彭彬，胡思源，王鑄 ，徐國良, ，莫凌梓，李玉坤，利曼琳，李杏子

（1. 廣州大學(xué)地理科學(xué)與遙感學(xué)院，廣東 廣州 510006；2. 廣東省農(nóng)村水環(huán)境面源污染綜合治理工程技術(shù)研究中心，廣東 廣州 510006；3. 廣州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510006；4. 意大利帕多瓦大學(xué)土地、環(huán)境、農(nóng)業(yè)與森林學(xué)院，意大利 帕多瓦 35100）

農(nóng)村生活污水的排放是水環(huán)境污染的重要因素。加強(qiáng)農(nóng)村生活污水的收集、處理和資源化利用，是農(nóng)村水環(huán)境改善迫切需要解決的問題，也是鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。然而，我國農(nóng)村污水處理設(shè)施覆蓋率嚴(yán)重不足。2016年全國農(nóng)村生活污水處理率僅為22%，農(nóng)村生活污水問題已經(jīng)成為影響農(nóng)村人居環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的重要因素。

從處理方式看，我國農(nóng)村污水處理主要包括分散式處理、村鎮(zhèn)集中處理和市政統(tǒng)一處理三種方式。受地理和經(jīng)濟(jì)因素的制約，集中式污水處理模式在居民居住較為分散的農(nóng)村地區(qū)難以開展，而小型分散式污水處理設(shè)施能夠?qū)崿F(xiàn)生活污水的就近處理與利用，適用區(qū)域廣，占用場地小，可以較好適應(yīng)水質(zhì)水量的變化，能有效地保護(hù)環(huán)境和公眾健康[1]，更適應(yīng)農(nóng)村地區(qū)。在農(nóng)村分散式污水處理工藝中，厭氧+人工濕地工藝、MBR工藝、土地滲濾工藝和A2O工藝的使用較為廣泛。19 世紀(jì)中葉，美國開始研究并建設(shè)農(nóng)村污水處理設(shè)施，并發(fā)布了分散式污水處理系統(tǒng)應(yīng)用手冊[2]。此后，丹麥也頒布了分散式農(nóng)村生活污水處理指導(dǎo)守則[3]。我國從20 世紀(jì) 80 年代開始推廣分散式污水處理技術(shù)，人工濕地、穩(wěn)定塘、生物濾池和A2O 等工藝逐漸在農(nóng)村地區(qū)得到推廣使用。但是就以往的研究來看，關(guān)于處理技術(shù)的實驗室階段和設(shè)施建成運行初期較多，而研究者對后續(xù)階段設(shè)施的運行狀況的關(guān)注較少；而招標(biāo)和投標(biāo)方可能具有較大的主觀性和逐經(jīng)濟(jì)性，一味選擇前沿先進(jìn)和自動化水平高的工藝，很難因地制宜選擇合適的工藝種類。

為了進(jìn)一步比較和探析我國農(nóng)村分散式污水處理技術(shù)的特點、效果與存在的問題，本文對厭氧+人工濕地工藝、MBR工藝、土地滲濾工藝和A2O工藝4種處理工藝進(jìn)行評述，評價其原理、特征和優(yōu)缺點。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合廣東省農(nóng)村生活污水處理的實際情況，開展廣東省農(nóng)村生活污水處理設(shè)施的實地調(diào)研工作，選取其中廣州市增城區(qū)某村的厭氧+人工濕地工藝、珠海市斗門區(qū)某村的土地滲濾工藝、中山市橫欄鎮(zhèn)某村的MBR工藝和佛山市順德區(qū)某村的A2O工藝，對其設(shè)備運行方式、污水處理效果和設(shè)施設(shè)備狀況等進(jìn)行比較分析，為優(yōu)化現(xiàn)有工藝、推動新技術(shù)發(fā)展和推進(jìn)我國農(nóng)村生活污水處理設(shè)施的建設(shè)與維護(hù)管理提供科學(xué)數(shù)據(jù)分析和參考建議。

1 農(nóng)村生活污水分散式處理工藝

1.1 厭氧工藝

厭氧工藝主要是利用厭氧微生物來降解污水中的有機(jī)物。一般來說，厭氧處理主要分為水解、產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷三個階段。在水解階段，通過水解和發(fā)酵的作用，將一些復(fù)雜有機(jī)物轉(zhuǎn)化為氨基酸、糖和脂肪酸等簡單有機(jī)物，再將氨基酸和糖類轉(zhuǎn)化為短鏈脂肪酸；在產(chǎn)乙酸階段將長鏈脂肪酸轉(zhuǎn)化為乙酸；最后再通過甲烷階段，利用乙酸和H2、CO2生成甲烷。

