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摘要[目的]筛选农村生活污水处理最佳工艺。[方法]运用MBR、SBR、海沃特复合生物水、脉冲多层复合滤料生物滤池、DSP-SH（A2/O）5种常见的农村生活污水處理工艺对江苏省太湖流域地区进行1 a的连续监测，比较分析不同工艺对生活污水中COD、TP、TN和氨氮的处理效果。[结果]5种农村生活污水处理工艺均可明显降低生活污水中的COD、TP、TN和氨氮浓度，出水水质达到一级B标准，其中脉冲多层复合滤料生物滤池对污染物的去除效果最佳，可以获得64%以上的COD去除率及90%以上的氨氮去除率，运行最为稳定。[结论]为农村生活污水处理提供了科学依据与借鉴。
关键词农村生活污水；处理技术；运行效果
中图分类号S181.3；X52文献标识码 A文章编号0517-6611（2016）30-0050-04
农村污染源已成为影响水环境的重要因素。据报道，农村生活污水输出的COD、氨氮、总氮（TN）和总磷（TP）分别占入太湖污染物总量的9.79%、11.40%、13.71%和5.31%，且呈逐年增加的趋势，农村生活污染已成为太湖地区氮、磷污染的主要来源[1-2]。农村生活污水量虽然低于城镇，但农村生活污水处理率远远低于城镇处理率[3]，直接威胁水环境的健康。江苏省作为全国发达省份，又毗邻太湖，农村生活污水处理直接影响太湖流域的水质。2010年作为全国8个农村环境连片整治示范省之一的江苏省，选定了太湖、淮河流域以及南水北调沿线的南京、无锡、常州、苏州、南通等16个县（市、区）作为2010年农村环境连片整治示范区域。近年来，江苏省政府加大了对建设农村生活污水处理设施的投入，截至2014年底，江苏地区共建成农村生活污水处理设施6 000余套，太湖流域基本实现了乡镇污水处理全覆盖[4]。
调研发现，太湖流域（江苏省域内）农村生活污水处理涉及的工艺多达100余种，使用工艺占比超过1%（含1%）以上的多达20种。农村生活污水处理工艺的选择，除了需满足处理规模、污水特征、出水水质等要求外，还应结合当地实际情况，综合考虑投资费用、运行费用以及设施后期操作与日常维护的问题。SBR、海沃特复合生物水处理技术、DSP-SH（A2/O）技术、脉冲多层复合滤料生物滤池和MBR工艺是目前运用最广泛的农村污水处理技术[5]。笔者调查了江苏省使用广泛的这5种生活污水处理工艺，分析不同工艺的处理效果，综合比较投资费用与日常维护，筛选最适宜的农村生活污水处理技术，旨在为探索适合江苏省农村地区的生活污水处理模式及促进太湖流域水环境的改善提供科学依据。
1材料与方法
1.1调查工艺与调查地点
根据江苏省农村生活污水处理设施使用工艺，筛选5种典型的工艺，选择正常运行达1 a以上的设施点进行监测。由于设施的管理模式与设施运行密切相关，因此选择管理模式均为第三方监管模式的设施点。调查的设施点及工艺见表1。各设施地点的出水水质均为一级B标准。调查时间为2015年4月至2016年3月，为期1 a。
1.2工艺原理
1.2.1MBR工艺。
MBR工艺流程包括预处理单元、膜生物反应器处理单元、表流湿地单元、氧化塘单元。污水经外部污水管网送至处理站，先进入预处理池进行预沉降，出水经格栅截留污水中的悬浮污染物后进入调节池，再由泵提升到缺氧池和膜池进行生化处理。
1.2.2SBR工艺。SBR工艺的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池。通过好氧反应，达到去除COD、硝化和吸收磷的目的，如需除氮，先用好氧反应使其硝化，然后再进行厌氧反应脱氮。
1.2.3海沃特复合生物水处理技术。海沃特复合生物水处理技术流程：生活污水→格栅→均化池→复合生物滤池→回流池→人工湿地→出水。采用海沃特模块填装功能性复合材料，接种特效微生物制剂，达到脱氮除磷的目的。
1.2.4脉冲多层复合滤料生物滤池。脉冲多层复合滤料生物滤池集有机物降解和生物脱氮为一体，以硝化反应为主要功能，利用不同填料的特点，提高滤池的氮、磷去除率。生物滤池内的滤料为微生物的生长提供了载体表面，其表面形成的膜层含有丰富的去除废水中底物的微生物，其中包括好氧和兼性细菌、真菌、藻类和原生动物等。污水在流经载体表面的过程中，通过有机营养物的吸附、氧向生物膜内部的扩散及在膜中所发生的生物氧化等作用，对污染物进行降解。
