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摘要：农村生活污水污染已成为农村水环境污染的重要因素之一，分散污水处理模式是浙江农村生活污水治理的主要方式之一。针对农村生活污水特点以及目前采用的分散式农村生活污水处理技术存在运行不稳定、出水水质氨氮不达标等许多不足，开发管理简单、运行成本低、出水效果好，特别是对于氮素去除率高的分散式污水处理工艺是实现有效控制农村水环境污染的必然要求。采用新型无回流脱氮反应器分散式农村污水处理技术，能提高脱氮效率，降低投资和运行成本，节约用地。
关键词：生活污水；分散式；脱氮反应器
中图分类号：[TU992.3]
随着农村生活水平的提高及生活方式的改变，农村生活污水的排放量不断增加，污水的资源综合利用率不断下降，大部分农村生活污水未经处理或经简单处理直接排向自然环境，已经成为农村水环境污染的重要因素之一。浙江农村分布广泛、居住分散，自然条件、经济条件都有很大差异，如果像城市那样进行集中式污水处理，要建设大量的管网，代价太高、缺乏可行性。如果达不到一定的规模，污水处理厂也将难以运转。因此，分散污水处理模式在浙江省农村污水处理中占有较大比重。
农村生活污水具有间歇排放、排量少且分散、氮磷浓度高及含有大量的营养盐、细菌、病毒等特点，这些因素影响着生活污水分散处理工艺选择及污水处理设施达标可能性及正常运转。针对农村生活污水特点以及目前采用的分散式农村生活污水处理技术存在运行不稳定、出水水质氨氮不达标等许多不足，开发出一种管理简单、运行成本低、出水效果好，特别是对于氮素去除率高的分散式污水处理工艺是实现有效控制农村水环境污染的必然要求，也是遏制水环境富营养化趋势的关键所在。
传统的脱氮工艺存在着供氧量大、碱度要求高、回流耗能多以及需外加碳源等缺点；而新型脱氮技术尽管具有效率高、供氧量少、节省硝化所需碱度及反硝化所需外加碳源、反应器占地面积省等优点，但由于控制条件研究不成熟等原因未能广泛应用于分散式生活污水的脱氮处理。笔者单位针对这些脱氮工艺的特点以及存在的不足，结合农村生活特点以及目前污水排放标准中对氨氮和总氮的要求，在浙江某村建设采用新型无回流脱氮反应器分散式农村污水处理技术的示范工程，旨在探索浙江农村生活污水处理新模式。
1 水量和水质
污水处理设施设计处理水量按50t/d设计，受纳人口按600人考虑。平均流量为2.08m3/h，按最大时变化系数Kz=3.0考虑，最大流量为6.25 m3/h。
进水水质为CODCr<250mg/L，NH4+-N<60mg/L，SS<200 mg/L，pH6～9。
2 工艺流程及主要构筑物
2.1 工艺流程
废水处理设施采用的工艺流程为化粪池—集水调节池—无回流脱氮反应器—达标排放。
2.2进水投配比设计
根据生活污水水质，采用3级投配，具体投配比为：C/N=6.5，实际污水投配比=30/50/20，理论NH4+-N去除率=80%。
2.3 构筑物设计
（1）化粪池
功能说明： 截留大块粪便、防止了管道堵塞
设计参数：总容积50m3；停留时间24小时；
（2）集水调节池
功能说明：水质水量调节、进水投配；
设计参数：总容积37.5 m3；停留时间18小时；
设备设置：提升泵2台
（3）无回流脱氮反应器
功能说明：生化降解有机物，去除氮素污染；
设计参数：总容积25 m3；
设备设置：鼓风机一台，曝气设备30套，配水阀3套；
2.4 无回流脱氮反应器处理技术应用效果
该村生活污水经过无回流脱氮反应器处理装置处理后，出水水质CODCr<80mg/L，NH4+-N<8mg/L，pH6～9。
3 经济性分析
全面评价一种污水处理工艺，不仅要评价其工艺是否合理，是否满足污染物消减目标，还要从经济角度来进行分析，在满足技术指标的前提下，是否投入较小，是否能以较低的经济投入实现更大的污染物消减目标，即需要进行综合技术经济分析。
以彭宅村农村污水处理工程（50t/d）为例，分别采用无回流脱氮反应器和传统A/O工艺进行经济性对比如下。两种处理工艺主要设计参数、构筑物体积及设备、主要投资及成本见见表1和表2。
表1 两种处理工艺设计参数列表
A/O工艺 功能构筑物 调节池（含沉砂池） A/A/O生化池 沉淀池 污泥浓缩池
设计参数 HRT：8h HRT：2h/2h/7.5h 2h 12h
有效容积 17 24 4.5 1
配置设备 弹性填料8m3；曝气器20套；污泥回流泵1台（0.75kw）；硝化液回流泵1台（2.2 kw）；罗茨风机1台（1.5 kw）；排泥泵1台（1.1kw）；螺杆泵1台（1.1kw）；板框压滤机1台（1.5kw）。