這種技術(shù)模式可以通過多種微生物的作用，有效地去除生物降解的有機(jī)物，留下NH4+，PO43-和S2-等物質(zhì)[4]。然而，厭氧工藝的技術(shù)體系也有一些缺點和不足。張正哲等[5]綜述了厭氧氨氧化工藝運行的研究認(rèn)為，在進(jìn)水負(fù)荷方面，當(dāng)pH＞8.0時會導(dǎo)致AnAOB活性降低導(dǎo)致亞硝酸鹽積累，pH＜6.8時則會抑制AOB進(jìn)水總懸浮固體的濃度，也會影響該工藝的性能；此外，厭氧氨氧化工藝還會有氮素積累、溫室氣體排放等問題。諸多研究表明，厭氧工藝是一種簡易、高效和低耗的廢水處理裝置，但是也存在過程擾動和氮素積累等問題，可以嘗試與其他工藝結(jié)合使用。

1.2 人工濕地工藝

人工濕地是一種模擬自然濕地的人工生態(tài)系統(tǒng)，適用于我國農(nóng)村地區(qū)。這種工藝是通過基質(zhì)和生物的共同作用來運行?；|(zhì)是承載體，是利用植物和微生物進(jìn)行污水處理的場所，同時還可以攔截污水附帶的營養(yǎng)成分、過濾有機(jī)物等；植物通過吸收、吸附、過濾和富集等作用去除污染物[6]；微生物則用于去除有機(jī)物和含氮化合物[7]。

人工濕地工藝通過物理、化學(xué)和生物的協(xié)同作用，能夠高效處理污水，在我國已得到廣泛應(yīng)用。孫亞兵等[8]研究認(rèn)為，自動增氧型潛流人工濕地具有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力，當(dāng)COD、NH4+-N 和TP 進(jìn)水濃度分別在 132～393 mg/L、21.6～50.3 mg/L和 3.6～13.2 mg/L范圍內(nèi)變化時，其去除負(fù)荷均隨著進(jìn)水濃度的升高而增大，最高去除負(fù)荷分別為 226 kg/(hm2·d)、44.4 kg/(hm2·d) 和 10.4 kg/(hm2·d)，相應(yīng)的去除率分別為 89.5%、88.9%和90.3%。

由于人工濕地工藝的處理能力有限，容易受氣候等條件的制約，常與厭氧工藝結(jié)合使用，組成“厭氧+人工濕地”的組合工藝。但是這種組合工藝目前也存在著一些問題。鐘秋爽和王俊玉[9]研究表明，部分工藝出水水質(zhì)波動較大，具有不穩(wěn)定性。該工藝的運行參數(shù)還需優(yōu)化，以保持碳源供給與微生物脫氮除磷之間的平衡[10]。為此，可以建立并完善一套濕地工程數(shù)據(jù)庫，以達(dá)到提供參數(shù)、減少重復(fù)勞動、實現(xiàn)資源優(yōu)化配置的效果[11]。

1.3 土地滲濾工藝

土地滲濾工藝是一種人工強(qiáng)化的污水生態(tài)工程處理技術(shù)，其利用土壤中各成分，通過物理、化學(xué)等作用對污水進(jìn)行處理，屬于一種小型的污水土地處理系統(tǒng)。在土地滲濾工藝中，土壤中的生物和土壤膠體都發(fā)揮了重要的作用。植物的根系和微生物通過吸收、轉(zhuǎn)化、降解和合成等作用，選擇吸收污水中的有效態(tài)養(yǎng)分，使其與污水產(chǎn)生分離，并最終將這些養(yǎng)分收集在土壤表層；同時，植物根系可以吸收污水中的部分污染物，微生物還具有礦化作用[12]。在這一工藝中，土壤通過機(jī)械吸收、化學(xué)吸收、物理吸收和代換吸收等方式，對污水進(jìn)行凈化。

土地滲濾工藝簡單實用、成本低廉和便于分散化管理，適宜在我國經(jīng)濟(jì)條件欠發(fā)達(dá)的農(nóng)村地區(qū)推廣使用。黃伯平和李曉慧[13]研究認(rèn)為，進(jìn)水COD約250 mg/L、TN約34 mg/L、NH4+-N約23 mg/L、TP約4 mg/L，主要出水水質(zhì)需達(dá)到一級B標(biāo)準(zhǔn)，各項指標(biāo)的去除率都在80%以上，而Duan等[14]的研究則認(rèn)為其對氮磷等營養(yǎng)元素的去除尤為有效。

但是這種工藝也有一定的缺點。它容易受外界條件影響而造成阻塞，影響運行的穩(wěn)定性；而阻塞后的土地滲濾工藝的水力負(fù)荷也會降低，導(dǎo)致系統(tǒng)的處理量下降[15]。