1.2.5DSP-SH（A2/O）技术。DSP-SH（A2/O）技术工艺流程：废水经预处理后进入厌氧反应器，通过厌氧过程使废水中的部分难降解有机物得以降解去除，进而改善废水的可生化性，并为后续的缺氧段提供适合于反硝化过程的碳源，使高COD物质在该段得到部分分解，而后是进行氧化降解有机物和进行硝化反应的好氧段。
1.3样品采集
农村生活污水处理设进水口和出水口，8：00—20：00每隔2 h采样1次，且该时间段污水处理工程处于进出水不断流动的动态过程中。样品混合后用1 L的白色塑料封口瓶密封冷藏保存，48 h内进行检测分析。样品每月取样1次，为期1 a。
1.4测定项目与方法TP含量采用钼酸铵分光光度法（GB 11893—89）测定；TN含量采用过硫酸钾氧化紫外分光光度法（GB 11849—89）测定；氨氮含量采用纳氏试剂分光光度法（HJ 535—2009）测定；COD含量采用重铬酸盐法（GB 11914—89）测定。
2结果与分析
2.15种工艺运行效果比较
2.1.1COD处理效果。从图1～3可见，SBR工艺在冬季COD进水浓度偏低，其他时间进水浓度正常，COD出水达到一级B标准，COD去除率为60.00%～84.00%，平均去除率74.92%，处理效果较稳定；MBR工艺COD进水浓度为60～170 mg/L，出水浓度低于60 mg/L，达到一级B标准，COD去除率最高可达84.00%，平均去除率为68.47%；脉冲多层复合滤料生物水处理技术COD进水浓度正常，出水浓度达一级B标准，全年去除率为64.00%～72.00%，非常稳定；海沃特复合生物水处理技术COD进水浓度普遍偏低，全年有9个月进水浓度低于60 mg/L，处理稳定性较差；DSP-SH（A2/O）工艺COD进水浓度正常，为90～290 mg/L，出水水质大多高于60 mg/L，未达到一级B标准，平均去除率为52.91%，处理稳定性较差。 2.1.2TP处理效果。
从图4～6可见，SBR工艺TP的进水浓度过低，出水浓度达到一级B标准，TP去除率波动较大；MBR工艺对TP的去除效果很差，全年只有2个月出水水质达一级B标准，去除率最低6.53%，稳定性差；脉冲多层复合滤料生物滤池技术的TP进出水浓度均达标且稳定，TP的去除率为88.00%～92.00%，波动幅度小，平均去除率为88.80%，处理效果稳定；海沃特生物滤池技术的TP进水浓度也偏低，出水浓度达一级B标准，去除率为23.00%～74.00%，平均去除率为43.69%；DSP-SH（A2/O）技术对TP的去除效果也较差，去除率最高为46.91%，只有部分出水达到一级B标准。
2.1.3TN处理效果。从图7～9可见，脉冲多层复合滤料生物滤池技术的平均去除率为76.00%，去除效果稳定；其次为MBR工艺，平均去除率为60.75%，波动较小；DPS-SH（A2/O）技术进水浓度正常，但去除率较低，处理效果不稳定；SBR工艺在2015年4—7月的TN去除率较低，后期逐渐趋于平稳，去除率达60.00%以上；海沃特复合生物水处理技术的TN去除率为24.00%～73.00%，进水浓度过低，受环境因素影响较大。
2.1.4氨氮处理效果。
从图10～12可见，脉冲多层复合滤料生物滤池技术对氨氮的去除率高达99.99%，基本稳定在90.00%～99.00%，氨氮进水浓度为20～30 mg/L，效果最好；MBR工艺对氨氮的平均去除率为67.20%，波动较小；SBR工艺其次，由于前期进水浓度较低，去除率波动较大，后期趋于稳定；海沃特复合生物水处理技术在温度较低时对氨氮的去除率开始下降，并降低明显；DSP-SH（A2/O）工艺对氨氮的平均去除率最低，仅为34.00%，无规律性波动较大。
2.25种工艺投资与维护费用比较
5种工艺建设费用与运行费用等参数比较见表2。建设费用不包括管网、化粪池等的费用。MBR虽然处理效果较好，但是运行费用较高，脉冲多层复合滤料生物滤池技术为微动力，运行费用较低。
