第2章　國外農(nóng)村生活污染控制技術(shù)現(xiàn)狀

2.1　國外典型農(nóng)村污水處理技術(shù)模式介紹

2.1.1　挪威農(nóng)村生活污水處理技術(shù)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(tǒng)的鄉(xiāng)村地區(qū)，這些地方的污水采用就地處理。盡管分散系統(tǒng)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(jìn)行了區(qū)分^［1］。其中，服務(wù)人口少于35人（或7戶）的為微型處理廠，服務(wù)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(quán)歸市政當(dāng)局，排放標(biāo)準(zhǔn)則單獨(dú)執(zhí)行環(huán)境管理局認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)。表2-1所列為挪威的分散污水處理廠規(guī)模（<35人、35～500人、500～2000人）和處理方法（生物法、化學(xué)法、生物/化學(xué)法）。從表2-1中可以看出，大多數(shù)處理廠采用的是生物/化學(xué)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(xué)（化學(xué)法或生物/化學(xué)法）除磷能力。

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

世界各國小型污水處理廠的排放標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，表2-2為挪威的典型排放標(biāo)準(zhǔn)。

（1）污水特性

進(jìn)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(diào)節(jié)池設(shè)置、工藝選擇及系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需充分考慮這一問題。

大多數(shù)分散處理廠都采用化糞池作為預(yù)處理，污水中的懸浮固體在化糞池中沉淀分離。由于儲(chǔ)藏時(shí)間較長（3個(gè)月～2年），會(huì)產(chǎn)生一定程度的厭氧分解。從固體的水解和穩(wěn)定的角度來考慮，化糞池并非最佳的處理單元，但卻能達(dá)到厭氧預(yù)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(yù)處理單元缺乏設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，而在日本，以厭氧生物濾池作為預(yù)處理的就地污水處理系統(tǒng)應(yīng)用十分廣泛。但以活性污泥法為主的處理系統(tǒng)，一般不設(shè)置厭氧預(yù)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(jī)的排水。雜排水主要含有肥皂、洗發(fā)香波、洗滌劑等。廢水水量和水質(zhì)與地區(qū)密切相關(guān)。雜排水中的有機(jī)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(jī)物大部分是溶解性的。但兩者的化學(xué)性質(zhì)又不大相同，雜排水的COD/BOD比值較高，同時(shí)營養(yǎng)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(zhì)，處理時(shí)要特別注意，否則效率就會(huì)降低。

（2）處理系統(tǒng)

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(xué)法、生物法及這些方法的聯(lián)合。在物理方法中，沉淀由于工藝簡單而占有主導(dǎo)地位。有時(shí)也使用斜板或斜管沉淀作為后續(xù)沉淀。預(yù)沉淀通常與污泥儲(chǔ)存結(jié)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(gè)厭氧反應(yīng)器兼分離器），包括活性污泥法和生物膜法［生物轉(zhuǎn)盤（RBCs）、滴濾池、淹沒濾池或移動(dòng)床］。由于挪威的污水處理廠大多要求除磷，因此化學(xué)法在挪威應(yīng)用十分廣泛，多數(shù)情況下化學(xué)法與生物法聯(lián)合使用，有時(shí)也單獨(dú)使用，但數(shù)量上少于生物法。

（3）微型污水處理設(shè)備

在挪威曾有人對預(yù)制式就地微型處理設(shè)備的使用提出質(zhì)疑。起初的指導(dǎo)方針是禁止使用該設(shè)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(shè)備的使用效果被廣泛認(rèn)可，有關(guān)當(dāng)局才接受它。

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

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

1994年挪威對其國內(nèi)的微型處理設(shè)備進(jìn)行了評估^［4］。所有的微型設(shè)備用戶都收到了調(diào)查問卷，反饋率為65%。對132個(gè)挑選出的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和采樣，監(jiān)控的主要目的是評估設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)情況。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，安裝在地下室的用戶占42%，安裝在專門設(shè)計(jì)建造的小房間里的用戶占31%，10%的用戶將設(shè)備安裝在車庫，13%的用戶將設(shè)備安裝在地窖中（無蓋）。這些設(shè)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(tǒng)。91%的用戶對供貨商的服務(wù)表示滿意，94%的用戶表示供貨商履行了他們的義務(wù)，但只有50%的用戶對當(dāng)?shù)卣峁┑姆?wù)表示滿意。認(rèn)為沒有噪聲和臭氣問題的用戶占52%，25%認(rèn)為有噪聲，19%認(rèn)為有臭氣，認(rèn)為同時(shí)有噪聲和臭氣問題的僅占4%。53%的設(shè)備用戶向供貨商尋求常規(guī)服務(wù)以外的幫助（5年以內(nèi)），67%的用戶曾經(jīng)歷過不止一次的設(shè)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(gè)被監(jiān)控的設(shè)備調(diào)查中，有證據(jù)表明安裝在能采暖的房間里的設(shè)備的維護(hù)優(yōu)于安裝在地下（無蓋）或不能采暖的房間里的設(shè)備。調(diào)查發(fā)現(xiàn)許多污水處理設(shè)備都不能按時(shí)排泥，由于存泥太多，導(dǎo)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(shè)備（5人）的設(shè)計(jì)和運(yùn)行規(guī)范。