1.4 A2O工藝

A2O工藝由厭氧、缺氧和好氧等三個部分組成，是傳統(tǒng)活性污泥工藝、生物硝化與反硝化工藝、生物除磷工藝的綜合。在好氧環(huán)節(jié)中，通過生物硝化作用，把氨氮和有機(jī)氮氨化成的氨氮，轉(zhuǎn)化為硝酸鹽；缺氧環(huán)節(jié)中，通過反硝化作用，將回流帶入的硝酸鹽轉(zhuǎn)化成氮氣，逸入到大氣中，實現(xiàn)脫氮；厭氧環(huán)節(jié)中，聚磷菌釋放磷，并吸收低級脂肪酸等易降解的有機(jī)物；回流到好氧環(huán)節(jié)之后，聚磷菌超量吸收磷，通過剩余污泥的排放，實現(xiàn)除磷[16]。

A2O工藝具有投資少、方便靈活、水力停留時間短、活性污泥不易膨脹、產(chǎn)出污泥肥效高等優(yōu)點，特別是在脫氮去磷有很好的效果[17]，在我國農(nóng)村生活污水處理方面具有很大的優(yōu)勢。郝紅元等[18]研究認(rèn)為，A2O工藝處理在總氮負(fù)荷率和總磷負(fù)荷率分別為0.01～0.03 kgTN/(kgMLSS·d)和0.002～0.003 kgTP/(kgMLSS·d)的條件下脫氮和除磷的效果較好。

A2O工藝也存在一些缺點和不足。在A2O工藝中，不同菌群對于環(huán)境的要求不同，這會對污水處理效果造成一定的影響[19]。在回流過程中，回流污泥當(dāng)中富含硝酸鹽，這對除磷的效果會產(chǎn)生影響；而不同菌群對于碳源需要的矛盾則會造成除氮效果不好。目前也有一些A2O工藝的改良方案，包括UCT，MUCT，VIP這些通過防止硝酸鹽進(jìn)入?yún)捬醭囟纳瞥仔Ч墓に囈约皩⒉煌奈锓N群控制在各自最佳的泥齡條件下的Dephanox工藝等[20]。此外，還有雙循環(huán)兩相生物處理工藝、倒置型的A2O工藝等改進(jìn)方式。

1.5 膜生物反應(yīng)器技術(shù)

膜生物反應(yīng)器（MBR）技術(shù)，是一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)合的新型水處理技術(shù)。MBR工藝通常包括固液分離、膜曝氣和萃取三種類型。MBR技術(shù)主要包括通過生物降解去除溶解有機(jī)物與無機(jī)成分和通過膜分離去除懸浮物兩個部分。在厭氧池部分，對污水中的有機(jī)物進(jìn)行高效降解并生成甲烷等清潔氣體[21]；進(jìn)入缺氧池后，聚磷菌釋放磷，并吸收低級脂肪酸等易降解的有機(jī)物；在好氧池中，通過空氣與水的接觸，將空氣中的氧溶解于水中或水中不需要的氣體和揮發(fā)性物質(zhì)放逐到空氣中[22]。

MBR技術(shù)占地面積小、生化效率高和出水水質(zhì)好，在污水處理領(lǐng)域有著不俗的表現(xiàn)。MBR工藝能夠有效地脫氮、除磷和去除難降解有機(jī)物[23]，并且具有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力。Ding等[24]采用一體化立式膜生物反應(yīng)器處理生活廢水，COD和NH4+-N的去除率分別可達(dá) 95%和 99%。另外，這項技術(shù)能夠和高級氧化設(shè)備、電絮凝、顆粒污泥等技術(shù)相結(jié)合，在處理高氮廢水、提高COD去除率、提高出水水質(zhì)方面取得良好效果[25]。MBR技術(shù)也有一定的劣勢，主要是膜污染這一難題。膜表面的微生物群落結(jié)構(gòu)的變化會引起SMP和EPS濃度的不斷增加，進(jìn)而導(dǎo)致膜污染[26]；此外，原污水特性、污泥混合液特性和膜自身的特性也會造成膜污染，通常需要膜池持續(xù)曝氣來沖刷膜表面[27]?？偠灾?，MBR技術(shù)具有較大的發(fā)展?jié)摿?，而對膜污染形成機(jī)制和膜污染處理的研究以及MBR的標(biāo)準(zhǔn)化是未來MBR技術(shù)研究的重要方向[28]。

