间歇式双污泥工艺处理农村污水的应用

宋博宇,卞晓峥,华洁平,黄健平,2*

(1.华北水利水电大学 环境与市政工程学院，河南 郑州 450046；
2.河南省水体污染与土壤损害修复工程技术研究中心，河南 郑州 450046)

农村污水不经处理直接排放到自然水体中，已经成为影响水环境的重要因素之一。农村生活污水主要是农村居民生活当中产生的洗涤用水及厕所冲水，因此主要污染物是COD、氮磷以及病菌[1]。根据《室外排水设计规范》，需要同时进行脱氮除磷时，污水中的5日生化需氧量与总凯氏氮之比宜大于4，污水中的5日生化需氧量与总磷之比宜大于17，但是实际中的农村污水很难满足这些要求。SBR工艺可以实现自动化管理和运行，在技术人员相对较少的农村也适用。

1.1 SBR工艺在农村污水处理的应用

序批式活性污泥法(SBR)工艺特点是在同一个反应器中，按时间顺序进行进水、曝气、沉淀、排水和闲置5个工序，从而对污水进行脱氮除磷。以张亚平等[2]对常熟市辛庄镇和泰村的SBR工艺调查为例，SBR工艺的进水中COD为100 mg/L左右， TN在4～7月份为5 mg/L(其余时间都稳定在20 mg/L)，P在1 mg/L以下，可以算出C/P为100。SBR工艺对COD的去除率在60.0%～84.0%，平均去除率为74.9%，出水水质达到一级B标准，处理效果稳定；
对TP的去除率在15%～60%，波动比较大，并且去除率是从当年8月到来年3月逐步上升的，因此温度可能是影响TP去除率的一个重要因素；
对TN的去除率在前期比较低，不超过40%，后期逐步提升并趋于稳定，最终的去除率可以达到60%～80%，这样就导致出水中TN浓度全年都比较稳定，始终保持在一个较低的水平上；
对氨氮的去除率在25%～80%之间，波动比较大。

从调查中可以看出，SBR在实际运行中对COD的去除效果表现良好，但是对TP和TN的去除率比较低，且去除率的波动比较大，这是由于SBR工艺需要足够的碳源，与污水中的碳源不足相矛盾所导致的。

1.2 改良SBR工艺处理农村污水

2.1 前置A2NSBR双污泥系统

赵伟华等[4]提出了前置A2NSBR 双污泥系统。该系统先在厌氧-缺氧SBR中进行反硝化除磷，然后在好氧 SBR中进行硝化反应，以硝化出水作为最终出水，如图1所示。

图1 前置A2NSBR双污泥系统工艺流程

污水首先进入好氧SBR中进行硝化反应，一部分作为出水排出系统，一部分回流至厌氧-缺氧SBR中缺氧段，即厌氧段释磷结束后注入硝化出水。待系统稳定后，对平均COD为204.9 mg/L，平均氨氮为49 mg/L，平均TN为53.2 mg/L，平均TP为4.3 mg/L的污水进行处理时，出水中COD、氨氮、TN和TP平均值分别为33.8，0.9，13.6和0.3 mg/L，相应的去除率分别为84.3%，98.4%，76.8%和93.9%，各项出水指标都满足国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)(以下简称《标准》)一级A标准的要求。

该工艺采用前置硝化的方法，最大程度上提高了氨氮的去除效率，降低了出水中氨氮的浓度。在稳定运行后，反硝化聚磷菌占总聚磷菌的比例大约为61.3%，说明磷的去除是由聚磷菌和反硝化聚磷菌相互作用产生的。

2.2 SBR-BCO双污泥系统

秦玮等[5]将SBR工艺与BCO工艺相结合，提出了SBR-BCO双污泥系统。该工艺由反硝化聚磷污泥系统(SBR)和接触氧化硝化系统(BCO)两部分构成，整个工艺流程由一个厌氧SBR阶段、一个接触氧化阶段和一个缺氧/好氧SBR阶段组成，如图2所示。

图2 SBR-BCO双污泥系统工艺流程

SBR-BCO双污泥系统的进水为人工合成废水，其中COD为150.6～198.1 mg/L，P为4.0～7.5 mg/L，TN为38.7～44.3 mg/L，最大C/P为20～26时，在上述运行条件下，SBR-BCO双污泥对COD的去除率达到91%，对氨氮的去除率高达 84.2%～89.5%，对TN的去除率为 66.9%～78.3%，对TP的去除率达到94.6%，出水的各项指标均满足《标准》一级A标准。