（4）小型污水處理設(shè)備

在挪威，大多數(shù)的小型污水處理廠（35～2000人）屬于市政當(dāng)局。大多數(shù)地區(qū)都已建立了“運(yùn)行協(xié)作”組織以幫助和支持市政當(dāng)局來運(yùn)行他們的污水處理廠。這些組織通常與污水處理專家聯(lián)系緊密，支持和幫助操作人員進(jìn)行設(shè)備采樣和維護(hù)，并評估運(yùn)行結(jié)果。挪威的小型污水處理廠也被分為三類，即化學(xué)處理、生物處理和生物/化學(xué)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(xué)法污水處理廠可采用一級沉淀（沒有預(yù)沉淀），也可采用二級沉淀（有預(yù)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(zhuǎn)盤為主，但移動(dòng)床逐漸流行；生物/化學(xué)聯(lián)合污水處理廠分為預(yù)沉淀（化學(xué)步驟在生物步驟之前）、共沉淀（化學(xué)沉淀發(fā)生在生物反應(yīng)器中，生物處理主要為活性污泥法）、聯(lián)合沉淀（化學(xué)沉淀在生物反應(yīng)器之后，生物處理主要為生物膜法，通常為RBC）和后沉淀（化學(xué)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(yù)處理一般采用下列方法：

①格柵、沉砂池和傳統(tǒng)的初沉池；

②消化池/英霍夫池（污泥分離和污泥儲(chǔ)存聯(lián)合在一個(gè)池中）；

③研磨機(jī)。

污泥處理一般采用下列方法：

①大型化糞池的儲(chǔ)泥室直接儲(chǔ)藏；

②分離的濃縮池/污泥儲(chǔ)存池（不通空氣）儲(chǔ)藏；

③曝氣儲(chǔ)存池/污泥穩(wěn)定池儲(chǔ)藏。

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

（5）性能評估調(diào)查

9個(gè)運(yùn)行協(xié)作組織用3年時(shí)間（1994～1996年）對356個(gè)污水處理廠進(jìn)行了調(diào)查，調(diào)查范圍大約涵蓋同一時(shí)期挪威90%的同等規(guī)模的小型污水處理廠。調(diào)查結(jié)果的統(tǒng)計(jì)（表2-5）表明：生物/化學(xué)法對有機(jī)物的去除效率優(yōu)于化學(xué)法和生物法；普通化學(xué)處理對磷的去除效果優(yōu)于普通的生物/化學(xué)法，對懸浮固體的去除則基本相同。化學(xué)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(yuǎn)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(xué)法對有機(jī)物也有相當(dāng)高的去除率。生物法出水的COD和BOD濃度較低，但并未達(dá)到人們期望的程度。因此，總的來說，化學(xué)法和生物法的差別并不像預(yù)料的那樣明顯。就污水處理廠的規(guī)模而言，當(dāng)采用生物法和生物/化學(xué)法時(shí)，服務(wù)人口為500～2000人的污水處理廠處理效果要好于服務(wù)人口少于500人的污水處理廠；而對于化學(xué)法，則是服務(wù)人口少于500人的污水處理廠效果好。然而，這兩種規(guī)模的差異很小，一般認(rèn)為規(guī)模越大，運(yùn)行會(huì)越穩(wěn)定，處理效果也會(huì)越好，但實(shí)際并未如此，尤其是化學(xué)法，處理效果與規(guī)模無關(guān)。