2 材料與方法

2.1 調(diào)研區(qū)域情況

廣東省是我國的人口大省，地貌多山地丘陵，氣候高溫多雨。根據(jù)廣東省統(tǒng)計局和廣東年鑒編纂委員會的統(tǒng)計資料，廣東全省年平均氣溫21.8 ℃，最冷的1月平均氣溫為13.3 ℃，最熱的7月為28.5℃；年平均降水量為1 789.3 mm，平均降水量最少的12月為32.0 mm，最多的6月為313.5 mm。2015年廣東省鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口總數(shù)為6 807.01萬人，其中珠江三角洲地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口為2 251.29萬人，粵東、粵西和粵北地區(qū)4 555.71萬人。根據(jù)廣東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳在2015年開展的全省農(nóng)村生活污水處理設(shè)施調(diào)研，珠三角地區(qū)已建設(shè)設(shè)施點1 344個，粵東、粵西和粵北地區(qū)僅為265個，處理設(shè)施覆蓋率低且分布不均衡。

2.2 調(diào)研時間與地點

課題組于2017—2018年間對廣東全省農(nóng)村生活污水處理設(shè)施進(jìn)行了調(diào)研。調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，厭氧+人工濕地工藝和MBR工藝具有較高的覆蓋率，A2O工藝和土地滲濾工藝也得到較好的推廣[29]。因此，選取廣州市增城區(qū)某村、珠海市斗門區(qū)某村、中山市橫欄鎮(zhèn)某村和佛山市順德區(qū)某村所分別采取的厭氧+人工濕地工藝、土地滲濾工藝、MBR工藝和A2O工藝進(jìn)行采樣并做具體的分析比較。

2.3 檢測指標(biāo)與方法

考慮到農(nóng)村生活污水較強(qiáng)的波動性，結(jié)合各地村民的生活作息習(xí)慣，為盡可能還原居民全天用水的實際情況，基于11月和12月期間TN、TP濃度最接近全年平均值[30-31]，課題組從2017年11月1日起，擇期對相關(guān)處理設(shè)施進(jìn)行單日水質(zhì)監(jiān)測，監(jiān)測時段為當(dāng)日6:00—22:00，每隔2 h在各污水處理站進(jìn)水口和出水口分別采集水樣（共18個樣品），樣品采集后，用500 ml白色塑料封口瓶密封口，放入車載冰箱中冷凍并送回實驗室，在24 h內(nèi)進(jìn)行樣品的檢測分析。

根據(jù)廣東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳制訂的農(nóng)村生活污水處理設(shè)施技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及常用的檢測指標(biāo)，指定監(jiān)測的水質(zhì)指標(biāo)為COD、NH4+-N、TN和TP。其中COD采用重鉻酸鉀法（HJ 828—2017）測定；NH4+-N采用納氏試劑分光光度法（HJ 535—2009）測定；TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（HJ 636—2012）測定；TP采用鉬銻抗分光光度法（GB/T 11893—1989）測定。

依據(jù)廣東省農(nóng)村生活污水處理技術(shù)規(guī)范，本文使用的排放標(biāo)準(zhǔn)參照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）規(guī)定。

2.4 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2016、SPSS 22.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并使用Excel 2016進(jìn)行制圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 污水處理設(shè)施進(jìn)出水濃度分析

通過對4種工藝進(jìn)出水的COD、NH4+-N、TN和TP等濃度的檢測，發(fā)現(xiàn)進(jìn)水COD、NH4+-N、TN和TP的濃度（厭氧池前，下同）范圍分別為17～213 mg/L、0.29～79.6 mg/L、7～87.6 mg/L和0.5～21.6 mg/L；出水濃度范圍分別為7～69 mg/L、0.04～60.8 mg/L、4.26～72.9 mg/L和0.42～6.32 mg/L（表1）。通過檢測的污染物濃度數(shù)值，求出每種工藝對應(yīng)污染物當(dāng)天的最大值和最小值的差值，然后求出4種工藝對應(yīng)同種污染物的均值，可得4種工藝進(jìn)水濃度的波動差值。4種工藝進(jìn)水濃度波動較大，其中，進(jìn)水COD、NH4+-N、TN和TP波動差值平均分別為97.75 mg/L、14.47 mg/L、16.68 mg/L和8.01 mg/L，出水濃度相對穩(wěn)定，出水波動差值平均分別為39.75 mg/L、8.8 mg/L、12.11 mg/L和0.89 mg/L。檢測結(jié)果顯示，從整體上看，污水的濃度得到一定的降低；從均值來看，A2O工藝進(jìn)出水COD濃度為最高，分別達(dá)84.56 mg/L和48.78 mg/L，厭氧+人工濕地工藝進(jìn)出水NH4+-N、TN和TP濃度均值為最高，分別達(dá)64.12 mg/L和51.24 mg/L、74.91 mg/L和64.46 mg/L、7.27 mg/L和5.68 mg/L。