目前，设施都采用自动控制系统，无需专人管理，但是不同工艺维护管理内容不同。MBR工艺需定期添加化学药剂以去除污染物，并定期清洗和更换膜组件，维护较复杂；SBR工艺则需定期清理污泥，以及更换消毒剂和风机用隔膜套件；海沃特复合生物水处理技术、DSP-SH（A2/O）技术和脉冲多层复合滤料生物滤池只需进行日常维护即可，维护较简单。
3结论与讨论
（1）脉冲多层复合滤料生物滤池技术利用缺氧池脱氮，对COD、TN、TP、氨氮4种污染物的去除效果最佳，且设施维护简单，运行费用低，这与黄涛[6]和蒋怡[7]的复合生物滤池+人工湿地可降低COD和磷浓度的研究结果一致。海沃特复合生物水处理技术主要是利用微生物和膜的作用去除污染物，去除效果较好，但受环境因素影响较大；SBR工艺主要原理是利用硝化与反硝化作用；MBR工艺利用化学法去除污染物，需要定期加入化学试剂，处理效果受人为因素影响较大，运行费用较高；DSP-SH（A2/O）技术主要是利用缺氧池的反硝化作用进行脱氮，利用好氧池的微生物降解COD、TP，处理效果不稳定。
（2）笔者筛选的5种农村生活污水处理工艺都可显著降低污染物浓度，达到设施的出水水质一级B标准。其中，脉冲多层复合滤料生物滤池处理效果最为稳定，污染物去除效果最好。
（3）农村生活污水处理工艺的运行效果与设施的维护情况、当地的用水习惯等密切相关，因此农村生活污水处理技术的选择不仅要针对农村生活污水的特点、考虑村镇的经济条件及周边环境，还要结合技术本身管理复杂程度，切实选择适用于当地的处理工艺。
参考文献
[1]
太湖流域水环境综合治理总体方案（2013年修编）[Z].2013.
[2] 江苏省太湖流域水环境综合治理实施方案（2013年修编）[Z].2013.
[3] 梁祝，倪晉仁.农村生活污水处理技术与政策选择[J].中国地质大学学报（社会科学版），2007，7（3）：18-22.
[4] 张悦，段华平，孙爱伶，等.江苏省农村生活污水处理技术模式及其氮磷处理效果研究[J].农业环境科学学报，2013，32（1）：172-178.
[5] 龙珍， 张亚平， 管永祥， 等.江苏省太湖流域农村生活污水处理设施建设情况剖析[J].安徽农业科学，2015，43（11）：220-224.
[6] 黄涛.脉冲双层滤料生物滤池与人工湿地组合工艺处理农村生活污水应用技术研究[D].南京：东南大学，2010.
[7] 蒋怡.水解-脉冲生物滤池处理农村生活污水的研究[D].南京：东南大学，2005.
关键词农村生活污水；处理技术；运行效果
中图分类号S181.3；X52文献标识码 A文章编号0517-6611（2016）30-0050-04
农村污染源已成为影响水环境的重要因素。据报道，农村生活污水输出的COD、氨氮、总氮（TN）和总磷（TP）分别占入太湖污染物总量的9.79%、11.40%、13.71%和5.31%，且呈逐年增加的趋势，农村生活污染已成为太湖地区氮、磷污染的主要来源[1-2]。农村生活污水量虽然低于城镇，但农村生活污水处理率远远低于城镇处理率[3]，直接威胁水环境的健康。江苏省作为全国发达省份，又毗邻太湖，农村生活污水处理直接影响太湖流域的水质。2010年作为全国8个农村环境连片整治示范省之一的江苏省，选定了太湖、淮河流域以及南水北调沿线的南京、无锡、常州、苏州、南通等16个县（市、区）作为2010年农村环境连片整治示范区域。近年来，江苏省政府加大了对建设农村生活污水处理设施的投入，截至2014年底，江苏地区共建成农村生活污水处理设施6 000余套，太湖流域基本实现了乡镇污水处理全覆盖[4]。
调研发现，太湖流域（江苏省域内）农村生活污水处理涉及的工艺多达100余种，使用工艺占比超过1%（含1%）以上的多达20种。农村生活污水处理工艺的选择，除了需满足处理规模、污水特征、出水水质等要求外，还应结合当地实际情况，综合考虑投资费用、运行费用以及设施后期操作与日常维护的问题。SBR、海沃特复合生物水处理技术、DSP-SH（A2/O）技术、脉冲多层复合滤料生物滤池和MBR工艺是目前运用最广泛的农村污水处理技术[5]。笔者调查了江苏省使用广泛的这5种生活污水处理工艺，分析不同工艺的处理效果，综合比较投资费用与日常维护，筛选最适宜的农村生活污水处理技术，旨在为探索适合江苏省农村地区的生活污水处理模式及促进太湖流域水环境的改善提供科学依据。
