回流比：脫氮內(nèi)回流200%～400%，除磷外回流50%～100%；6）水溫：20℃～28℃，低于5℃菌膠團基本停止活動；7）缺氧反硝化BOD5/TKN≥4.0、厭氧釋磷BOD5/TP≥25。

2.3 零散自然村落生化法處理生活污水的優(yōu)劣分析

零散自然村落生活污水存在持續(xù)低有機物濃度和低水量，24h內(nèi)水質(zhì)波動較大。為確保生化法脫氮除磷和CODCr的去除，需要針對pH值、水溫、F/M值、DO、MLSS、SV30%、污泥齡、回流比、原水濃度開展日常監(jiān)控。否則長期缺失監(jiān)管，前述章節(jié)分析的活性污泥法運行故障將可能發(fā)生。通過對上海其他區(qū)域小型污水處理站的調(diào)查，有專業(yè)化污水管理的只占22.2%，分析認為，出水水質(zhì)達不到設計標準可能與缺乏專業(yè)化管理有關[4]。

為有效應對可能發(fā)生的超標排放異常工況，并結(jié)合崇明區(qū)河網(wǎng)密集、土地和水資源相對富余的特點，建議結(jié)合新農(nóng)村建設，在地埋式生活污水生化處理設施出口或CODCr波動較大支流，建設公園式人工濕地，確保匯流水達標排放；但不建議高SS水直接進入人工濕地。

3 人工濕地的優(yōu)劣性分析

人工濕地是一種人工生態(tài)系統(tǒng)，通過過濾、吸附、沉降等物理過程以及化學與生物作用的協(xié)調(diào)，實現(xiàn)水質(zhì)改善。人工濕地的優(yōu)點：投資較低、維護管理簡單、處理效果好、使用范圍廣。但也存在自身無法克服的缺點，主要是受氣候條件限制較大（冬季氣溫較低區(qū)域推廣困難），占地面積大（生化污水長面的2～3倍），易產(chǎn)生淤積和堵塞。

目前國內(nèi)建設的人工濕地，主要以潛流為主，依靠植物根系泌氧（≤3g/m2濕地），供氧能力差；同時為減少用地和投資，用地僅為2～3m2/t·d。導致初期運行正常，中后期由于供氧不足、厭氧菌大量繁殖導致出水黑臭。人工濕地的設計應嚴格按照《人工濕地污水處理工程技術規(guī)范》（HJ2005-2010）設計施工，尤其要做好防滲處理和專業(yè)化的運行管理。人工濕地進水水質(zhì)應嚴格按照規(guī)范執(zhí)行，否則無法確保去除率和穩(wěn)定運行[5]。人工濕地系統(tǒng)進水水質(zhì)要求見表1，人工濕地系統(tǒng)污染物去除率如表2。

表1 人工濕地系統(tǒng)進水水質(zhì)要求 （單位：mg/L）

表2 人工濕地系統(tǒng)污染物去除效率 （單位：%）

人工濕地的基質(zhì)、植物和微生物是處理污水的組成部分?；|(zhì)一般由石質(zhì)、砂質(zhì)、土質(zhì)、泥炭、沸石和煤渣等介質(zhì)組成。植物一般由沉水植物、浮水植物和挺水植物組成。微生物包括好氧型、厭氧型和兼性厭氧型多種。人工濕地適合于無霜期長、植物生長期長的小規(guī)模生化出水的處理，針對零散自然村落是最合理最經(jīng)濟的末端水處理方法。

3.1 污染物去除

1）脫氮：通過基質(zhì)和植物根系的過濾和吸附、沉淀、氨的揮發(fā)、植物吸收和微生物降解；2）除磷：無機磷能被植物吸收轉(zhuǎn)化成自身的ATP、DNA和RNA，定期收割可實現(xiàn)除磷；3）BOD5和SS的去除：基質(zhì)的吸附作用及微生物的降解作用；4）有機物：微生物分解利用和植物根系吸收；5）重金屬：通過離子交換、化學沉淀、植物吸收和微生物氧化的結(jié)合去除；6）難降解有機物：通過植物根系吸收和微生物降解吸收。

據(jù)初步估算，1kgBOD5在植物的光合作用下，至少可以合成30kg總碳（有機物）[6]。再將植被收割清理后，水中的有機物才能得到有效去除，但一旦人工濕地生產(chǎn)出來的植被得不到有效收割和處理，其污染能力是巨大，因此人工濕地建成后的管理至關重要。

人工濕地的日常管理包括植物補栽、固廢清理、植物收割與處置、水位控制、填料更換等。表面流人工濕地存在冬季結(jié)冰，夏季水體易發(fā)臭和招引蚊蠅，建議盡量避免采用該方式。

3.2 人工濕地的設計參數(shù)

人工濕地的主要設計參數(shù)宜根據(jù)試驗資料確定，無資料和經(jīng)驗值可采用表3數(shù)據(jù)取值。

表3 人工濕地主要設計參數(shù)

3.3 幾何尺寸

1）長寬比＜3∶1、潛流水深0.4～1.6m、水力坡度0.5%～1%；2）潛流人工濕地底部應設置清淤裝置；3）植物種植密度：挺水植物9～25株/m2，浮水植物和沉水植物3～9株/m2；4）防滲層：滲透系數(shù)≯10-8m/s。

4 結(jié)語

生化設施出水再進入人工濕地，只要管理得當，可實現(xiàn)穩(wěn)定達標。崇明地區(qū)除建設較大型人工濕地外，也可以考慮建設迷你型人工濕地污水處理設施。零散分布的自然村落采用建設5～10m2的小型人工濕地，既可處理污水，又可美化環(huán)境。人工濕地系統(tǒng)可形成良好的生態(tài)循環(huán)，不僅有較好的污水凈化效果，且有較好的生態(tài)和經(jīng)濟效益。崇明地區(qū)河網(wǎng)密布，若能再結(jié)合生態(tài)駁岸和人工浮島建設，將能提高區(qū)域景觀價值。