除土地滲濾工藝和MBR工藝NH4+-N去除率外，4種工藝各項污染指標(biāo)的日均去除率均低于60%，各污染指標(biāo)的去除率日變化系數(shù)（當(dāng)日去除率最大值/最小值）大部分都在3以上（表2），說明4種工藝對污染指標(biāo)的去除率較低且波動較大。相關(guān)分析結(jié)果顯示，4種工藝污染指標(biāo)去除率與進(jìn)水濃度呈正相關(guān)的有7個，表明去除率隨進(jìn)水污染指標(biāo)濃度的升高而升高，去除率與出水濃度沒有明顯相關(guān)性，說明對應(yīng)工藝對該項污染指標(biāo)的去除能力或抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)。因此推測A2O工藝對COD和TP的去除能力或抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)，TN和NH4+-N則相反。土地滲濾工藝對NH4+-N和TP的去除能力較強(qiáng)，COD則較弱；MBR工藝對TP的去除能力或抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)，對NH4+-N去除能力或抗沖擊負(fù)荷較弱。同時，MBR工藝COD去除率與進(jìn)水濃度呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與出水呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）。其原因可能在于系統(tǒng)沒有滿負(fù)荷運行[32]。Luederitz等[33]認(rèn)為足夠大的人工濕地面積將獲得很好的N、P處理效果，但是本研究中由于厭氧+人工濕地工藝的面積相對較小，除COD外的其余指標(biāo)日均去除率均在22%以下。

表1 農(nóng)村生活污水處理設(shè)施進(jìn)出水濃度設(shè)計參數(shù)與實際檢測的比較（mg/L）Table 1 comparison between designed values and actual measurement values of the concentration of the influent and effluent pollutants by the different rural domestic sewage treatment facilities

表2 4種工藝日均去除率及日變化系數(shù)對比Table 2 The average daily removal rates and daily variation coefficients of the 4 discharge technologies

本研究中，廣州市增城區(qū)某村（厭氧+人工濕地）的水樣采集工作在冬季完成，較低的環(huán)境溫度和污水水溫會對濕地處理效率產(chǎn)生影響。有研究表明，不同區(qū)域氣候環(huán)境下，人工濕地設(shè)施的脫氮除磷效果隨溫度變化而變化。如錢昊[34]發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的持續(xù)降低，CANON型潮汐流人工濕地TN、NH4+-N的去除率將分別降至33.7%和56.1%；對于種植蘆葦、水蔥和千屈草的濕地，15～20 ℃是最適宜的反應(yīng)溫度，此時細(xì)菌數(shù)量達(dá)到最大值[35]；但增城區(qū)的設(shè)施現(xiàn)場并未針對冬季低溫采取植物體覆蓋、地膜覆蓋等適當(dāng)方式進(jìn)行處理[36]。運行溫度同樣影響MBR工藝的出水效果，隨運行溫度升高，COD和NH4+-N去除率先升后降，25 ℃附近將達(dá)最優(yōu)水平。溫度為30～35 ℃時可提高M(jìn)BR系統(tǒng)中的硝化、反硝化反應(yīng)速率，并使MBR出水濃度更為穩(wěn)定[37]。中山市橫欄鎮(zhèn)某村（MBR工藝）于上午6時、夜間3個時段（18時、20時和22時）COD去除率下降，一方面為進(jìn)水負(fù)荷不足，另一方面則可能由夜間低溫條件所致。

3.2 厭氧+人工濕地工藝處理結(jié)果分析

厭氧+人工濕地工藝在廣東省全省范圍內(nèi)進(jìn)行了大面積的建設(shè)。廣州市增城區(qū)某村厭氧+人工濕地工藝建成年份為2011年，總占地面積約930 m2，設(shè)計處理污水規(guī)模為70 t/d，設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)參數(shù)見表1。結(jié)果顯示，采樣當(dāng)天處理點出水COD濃度（進(jìn)水C/N約為0.92）、去除率不穩(wěn)定（介于20%～90%之間），與出水濃度之間呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），與進(jìn)水濃度相關(guān)性較差，說明出水效果不穩(wěn)定、抗沖擊負(fù)荷能力較差。出水NH4+-N濃度未達(dá)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級B標(biāo)準(zhǔn)（8 mg/L，以下簡稱一級B標(biāo)），去除率低，硝化作用弱。隨著時段的變化，進(jìn)水NH4+-N濃度顯著增加（P＜0.05），出水濃度始終維持在高位，去除率低。