1材料与方法
1.1调查工艺与调查地点
根据江苏省农村生活污水处理设施使用工艺，筛选5种典型的工艺，选择正常运行达1 a以上的设施点进行监测。由于设施的管理模式与设施运行密切相关，因此选择管理模式均为第三方监管模式的设施点。调查的设施点及工艺见表1。各设施地点的出水水质均为一级B标准。调查时间为2015年4月至2016年3月，为期1 a。
1.2工艺原理
1.2.1MBR工艺。
MBR工艺流程包括预处理单元、膜生物反应器处理单元、表流湿地单元、氧化塘单元。污水经外部污水管网送至处理站，先进入预处理池进行预沉降，出水经格栅截留污水中的悬浮污染物后进入调节池，再由泵提升到缺氧池和膜池进行生化处理。
1.2.2SBR工艺。SBR工艺的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池。通过好氧反应，达到去除COD、硝化和吸收磷的目的，如需除氮，先用好氧反应使其硝化，然后再进行厌氧反应脱氮。
1.2.3海沃特复合生物水处理技术。海沃特复合生物水处理技术流程：生活污水→格栅→均化池→复合生物滤池→回流池→人工湿地→出水。采用海沃特模块填装功能性复合材料，接种特效微生物制剂，达到脱氮除磷的目的。
1.2.4脉冲多层复合滤料生物滤池。脉冲多层复合滤料生物滤池集有机物降解和生物脱氮为一体，以硝化反应为主要功能，利用不同填料的特点，提高滤池的氮、磷去除率。生物滤池内的滤料为微生物的生长提供了载体表面，其表面形成的膜层含有丰富的去除废水中底物的微生物，其中包括好氧和兼性细菌、真菌、藻类和原生动物等。污水在流经载体表面的过程中，通过有机营养物的吸附、氧向生物膜内部的扩散及在膜中所发生的生物氧化等作用，对污染物进行降解。
1.2.5DSP-SH（A2/O）技术。DSP-SH（A2/O）技术工艺流程：废水经预处理后进入厌氧反应器，通过厌氧过程使废水中的部分难降解有机物得以降解去除，进而改善废水的可生化性，并为后续的缺氧段提供适合于反硝化过程的碳源，使高COD物质在该段得到部分分解，而后是进行氧化降解有机物和进行硝化反应的好氧段。
1.3样品采集
农村生活污水处理设进水口和出水口，8：00—20：00每隔2 h采样1次，且该时间段污水处理工程处于进出水不断流动的动态过程中。样品混合后用1 L的白色塑料封口瓶密封冷藏保存，48 h内进行检测分析。样品每月取样1次，为期1 a。
1.4测定项目与方法TP含量采用钼酸铵分光光度法（GB 11893—89）测定；TN含量采用过硫酸钾氧化紫外分光光度法（GB 11849—89）测定；氨氮含量采用纳氏试剂分光光度法（HJ 535—2009）测定；COD含量采用重铬酸盐法（GB 11914—89）测定。
2结果与分析
2.15种工艺运行效果比较
2.1.1COD处理效果。从图1～3可见，SBR工艺在冬季COD进水浓度偏低，其他时间进水浓度正常，COD出水达到一级B标准，COD去除率为60.00%～84.00%，平均去除率74.92%，处理效果较稳定；MBR工艺COD进水浓度为60～170 mg/L，出水浓度低于60 mg/L，达到一级B标准，COD去除率最高可达84.00%，平均去除率为68.47%；脉冲多层复合滤料生物水处理技术COD进水浓度正常，出水浓度达一级B标准，全年去除率为64.00%～72.00%，非常稳定；海沃特复合生物水处理技术COD进水浓度普遍偏低，全年有9个月进水浓度低于60 mg/L，处理稳定性较差；DSP-SH（A2/O）工艺COD进水浓度正常，为90～290 mg/L，出水水质大多高于60 mg/L，未达到一级B标准，平均去除率为52.91%，处理稳定性较差。 2.1.2TP处理效果。
