新型一体化设备处理农村生活污水的中试研究

刘君，邱敬贤，黄献

（1.航天凯天环保科技股份有限公司，长沙 410100；2.长沙凯天工研院环保服务有限公司，长沙 410100）

2017年2月，《全国农村环境综合整治“十三五”规划》提出要重点整治农村环境[1]；同年9月，第三次全国改善农村人居环境工作会议强调要全面推进农村生活垃圾治理，积极开展农村生活污水治理，大力推进农村“厕所革命”，有效整治村容村貌；党的十九大报告中提出实施“乡村振兴战略”，进一步强调了乡村生态环境的重要性；全国生态环境保护大会提出：以农村垃圾、污水治理和村容村貌提升为主攻方向，推进乡村环境综合整治，国家对农村的投入要向这方面倾斜。一系列的利好政策助力农村环境产业的迅速发展。

我国农村地区的生活污水因基础处理设施不完善，大部分被直排或经化粪池处理后直接排放至附近的河道、坑塘或农田土壤，导致周边环境被污染，甚至危害人体健康[2]。由于农村地势不平坦、农户分散、铺设管网困难，分散式农村一体化生活污水处理设备快速被推向市场，并得到了广泛应用。但一体化设备的处理工艺不一，出水也受到不同工艺参数的影响，这使得一体化设备在农村地区的推广受到一定限制。

国内企业经过不断的探索，推出了新型一体化污水处理设备（凯天罐），该新型一体化处理设备具备结构简单、占地面积少、投资省、能耗低、运行费用低、管理方便等优点，适用于经济不发达地区的分散式农村生活污水处理。

1 实验装置和方法

1.1 实验装置

一体化装置结构俯视图见图1，该装置由调节池、缺氧区、厌氧区、好氧区、固液分离区、澄清区组成，设备流程见图2，该装置的处理能力为1m3/d。

图1 新型一体化污水处理设备俯视图

图2 新型一体化污水处理设备工艺流程图

1.2 中试实验地点和实验水样

实验在长沙某农庄进行，进水为农庄化粪池的存量生活污水，主要来源于餐厨、洗涤和冲厕等，处理水量约为1m3/d，现场中试实验如图3所示。进水主要控制指标见表1。

图3 农庄现场中试实验

表1 进水水质、设计值、出水要求的主要指标值

由于实验进水量的限制，中试实验的进水来自农庄化粪池里的存量水，包括餐厨、洗涤、沐浴和冲厕等污水，污水浓度越存越高，并伴随明显恶臭现象（图4）。由表1可知，该农村生活污水处理设备的项目设计值比实验场地的实际值偏低程度较大，尤其是TN、NH4+-N和TP值超标严重。但经一体化设备处理后，污水明显澄清且无臭味（图5）。故在后续实验过程中对进水进行了适度稀释，以使各类指标接近设计值，并添加一定的碳源以保证实验过程中微生物的正常运行。

图4 实验装置进水水质

图5 进出水对比图

1.3 主要水质指标分析检测方法（表2）

表2 各水质分析方法

2 结果与分析

2.1 COD的处理效果

图6为一体化装置进水、好氧区、厌氧区、出水CODCr及去除率的变化曲线。

图6 一体化装置进水、好氧区、厌氧区、出水CODCr及去除率变化曲线

从图6中可看出：进水CODCr质量浓度除少数时间段明显偏高外，其余时间段较稳定，在好氧区的出水就能稳定达到甚至明显优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标。在进水未被稀释前，当进水比在2 : 1、1 : 0、1 : 1时，CODCr的平均去除率分别为89.4%、89.7%、92.8%。因进水CODCr能满足设计指标的要求，故稀释后需加葡萄糖作为碳源以提供微生物的营养物质。稀释加入碳源稳定一天后，CODCr的平均去除率为91.6%。

2.2 对生活污水的脱氮效果

一体化装置进水、好氧区、厌氧区及出水对TN、NH4+-N的去除效果分别如图7、图8所示。同上，当进水比分别在2 : 1、1 : 0、1 : 1时，TN的平均去除率分别为79.9%、84.0%、88.1%，NH4+-N的平均去除率分别为96.5%、95.9%、93.8%；NH4+-N的平均去除率明显高于TN的去除率，尽管NH4+-N进水质量浓度变化幅度很大，但出水稳定，表明装置硝化效果好，而反硝化效果较差。但稀释稳定一天后，TN的平均去除率为87.7%，NH4+-N的平均去除率为87.1%；装置的硝化和反硝化效果均好，故装置对TN、NH4+-N的去除效果与进水水质密切相关。稀释后出水中TN、NH4+-N均能稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标。

图7 一体化装置进水、好氧区、厌氧区、出水TN及去除率变化曲线

图8 一体化装置进水、好氧区、厌氧区、出水及去除率变化曲线

2.3 TP的处理效果

一体化装置进水、好氧区、厌氧区及出水对TP质量浓度及TP去除情况如图9所示。当进水比在2 : 1、1 : 0、1 : 1时，TP的平均去除率分别为87.2%、90.3%、93.5%，对TP的去除效果明显。稀释稳定一天后出水中TP均能稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级B标。

图9 一体化装置进水、好氧区、厌氧区、出水TP及去除率变化曲线

2.4 SS的处理效果

一体化装置进水、好氧区、厌氧区及出水对SS质量浓度及SS去除情况如图10所示。在进水未被稀释前，对缺氧区和厌氧区进水比例进行调节，当进水比在2 : 1、1 : 0、1 : 1时，SS的平均去除率分别为96.5%、95.6%、97.9%。经各水质指标对比分析，选取进水比例1 : 1稀释前后出水中SS均能稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标。

图10 一体化装置进水、好氧区、厌氧区、出水SS及去除率变化曲线

3 结论

（1）中试实验启动15d后，中试装置开始稳定运行，出水水质稳定、水质澄清且无恶臭，装置具备良好的耐冲击负荷能力。

（2）在稳定运行期间，通过缺氧区和厌氧区进水比例的调节，确定最佳进水比为1 : 1；在此条件下，符合进水指标的生活污水经处理后，SS、TN、NH4+-N、TP、CODCr平均去除率分别为93.3%、87.7%、87.1%、86.4%、91.6%，出水除TP外均能稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标。

（3）RAAOO一体化污水处理设备具有操作简单、占地面积小、耐冲击能力强等优点，可适用于以分户、联户、小集中等收集模式的农村生活污水处理。