TN去除能力較差，進(jìn)水和出水TN濃度較高，其濃度隨著時間極顯著增加（P＜0.01），去除效果不理想，波動較大。進(jìn)水TP負(fù)荷較高，出水未達(dá)標(biāo)，去除效果不理想，這可能與該處理點較長的運行時間有關(guān)。就各個時段樣品超標(biāo)數(shù)量看，出水COD、TN、TP和NH4+-N濃度超標(biāo)數(shù)分別為0個、9個、9個和9個（圖1）。

3.3 土地滲濾工藝處理結(jié)果分析

珠海斗門區(qū)某村污水處理點采用土地滲濾工藝，占地面積約200 m2，設(shè)計處理污水規(guī)模為180 m3/d，具有4個滲濾單元，有專人值守，負(fù)責(zé)土壤基質(zhì)的疏松和翻耙工作，每日定時（每天4次）打開滲濾單元的污水噴灑裝置，引導(dǎo)污水進(jìn)入土壤滲濾環(huán)節(jié)。結(jié)果顯示，該處理點早上進(jìn)水COD濃度向上波動，出水COD濃度也隨進(jìn)水濃度上升，但經(jīng)過適應(yīng)，出水COD濃度回到一級B標(biāo)（60 mg/L）以下。進(jìn)出水TN濃度較接近，去除率低，各時段出水濃度均達(dá)到一級B標(biāo)準(zhǔn)（20 mg/L）。進(jìn)水NH4+-N濃度較低，出水達(dá)一級B標(biāo)，相關(guān)性分析結(jié)果顯示，NH4+-N去除率與進(jìn)水有著極顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），但與出水關(guān)系不明顯，說明該處理技術(shù)具有較強(qiáng)的NH4+-N去除能力，抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)。進(jìn)水TP濃度不高，且較穩(wěn)定，出水保持在1級B標(biāo)（1 mg/L）以下。各時段出水COD、TN、TP和NH4+-N濃度超標(biāo)數(shù)分別為1個、0個、0個和0個（圖2）。

3.4 膜生物反應(yīng)器（MBR）工藝處理結(jié)果分析

中山市橫欄鎮(zhèn)某村采用MBR工藝對當(dāng)?shù)厣钗鬯M(jìn)行處理，整體投資約80萬元，收集范圍為附近200戶居民約500人，處理污水規(guī)模約為100 t/d，其設(shè)計出水水質(zhì)見表1。結(jié)果顯示，進(jìn)水COD、NH4+-N、TN和TP濃度隨著時間產(chǎn)生了明顯波動，在8點—16點出現(xiàn)了高峰（圖3），表明其在白天時間段的污染負(fù)荷較大。進(jìn)水COD濃度在45～220 mg/L之間變化，但出水濃度基本穩(wěn)定在40 mg/L以下，達(dá)到一級B標(biāo)，去除率介于25%～90%之間，波動較大。相關(guān)分析結(jié)果顯示其進(jìn)水濃度與去除率之間為極顯著正相關(guān)（P＜0.01），出水波動較小，說明該處理技術(shù)抗COD沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)。進(jìn)水NH4+-N濃度約在6.6～24.5 mg/L之間，出水濃度基本保持在6 mg/L以下，達(dá)一級B標(biāo)，去除率基本在50%以上，大部分時間保持在80%以上。

進(jìn)水TN濃度波動較大，出水濃度基本在20 mg/L以下，達(dá)一級B標(biāo)，去除率則保持在15%～60%之間。進(jìn)水TP濃度為1.3～10.3 mg/L之間，出水TP濃 度 保 持在0.80～2.23 mg/L之 間，去 除率則在27%～82%之間波動，相關(guān)性分析結(jié)果顯示進(jìn)水TP濃度與去除率之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），出水TP濃度與去除率之間關(guān)系不顯著，說明該處理技術(shù)TP去除能力較強(qiáng)，但由于進(jìn)水TP濃度于10點—14點時的明顯升高，使得其出水也出現(xiàn)了向上的波動，未能穩(wěn)定在一級B標(biāo)以下。各個時段樣品超標(biāo)數(shù)量看，出水COD、TN、TP和NH4+-N濃度超標(biāo)數(shù)分別為0個、1個、7個和0個（圖3）。

3.5 A2O工藝處理結(jié)果分析

佛山市順德區(qū)某村污水處理項目設(shè)計結(jié)合村居公園建設(shè)，采用全地埋式A2O污水處理工藝，納污范圍為當(dāng)?shù)匾凰鶎W(xué)校及周邊居民居住區(qū)，納污面積約為8.5 hm2，占地面積約1 944 m2，建筑面積約289 m2（地下水池254 m2，地上建筑35 m2），處理污水規(guī)模為600 m3/d，其設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)參數(shù)見表1。結(jié)果顯示，該處理點進(jìn)水COD濃度有一定波動，16時進(jìn)水COD出現(xiàn)明顯高值（圖4），出水COD濃度穩(wěn)定且基本達(dá)到一級B標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)分析結(jié)果表明，COD去除率與進(jìn)水COD濃度呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），與出水COD濃度相關(guān)性不明顯，說明COD去除能力并未滿載。進(jìn)水NH4+-N濃度較穩(wěn)定，出水NH4+-N濃度于12點—14點時出現(xiàn)了明顯升幅，去除率不穩(wěn)定，出水NH4+-N濃度并未達(dá)到一級B標(biāo)，硝化作用較弱。