从图4～6可见，SBR工艺TP的进水浓度过低，出水浓度达到一级B标准，TP去除率波动较大；MBR工艺对TP的去除效果很差，全年只有2个月出水水质达一级B标准，去除率最低6.53%，稳定性差；脉冲多层复合滤料生物滤池技术的TP进出水浓度均达标且稳定，TP的去除率为88.00%～92.00%，波动幅度小，平均去除率为88.80%，处理效果稳定；海沃特生物滤池技术的TP进水浓度也偏低，出水浓度达一级B标准，去除率为23.00%～74.00%，平均去除率为43.69%；DSP-SH（A2/O）技术对TP的去除效果也较差，去除率最高为46.91%，只有部分出水达到一级B标准。
2.1.3TN处理效果。从图7～9可见，脉冲多层复合滤料生物滤池技术的平均去除率为76.00%，去除效果稳定；其次为MBR工艺，平均去除率为60.75%，波动较小；DPS-SH（A2/O）技术进水浓度正常，但去除率较低，处理效果不稳定；SBR工艺在2015年4—7月的TN去除率较低，后期逐渐趋于平稳，去除率达60.00%以上；海沃特复合生物水处理技术的TN去除率为24.00%～73.00%，进水浓度过低，受环境因素影响较大。
2.1.4氨氮处理效果。
从图10～12可见，脉冲多层复合滤料生物滤池技术对氨氮的去除率高达99.99%，基本稳定在90.00%～99.00%，氨氮进水浓度为20～30 mg/L，效果最好；MBR工艺对氨氮的平均去除率为67.20%，波动较小；SBR工艺其次，由于前期进水浓度较低，去除率波动较大，后期趋于稳定；海沃特复合生物水处理技术在温度较低时对氨氮的去除率开始下降，并降低明显；DSP-SH（A2/O）工艺对氨氮的平均去除率最低，仅为34.00%，无规律性波动较大。
2.25种工艺投资与维护费用比较
5种工艺建设费用与运行费用等参数比较见表2。建设费用不包括管网、化粪池等的费用。MBR虽然处理效果较好，但是运行费用较高，脉冲多层复合滤料生物滤池技术为微动力，运行费用较低。
目前，设施都采用自动控制系统，无需专人管理，但是不同工艺维护管理内容不同。MBR工艺需定期添加化学药剂以去除污染物，并定期清洗和更换膜组件，维护较复杂；SBR工艺则需定期清理污泥，以及更换消毒剂和风机用隔膜套件；海沃特复合生物水处理技术、DSP-SH（A2/O）技术和脉冲多层复合滤料生物滤池只需进行日常维护即可，维护较简单。
3结论与讨论
（1）脉冲多层复合滤料生物滤池技术利用缺氧池脱氮，对COD、TN、TP、氨氮4种污染物的去除效果最佳，且设施维护简单，运行费用低，这与黄涛[6]和蒋怡[7]的复合生物滤池+人工湿地可降低COD和磷浓度的研究结果一致。海沃特复合生物水处理技术主要是利用微生物和膜的作用去除污染物，去除效果较好，但受环境因素影响较大；SBR工艺主要原理是利用硝化与反硝化作用；MBR工艺利用化学法去除污染物，需要定期加入化学试剂，处理效果受人为因素影响较大，运行费用较高；DSP-SH（A2/O）技术主要是利用缺氧池的反硝化作用进行脱氮，利用好氧池的微生物降解COD、TP，处理效果不稳定。
（2）笔者筛选的5种农村生活污水处理工艺都可显著降低污染物浓度，达到设施的出水水质一级B标准。其中，脉冲多层复合滤料生物滤池处理效果最为稳定，污染物去除效果最好。
（3）农村生活污水处理工艺的运行效果与设施的维护情况、当地的用水习惯等密切相关，因此农村生活污水处理技术的选择不仅要针对农村生活污水的特点、考虑村镇的经济条件及周边环境，还要结合技术本身管理复杂程度，切实选择适用于当地的处理工艺。
参考文献
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太湖流域水环境综合治理总体方案（2013年修编）[Z].2013.
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[4] 张悦，段华平，孙爱伶，等.江苏省农村生活污水处理技术模式及其氮磷处理效果研究[J].农业环境科学学报，2013，32（1）：172-178.
[5] 龙珍， 张亚平， 管永祥， 等.江苏省太湖流域农村生活污水处理设施建设情况剖析[J].安徽农业科学，2015，43（11）：220-224.
[6] 黄涛.脉冲双层滤料生物滤池与人工湿地组合工艺处理农村生活污水应用技术研究[D].南京：东南大学，2010.
[7] 蒋怡.水解-脉冲生物滤池处理农村生活污水的研究[D].南京：东南大学，2005.