第2章　國外農村生活污染控制技術現狀

2.1　國外典型農村污水處理技術模式介紹

2.1.1　挪威農村生活污水處理技術模式

挪威大約有25%的人口居住在沒有任何集中污水收集系統的鄉村地區，這些地方的污水采用就地處理。盡管分散系統還沒有被廣泛接受的定義，挪威還是把微型處理廠（就地處理）與小型處理廠進行了區分^［1］。其中，服務人口少于35人（或7戶）的為微型處理廠，服務人口為35～500人的叫作小型處理廠。通常這些小型處理廠的所有權歸市政當局，排放標準則單獨執行環境管理局認可的標準。表2-1所列為挪威的分散污水處理廠規模（<35人、35～500人、500～2000人）和處理方法（生物法、化學法、生物/化學法）。從表2-1中可以看出，大多數處理廠采用的是生物/化學法，約75%的小型處理廠（35～2000人）和約70%的微型處理廠（少于35人）具備化學（化學法或生物/化學法）除磷能力。

在挪威，對于服務人口（或當量人口）少于1000人的小型處理廠的典型排放標準是每年取6個水樣，然后用水樣的平均BOD₇值和總磷來表示；對于服務人口為1000～2000人的污水處理廠，則每年取12個水樣。

世界各國小型污水處理廠的排放標準不盡相同，表2-2為挪威的典型排放標準。

（1）污水特性

進入分散式污水處理廠的污水濃度較高，組分變化也較大。通常水量越小，組分變化越大。除組分變化外（因處理廠而異），水量變化也較大。因此，在調節池設置、工藝選擇及系統設計時需充分考慮這一問題。

大多數分散處理廠都采用化糞池作為預處理，污水中的懸浮固體在化糞池中沉淀分離。由于儲藏時間較長（3個月～2年），會產生一定程度的厭氧分解。從固體的水解和穩定的角度來考慮，化糞池并非最佳的處理單元，但卻能達到厭氧預處理的效果^［2］。在挪威，對諸如生物濾池或升流式厭氧污泥床（UASB）等專門的厭氧預處理單元缺乏設計經驗，而在日本，以厭氧生物濾池作為預處理的就地污水處理系統應用十分廣泛。但以活性污泥法為主的處理系統，一般不設置厭氧預處理單元。

在某些情況下，處理單元不處理混合污水，只處理雜排水。雜排水指的是除大便器排水外的所有生活污水，如盥洗池、廚房及洗衣機的排水。雜排水主要含有肥皂、洗發香波、洗滌劑等。廢水水量和水質與地區密切相關。雜排水中的有機物濃度與城市污水相似，但懸浮固體濃度和濁度相對較低，說明雜排水中的有機物大部分是溶解性的。但兩者的化學性質又不大相同，雜排水的COD/BOD比值較高，同時營養元素也不均衡，例如氮、磷，生活污水的COD∶NH₃∶P為100∶5∶1，而雜排水為1030∶2.7∶1。雖然雜排水可以用與混合污水相同的工藝來處理，但由于其特殊的水質，處理時要特別注意，否則效率就會降低。

（2）處理系統

原則上，分散處理（集成式污水處理廠處理雜排水或混合污水）的工藝與集中處理（大型污水處理廠）相同，即物理法、化學法、生物法及這些方法的聯合。在物理方法中，沉淀由于工藝簡單而占有主導地位。有時也使用斜板或斜管沉淀作為后續沉淀。預沉淀通常與污泥儲存結合，即化糞池（或英霍夫池）。生物處理以好氧為主（不包括化糞池，它是一個厭氧反應器兼分離器），包括活性污泥法和生物膜法［生物轉盤（RBCs）、滴濾池、淹沒濾池或移動床］。由于挪威的污水處理廠大多要求除磷，因此化學法在挪威應用十分廣泛，多數情況下化學法與生物法聯合使用，有時也單獨使用，但數量上少于生物法。

（3）微型污水處理設備

在挪威曾有人對預制式就地微型處理設備的使用提出質疑。起初的指導方針是禁止使用該設備，而只允許使用滲濾或砂濾工藝。然而，許多房屋建在巖石地層上，使用滲濾顯然不可能。1985年后，由于微型處理設備的使用效果被廣泛認可，有關當局才接受它。

挪威被認可使用的6種微型設備見圖2-1。Biovac公司決定將他們的重點放在間歇式活性污泥法上（Biovac FD），并且從市場上收回連續流式處理設備［圖2-1（a）］。在挪威，Bionac公司的設備主導著生物法和生物/化學法市場^［3］。

Wallax是唯一的純化學法處理設備。它是由玻璃纖維強化塑料構成的同心套筒，套筒外層是預沉淀槽，內層是化學法污泥分離槽，排出的污泥外運［圖2-1（b）］。Colombio設備的基本構成是預沉淀后面接生物過濾器［圖2-1（c）］，而Biodisc B1設備是一個純粹的兩段生物處理設備［圖2-1（f）］，BB設備則是一個基于活性污泥法的純生物型處理設備［圖2-1（e）］。表2-3給出了以上認可使用的設備性能測試結果。