進(jìn)水TN較穩(wěn)定，出水TN隨NH4+-N一同產(chǎn)生較大變幅，其去除率不穩(wěn)定，出水濃度未達(dá)到一級B標(biāo)。進(jìn)水TP濃度波動很大，出水TP濃度穩(wěn)定在一級B標(biāo)附近，TP去除率與進(jìn)水TP濃度呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），進(jìn)水TP濃度與出水TP濃度呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），進(jìn)水TP負(fù)荷提高時，出水TP濃度變幅不大，說明TP抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。各時段出水COD、TN、TP和NH4+-N濃度超標(biāo)數(shù)分別為1個、6個、6個和9個（圖4）。

4 討論

4.1 進(jìn)水水質(zhì)的影響

調(diào)研結(jié)果顯示，進(jìn)水COD濃度范圍小于凌霄等[38]提出的廣東省農(nóng)村生活污水估算值，與周煒峙等[39]提出的廣州市農(nóng)村生活污水水質(zhì)范圍相近，而NH4+-N和TP則遠(yuǎn)大于兩者所提出的濃度范圍，這說明各地農(nóng)村生活污水進(jìn)水水質(zhì)具有不確定性，應(yīng)當(dāng)做好污水處理站建設(shè)的前期水質(zhì)調(diào)研工作，增強(qiáng)處理技術(shù)的抗沖擊負(fù)荷能力。

農(nóng)村生活污水具有水質(zhì)波動大及日變化系數(shù)大等特征[40]，4種工藝進(jìn)水COD、NH4+-N、TN和TP濃度變化范圍較大，進(jìn)水濃度日變化系數(shù)（最高值和最低值之比）分別為COD 1.73～4.82、NH4+-N 1.28～28.7、TN 1.39～3.74和TP 1.3～19.12，除TN外，其余3項污染物變化幅度均大于上海市南匯地區(qū)3.0～5.0的水平[41]。采樣期間，各處理點農(nóng)村生活污水進(jìn)水水質(zhì)存在著明顯的峰值特征，如中山市橫欄鎮(zhèn)某村MBR工藝為單峰型，佛山市順德區(qū)某村A2O工藝為雙峰型，其峰值的出現(xiàn)歸因于當(dāng)?shù)鼐用裣鄳?yīng)時段生活用水行為的變化等，白天污水濃度較高，夜間污水濃度較低。

4.2 處理效果對比

4種工藝的污染物去除率較低，且波動較大，除土地滲濾工藝和MBR工藝的NH4+-N去除率外（表2），各項污染指標(biāo)的去除率（日均值）均低于60%，出水COD、NH4+-N和TP濃度 低于2015年廣東省農(nóng)村生活污水處理技術(shù)規(guī)范中處理設(shè)施出水水質(zhì)平均水平[42]。

從樣品超標(biāo)數(shù)量看，4種工藝對COD處理效果較好，而氮磷的去除效果則相對較差，4種工藝各指標(biāo)出水超標(biāo)率由大到小分別為厭氧+人工濕地工藝、A2O工藝、MBR工藝和土地滲濾工藝。其中，MBR工藝和土地滲濾工藝各項污染物出水濃度水平較低，MBR工藝除了TP部分時段超過一級B標(biāo)準(zhǔn)外，其余指標(biāo)均在進(jìn)水濃度較高的情況下保持了較好的處理效果；土地滲濾工藝4項污染物基本達(dá)到一級B標(biāo)準(zhǔn)，出水濃度較低，但其進(jìn)水TN和NH4+-N濃度已經(jīng)在一級B標(biāo)準(zhǔn)以下，而進(jìn)水COD和TP濃度則在一級B標(biāo)附近。