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(xué)法污水處理廠　化學(xué)法在挪威的大量使用始于中型和大型污水處理廠，但現(xiàn)在也大量應(yīng)用于小型污水處理廠，而且效果穩(wěn)定。化學(xué)法通常采用二級沉淀，化學(xué)沉淀在第二級沉淀池進(jìn)行，污泥返回初沉池（通常為化糞池），以提高混凝效率，同時(shí)儲(chǔ)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(zhì)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(zhì)沒有多大差別；而有50%的低端（出水水質(zhì)較低）的污水處理廠，其二級沉淀效果明顯優(yōu)于一級沉淀，這可能是因?yàn)槎壋恋碇谢S池的平衡作用使得運(yùn)行更加穩(wěn)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(tǒng)計(jì)結(jié)果可見，在挪威有許多純生物法污水處理廠，這是因?yàn)槲鬯幚碇型ǔＲ蟪住＞虲OD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(dǎo)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?yàn)榛钚晕勰喾ㄖ锌偭椎娜コ饕ㄟ^活性污泥對含磷有機(jī)顆粒的捕集來完成，因?yàn)榛钚晕勰喾磻?yīng)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(xué)法污水處理廠　所有的生物/化學(xué)法污水處理廠運(yùn)行效果都相當(dāng)好。相比較而言，共沉淀的效果較差，這是因?yàn)樵诠渤恋碇谢钚晕勰喾蛛x是整個(gè)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(lián)合沉淀與后沉淀具有相同的有機(jī)物去除率；但在低端的50%的污水處理廠，聯(lián)合沉淀的穩(wěn)定性效果較差。對于磷和SS的去除，后沉淀的效果最好，聯(lián)合沉淀次之，共沉淀最差。聯(lián)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(yán)格。后沉淀的優(yōu)越性在于工藝最后的化學(xué)沉淀可對前邊流失的污泥進(jìn)行捕集，從而保證了最終出水水質(zhì)。

（6）KMT處理廠——小型污水處理廠的范例

生物膜反應(yīng)器在挪威的小型污水處理廠中應(yīng)用也十分廣泛，原因是污水經(jīng)生物膜反應(yīng)器處理后無需進(jìn)行泥水分離即可進(jìn)行化學(xué)沉淀。這種污水處理廠中的生物膜反應(yīng)器大多采用生物轉(zhuǎn)盤，預(yù)處理采用沉淀池，同時(shí)起到儲(chǔ)泥池的作用。一種新型生物膜反應(yīng)器——移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器（MBBR）在挪威已開發(fā)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(fā)一種可連續(xù)運(yùn)行、不需要反沖洗、水頭損失較低、比表面積較大同時(shí)又不堵塞的生物膜反應(yīng)器，而且已經(jīng)有通過在反應(yīng)器內(nèi)投加與水流一起運(yùn)動(dòng)的小載體實(shí)現(xiàn)污水處理的反應(yīng)器研發(fā)成功。在好氧反應(yīng)器內(nèi)載體的運(yùn)行依靠曝氣實(shí)現(xiàn)，在厭氧反應(yīng)器內(nèi)靠機(jī)械攪拌完成。小型污水處理廠的厭氧反應(yīng)器通常采用脈沖曝氣（每天數(shù)次，每次數(shù)秒）取代機(jī)械攪拌。

生物膜載體材料為聚乙烯（密度0.95g/cm³）。標(biāo)準(zhǔn)的（K1）外形為圓柱體，內(nèi)部有通道和肋片。圓柱體高7mm，直徑10mm（不包括肋片）。后來生產(chǎn)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(yù)處理的活性污泥處理廠。流動(dòng)床生物膜反應(yīng)器的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是生物膜載體的填充率（載體占反應(yīng)器的體積比）可以根據(jù)生物膜量的需要進(jìn)行選擇，標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)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(yīng)器的設(shè)計(jì)依據(jù)給出的有效生物膜面積負(fù)荷［kg/（m²·d）］進(jìn)行，如果在標(biāo)準(zhǔn)填充率下，實(shí)際生物膜面積大于所需要的面積，則說明反應(yīng)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(tǒng)為核心的小型生物/化學(xué)處理法污水處理廠的典型流程見圖2-3。生物反應(yīng)器第一單元是否曝氣依據(jù)氮的去除要求而定。在挪威，由于小型處理廠沒有關(guān)于氮的排放標(biāo)準(zhǔn)，所以通常不設(shè)計(jì)脫氮。但在大型污水處理廠，移動(dòng)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(gè)Kaldnes MBBR系統(tǒng)污水處理廠的設(shè)計(jì)參數(shù)與3年（1992～1994年）運(yùn)行的平均結(jié)果。其中，Steinsholt處理廠（A）的有機(jī)負(fù)荷正常，而Eidsfoss處理廠（B）的有機(jī)負(fù)荷則偏低。目前所有的MBBR系統(tǒng)都未設(shè)計(jì)脫氮處理，但Steinoshlt處理廠在好氧反應(yīng)器前設(shè)有一個(gè)小的兼氧區(qū)，從而有一定程度的脫氮效果（氮的去除率為42%）。這一結(jié)果優(yōu)于挪威其他小型生化處理廠，而且污泥產(chǎn)量較低，表明MBBR系統(tǒng)運(yùn)行良好。該反應(yīng)器通常設(shè)有頂蓋，因此也檢測不到臭氣。此外，該系統(tǒng)即使在無人監(jiān)控的情況下也運(yùn)行良好。