王松凯等[6]对SBR-BCO 双污泥进行了运行参数优化和技术经济分析，并以农村污水作为研究对象进行了实验。处理规模为20 m3/d，其中进水中COD为50～240 mg/L，TP为1.5～6 mg/L，TN为18～40 mg/L，经计算，当C/P为8.3～40时，COD、氨氮、TN和TP平均去除率分别为96.9%，97.6%，60.4%和83.3%，而该工艺的水动力费用为0.3元/吨，运行成本为0.3元/吨，满足农村污水处理的实际需求。

2.3 SBR-SBBR双污泥系统

李桥等[7]进行了 SBR-SBBR 双污泥短程硝化反硝化脱氮除磷研究。该系统由具有以亚硝酸盐为电子受体的反硝化除磷作用的SBR1和具有短程硝化作用的SBR2组成，如图3所示。

图3 SBR-SBBR双污泥系统工艺流程

SBR-SBBR双污泥法减少了COD在好氧条件下的消耗外，又利用了短程反硝化作用，再次降低了对碳源的需求量和曝气量。在处理效果方面，当C/N为3～6时，COD，TN和TP的去除率分别为94.9%，81.2%和89.5%，均达到《标准》一级A排放标准，此外，SBR-SBBR双泥膜法具有很好的抗氮负荷冲击能力，当C/N从5～6降到 3～4时，对TP的去除率基本没有影响，保持在88%左右，而TN平均去除率仅由82.5%变为78%。SBR-SBBR 双污泥系统利用了亚硝酸盐作为电子受体，大大降低了污水处理过程的曝气量，并且使系统具有很好的抗氮负荷冲击能力，适用于处理氮浓度变化较大和C/N较低的农村污水。

2.4 A2NO-MBR双污泥系统

A2NO-MBR双污泥系统将A2NSBR与 MBR相结合，并增加缓冲池，使硝化和反硝化除磷同步进行，缩短运行周期，而后置曝气0.5h可以进一步降低出水氨氮和总磷浓度。杜东梁等[10]以膜出水的方式进行后置曝气A2NO-MBR双污泥工艺研究，如图4所示。

图4 后置曝气A2NOSBR-MBR双污泥系统工艺流程

A2NO-MBR双污泥系统的硝化过程在好氧膜上完成，减少了剩余污泥[11]，从而降低了处理成本，并且具有很好的抗负荷冲击能力，当C/N和C/P的浓度变化较大时，依然表现出良好的脱氮除磷能力，适用于处理有机物浓度变化较大， C/N和C/P较低的农村污水。

2.5 工艺比较

从表1可以看出，SBR-BCO双污泥系统相比于传统SBR污泥系统，SBR-BCO双污泥系统在处理低C/P的污水，特别是C/P低于17的污水时，依然表现出优秀的脱氮除磷效果。当C/P在8.3～40时，SBR-BCO双污泥系统的COD去除率和氨氮去除率依然可以达到90%以上，说明SBR-BCO双污泥系统具有很好的抗负荷冲击能力。

表1 不同工艺处理效果比较

SBR-SBBR双污泥系统和前置A2NSBR双污泥系统在处理C/N低于4的污水时，依然保持良好的COD、氨氮和TP 的去除率和处理稳定性，展现了较好的脱氮除磷性能。SBR-MBR双污泥系统在处理水质变化较大的污水方面有良好的表现。

间歇式双污泥工艺既拥有SBR工艺可以处理流量变化较大的污水的特点，又拥有双污泥系统低C/N、低需氧量、低污泥产量的优点，有很好的抗负荷冲击能力和良好的脱氮除磷效果。利用间歇式双污泥系统处理农村污水时，既可以适应农村污水的低C/N和低C/P的特点，又可以适应农村污水的水量和水质随时间变化较大的特点。此外，双污泥系统在降低需氧量和减少剩余污泥方面，减少了污水处理成本，比较适合经济发展相对落后的农村。随着对双污泥理论的深入研究和对双污泥工艺的不断优化，双污泥工艺在农村污水处理方面有着很大的应用前景，期望找到一个适合农村污水水质和农村经济条件的双污泥工艺。