而采樣當(dāng)天進(jìn)水濃度較高的厭氧+人工濕地工藝和A2O工藝的出水TN、NH4+-N和TP濃度均不同程度超出于一級B標(biāo)準(zhǔn)。厭氧+人工濕地工藝于2011年建成投運，長時間在低負(fù)荷條件下運行，或?qū)?dǎo)致處理系統(tǒng)的反硝化能力下降，脫氮率也隨時間延長而降低[43]，而當(dāng)人工濕地脫氮除磷效率下降時應(yīng)考慮其濕地植物、基質(zhì)以及微生物活動問題。A2O工藝則容易受自身脫氮長污泥齡和除磷短污泥齡的矛盾、反硝化和聚磷菌厭氧釋磷的C源競爭矛盾的限制，難以同時獲得較好的脫氮除磷效果[17]。

4.3 C/N比對TN和TP處理效果的影響

污水中COD的多少和能否有效利用直接影響到生物脫氮除磷工藝的污染物去除效率[44]。當(dāng)污水中C源不滿足此條件時，由于A2O工藝把缺氧反硝化環(huán)節(jié)置于厭氧釋磷之后，反硝化效果受到C源量的限制，大量未被反硝化的硝酸鹽會隨回流污泥進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，干擾厭氧釋磷的正常進(jìn)行（甚至導(dǎo)致聚磷菌直接吸磷），最終影響到整個營養(yǎng)鹽去除系統(tǒng)的穩(wěn)定運行[45]。佛山市順德區(qū)某村A2O工藝采樣時正值當(dāng)?shù)囟?，較低的溫度降低了其微生物的活性[46]，降水少也使得污水較少受到稀釋[30]，采樣當(dāng)天COD/TN比和COD/NH4+-N比的日均值處于較低水平，分別為2.81和3.15，低C/N比可能是導(dǎo)致其出水NH4+-N、TN和TP濃度均低于一級B標(biāo)的原因，同時，低C/N比還可使反硝化過程中N2O產(chǎn)量增大[47]。

進(jìn)水C/N比對人工濕地有機(jī)物和氮的去除有一定影響，人工濕地脫氮主要機(jī)制為微生物的硝化和反硝化作用，C源不足將導(dǎo)致系統(tǒng)脫氮效果欠佳[48]，適當(dāng)提高進(jìn)水C/N比有利于NH4+-N和TN 的去除[49]。厭氧+人工濕地工藝建成時間較早，調(diào)研當(dāng)日出水NH4+-N、TN和TP濃度均高于一級B標(biāo)，結(jié)合現(xiàn)場情況，推斷其存在堵塞的情況，不利于設(shè)施內(nèi)污染物的去除。另外，人工濕地基質(zhì)對污水中污染物的吸附是一個有限的過程，處理系統(tǒng)在一段時間后就會出現(xiàn)去除率下降，甚至飽和解吸的現(xiàn)象[50]，該人工濕地基質(zhì)若不通過有效途徑實現(xiàn)再生，將對除磷效果帶來負(fù)面影響。

由于除磷菌世代時間較短，系統(tǒng)污泥滯留時間（SRT）過長時MBR工藝除磷效率將受到影響[51]。除此之外，工藝和膜組件性能的差異也能造成出水TP濃度過高。這些可能都是中山市橫欄鎮(zhèn)某村MBR工藝出水TP濃度未達(dá)一級B標(biāo)的原因。

5 結(jié)論

4種工藝在國內(nèi)已有較多成功案例，但所調(diào)研的 4座設(shè)施的出水NH4+-N、TN和TP濃度均不同程度超出國家一級B標(biāo)準(zhǔn)，其可能原因在于設(shè)備運行負(fù)荷條件差，進(jìn)水水質(zhì)存在大幅波動、峰值聚集的特征，以及進(jìn)水C源不足等因素。因此，在使用過程中應(yīng)根據(jù)實際情況添加C源（液態(tài)：甲醇、乙醇和葡萄糖等；固態(tài)：秸稈、蘆葦和報紙等），以提高進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷，改善設(shè)施內(nèi)微生物活性。人工濕地使用年限較久之后，濕地基質(zhì)處于或接近吸附飽和狀態(tài)，會對設(shè)施出水效果造成負(fù)面影響。因此，在人工濕地的使用過程中，應(yīng)加強(qiáng)維護(hù)，如對濕地植物采取定期收割、復(fù)種等措施，以保證人工濕地的運行效果。

人工濕地處理技術(shù)建設(shè)成本低，但不同區(qū)域溫度、降水的差異，影響人工濕地系統(tǒng)處理效率，且長期性、季節(jié)性低溫地區(qū)可選擇的濕地植被種類本身較少（如我國北方的水蔥、香蒲和蘆葦?shù)龋?，因此，需要結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蛱卣鳎訌?qiáng)濕地系統(tǒng)的管理維護(hù)。而曝氣生物濾池、MBR和A2O工藝，通常采用密封式結(jié)構(gòu)，且可埋入地下，受季節(jié)和氣候影響相對較小，區(qū)域適宜性更強(qiáng)。