1994年挪威對其國內的微型處理設備進行了評估^［4］。所有的微型設備用戶都收到了調查問卷，反饋率為65%。對132個挑選出的設備進行監控和采樣，監控的主要目的是評估設備的運行和維護情況。調查發現，安裝在地下室的用戶占42%，安裝在專門設計建造的小房間里的用戶占31%，10%的用戶將設備安裝在車庫，13%的用戶將設備安裝在地窖中（無蓋）。這些設備的排水有61%直接排入受納性水體（小河、河流和湖泊），39%排入土壤滲濾系統。91%的用戶對供貨商的服務表示滿意，94%的用戶表示供貨商履行了他們的義務，但只有50%的用戶對當地政府提供的服務表示滿意。認為沒有噪聲和臭氣問題的用戶占52%，25%認為有噪聲，19%認為有臭氣，認為同時有噪聲和臭氣問題的僅占4%。53%的設備用戶向供貨商尋求常規服務以外的幫助（5年以內），67%的用戶曾經歷過不止一次的設備故障，但這些故障通常是由停電造成的堵塞引起的。在132個被監控的設備調查中，有證據表明安裝在能采暖的房間里的設備的維護優于安裝在地下（無蓋）或不能采暖的房間里的設備。調查發現許多污水處理設備都不能按時排泥，由于存泥太多，導致污泥隨出水溢流，從而降低了處理效果。表2-4給出了Biovac間歇式設備（5人）的設計和運行規范。

（4）小型污水處理設備

在挪威，大多數的小型污水處理廠（35～2000人）屬于市政當局。大多數地區都已建立了“運行協作”組織以幫助和支持市政當局來運行他們的污水處理廠。這些組織通常與污水處理專家聯系緊密，支持和幫助操作人員進行設備采樣和維護，并評估運行結果。挪威的小型污水處理廠也被分為三類，即化學處理、生物處理和生物/化學處理（圖2-2）。每種方法都有幾種不同的操作單元可供選擇。例如，化學法污水處理廠可采用一級沉淀（沒有預沉淀），也可采用二級沉淀（有預沉池）；生物法污水處理廠分為活性污泥法和生物膜法，生物膜法以生物轉盤為主，但移動床逐漸流行；生物/化學聯合污水處理廠分為預沉淀（化學步驟在生物步驟之前）、共沉淀（化學沉淀發生在生物反應器中，生物處理主要為活性污泥法）、聯合沉淀（化學沉淀在生物反應器之后，生物處理主要為生物膜法，通常為RBC）和后沉淀（化學沉淀在生物處理之后，生物處理通常為活性污泥法）。

污水的預處理一般采用下列方法：

①格柵、沉砂池和傳統的初沉池；

②消化池/英霍夫池（污泥分離和污泥儲存聯合在一個池中）；

③研磨機。

污泥處理一般采用下列方法：

①大型化糞池的儲泥室直接儲藏；

②分離的濃縮池/污泥儲存池（不通空氣）儲藏；

③曝氣儲存池/污泥穩定池儲藏。

然后，用卡車定期把污泥運送到集中污泥處理設施進行集中處理。在服務人口為500～2000人的污水處理廠，為了減少運送成本一般都有自己的污泥脫水設施（最常見的是離心分離機）。

（5）性能評估調查

9個運行協作組織用3年時間（1994～1996年）對356個污水處理廠進行了調查，調查范圍大約涵蓋同一時期挪威90%的同等規模的小型污水處理廠。調查結果的統計（表2-5）表明：生物/化學法對有機物的去除效率優于化學法和生物法；普通化學處理對磷的去除效果優于普通的生物/化學法，對懸浮固體的去除則基本相同。化學法的平均出水磷濃度為0.42mg/L，而生物法對磷也有50%以上的去除率，遠高于大型集中式生物污水處理廠。這也許是由于污泥回流到化糞池，從而起到厭氧選擇池的作用所致。

化學法對有機物也有相當高的去除率。生物法出水的COD和BOD濃度較低，但并未達到人們期望的程度。因此，總的來說，化學法和生物法的差別并不像預料的那樣明顯。就污水處理廠的規模而言，當采用生物法和生物/化學法時，服務人口為500～2000人的污水處理廠處理效果要好于服務人口少于500人的污水處理廠；而對于化學法，則是服務人口少于500人的污水處理廠效果好。然而，這兩種規模的差異很小，一般認為規模越大，運行會越穩定，處理效果也會越好，但實際并未如此，尤其是化學法，處理效果與規模無關。

表2-5中的幾種處理工藝的處理效果分別說明如下。

1）化學法污水處理廠　化學法在挪威的大量使用始于中型和大型污水處理廠，但現在也大量應用于小型污水處理廠，而且效果穩定。化學法通常采用二級沉淀，化學沉淀在第二級沉淀池進行，污泥返回初沉池（通常為化糞池），以提高混凝效率，同時儲存污泥。常用的混凝劑有硫酸鋁、氧化鐵和聚合氯化鋁等。有50%的高端（出水水質較高）的污水處理廠，其一級沉淀和二級沉淀（初次沉淀和二次沉淀）之間出水水質沒有多大差別；而有50%的低端（出水水質較低）的污水處理廠，其二級沉淀效果明顯優于一級沉淀，這可能是因為二級沉淀中化糞池的平衡作用使得運行更加穩定。兩種沉淀對懸浮固體（SS）的去除效果基本相同。

2）生物法污水處理廠　由表2-5的統計結果可見，在挪威有許多純生物法污水處理廠，這是因為污水處理中通常要求除磷。就COD和SS而言，活性污泥法比生物膜法效果好。很多（約50%）生物膜法污水處理廠的泥水分離效果不好，導致污泥流失，出水SS增高。生物膜法出水磷的濃度明顯高于活性污泥法。這是因為活性污泥法中總磷的去除主要通過活性污泥對含磷有機顆粒的捕集來完成，因為活性污泥反應池類似于絮凝攪拌器，污水中的顆粒物被卷入絮體隨后被沉淀分離，而生物膜法則不具備這樣的功能。

3）生物/化學法污水處理廠　所有的生物/化學法污水處理廠運行效果都相當好。相比較而言，共沉淀的效果較差，這是因為在共沉淀中活性污泥分離是整個流程的最后單元，由于頻繁的污泥流失使得出水SS較高。在高端的50%的污水處理廠，聯合沉淀與后沉淀具有相同的有機物去除率；但在低端的50%的污水處理廠，聯合沉淀的穩定性效果較差。對于磷和SS的去除，后沉淀的效果最好，聯合沉淀次之，共沉淀最差。聯合沉淀不如后沉淀的原因可能是前面步驟中混凝劑的投量控制不夠嚴格。后沉淀的優越性在于工藝最后的化學沉淀可對前邊流失的污泥進行捕集，從而保證了最終出水水質。

（6）KMT處理廠——小型污水處理廠的范例

生物膜反應器在挪威的小型污水處理廠中應用也十分廣泛，原因是污水經生物膜反應器處理后無需進行泥水分離即可進行化學沉淀。這種污水處理廠中的生物膜反應器大多采用生物轉盤，預處理采用沉淀池，同時起到儲泥池的作用。一種新型生物膜反應器——移動床生物膜反應器（MBBR）在挪威已開發出來，并在小型污水處理廠開始普遍使用。繼MBBR之后正在開發一種可連續運行、不需要反沖洗、水頭損失較低、比表面積較大同時又不堵塞的生物膜反應器，而且已經有通過在反應器內投加與水流一起運動的小載體實現污水處理的反應器研發成功。在好氧反應器內載體的運行依靠曝氣實現，在厭氧反應器內靠機械攪拌完成。小型污水處理廠的厭氧反應器通常采用脈沖曝氣（每天數次，每次數秒）取代機械攪拌。

生物膜載體材料為聚乙烯（密度0.95g/cm³）。標準的（K1）外形為圓柱體，內部有通道和肋片。圓柱體高7mm，直徑10mm（不包括肋片）。后來生產了一種外形相似的較大載體（K2，高和直徑均約15mm），并打算作為處理廠的粗濾，尤其適用于以過濾作為預處理的活性污泥處理廠。流動床生物膜反應器的一個重要優點是生物膜載體的填充率（載體占反應器的體積比）可以根據生物膜量的需要進行選擇，標準填充率為67%，K1型載體比表面積為465m²/m³。由于生物膜的增長始于載體內部，因此，有效的比面積對于K1為335m²/m³，K2為210m²/m³（填充率為67%）。為了完全混合，推薦填充率在70%以下。反應器的設計依據給出的有效生物膜面積負荷［kg/（m²·d）］進行，如果在標準填充率下，實際生物膜面積大于所需要的面積，則說明反應器體積過大（例如在污泥濃縮情況下），可采用較低的填充率。

以KMT MBBR系統為核心的小型生物/化學處理法污水處理廠的典型流程見圖2-3。生物反應器第一單元是否曝氣依據氮的去除要求而定。在挪威，由于小型處理廠沒有關于氮的排放標準，所以通常不設計脫氮。但在大型污水處理廠，移動床生物膜工藝被成功地用于脫氮處理。表2-6、表2-7為兩個Kaldnes MBBR系統污水處理廠的設計參數與3年（1992～1994年）運行的平均結果。其中，Steinsholt處理廠（A）的有機負荷正常，而Eidsfoss處理廠（B）的有機負荷則偏低。目前所有的MBBR系統都未設計脫氮處理，但Steinoshlt處理廠在好氧反應器前設有一個小的兼氧區，從而有一定程度的脫氮效果（氮的去除率為42%）。這一結果優于挪威其他小型生化處理廠，而且污泥產量較低，表明MBBR系統運行良好。該反應器通常設有頂蓋，因此也檢測不到臭氣。此外，該系統即使在無人監控的情況下也運行良好。