无回流脱氮反应器 功能构筑物 调节池（含沉砂池） 一体化装置 污泥浓缩池
设计参数 HRT：8h HRT 16h 12h
有效容积 17 35 0.5
配置设备 填料20m3；曝气器10套；罗茨风机1台（1.1 kw）；排泥泵1台（0.75 kw）；螺杆泵1台（1.1kw）；板框压滤机1台（1.5kw）
表2 两种处理工艺的主要投资与成本比较
项目 50t/d
A2/O 无回流脱氮反应器
直接费用
（万元） 土建费 4.2 4.45
设备费 3.7 3.24
合计 7.88 7.7
能耗（度） 142.6 47.5
注：不计人工、折旧和维修费用。
（1）基建及设备投资
无回流脱氮反应器将生化池以及沉淀池均合建为一体，考慮到设置了多级沉淀区，在池容上略有增加，但由于合建的沉淀区并非是终沉池，对沉淀区出水SS并未有严格要求，仅需起到污泥截流作用即可，且其泥斗与硝化区共用，因此总土建投资仅比传统A/O工艺高6.3%（表5-6）。
但无回流脱氮反应器省掉了污泥回流设施和硝化液回流设施，这两部分设备投资占了小规模（50t/d）污水处理设施投资的15%左右。填料部分增加的费用与曝气器增加的费用大致相抵。由表2可知，无回流脱氮反应器设备投资约比传统A2/O工艺低了13.6%。
综合土建和设备投资可知，无回流脱氮反应器与传统A/O工艺的基建与设备总投资基本持平。
（2）运行成本
从两种工艺的能耗角度分析，无回流脱氮反应器的吨水能耗仅为传统的A/O工艺的48.9%。此外，无回流脱氮反应器利用厌氧脱碳代替好氧去除有机物一方面节省了运行成本，另一方面也大大降低了剩余污泥的产生，节省了污泥浓缩、脱水等费用，并且厌氧区的污泥脱水性能良好，无需消化可以直接脱水。因此无回流脱氮反应器的吨水运行费要远低于传统的A/O工艺。
4 总结
无回流脱氮反应器处理分散式生活污水的基建投资与传统的A/O工艺基本持平，但至少能节省51.1%的运行能耗，因此是一种有效、经济和方便的分散式生活污水处理工艺。
关键词：生活污水；分散式；脱氮反应器
中图分类号：[TU992.3]
随着农村生活水平的提高及生活方式的改变，农村生活污水的排放量不断增加，污水的资源综合利用率不断下降，大部分农村生活污水未经处理或经简单处理直接排向自然环境，已经成为农村水环境污染的重要因素之一。浙江农村分布广泛、居住分散，自然条件、经济条件都有很大差异，如果像城市那样进行集中式污水处理，要建设大量的管网，代价太高、缺乏可行性。如果达不到一定的规模，污水处理厂也将难以运转。因此，分散污水处理模式在浙江省农村污水处理中占有较大比重。
农村生活污水具有间歇排放、排量少且分散、氮磷浓度高及含有大量的营养盐、细菌、病毒等特点，这些因素影响着生活污水分散处理工艺选择及污水处理设施达标可能性及正常运转。针对农村生活污水特点以及目前采用的分散式农村生活污水处理技术存在运行不稳定、出水水质氨氮不达标等许多不足，开发出一种管理简单、运行成本低、出水效果好，特别是对于氮素去除率高的分散式污水处理工艺是实现有效控制农村水环境污染的必然要求，也是遏制水环境富营养化趋势的关键所在。
传统的脱氮工艺存在着供氧量大、碱度要求高、回流耗能多以及需外加碳源等缺点；而新型脱氮技术尽管具有效率高、供氧量少、节省硝化所需碱度及反硝化所需外加碳源、反应器占地面积省等优点，但由于控制条件研究不成熟等原因未能广泛应用于分散式生活污水的脱氮处理。笔者单位针对这些脱氮工艺的特点以及存在的不足，结合农村生活特点以及目前污水排放标准中对氨氮和总氮的要求，在浙江某村建设采用新型无回流脱氮反应器分散式农村污水处理技术的示范工程，旨在探索浙江农村生活污水处理新模式。
1 水量和水质
污水处理设施设计处理水量按50t/d设计，受纳人口按600人考虑。平均流量为2.08m3/h，按最大时变化系数Kz=3.0考虑，最大流量为6.25 m3/h。
进水水质为CODCr<250mg/L，NH4+-N<60mg/L，SS<200 mg/L，pH6～9。
2 工艺流程及主要构筑物
2.1 工艺流程
废水处理设施采用的工艺流程为化粪池—集水调节池—无回流脱氮反应器—达标排放。
2.2进水投配比设计
根据生活污水水质，采用3级投配，具体投配比为：C/N=6.5，实际污水投配比=30/50/20，理论NH4+-N去除率=80%。
2.3 构筑物设计
（1）化粪池
功能说明： 截留大块粪便、防止了管道堵塞
设计参数：总容积50m3；停留时间24小时；
（2）集水调节池
功能说明：水质水量调节、进水投配；
设计参数：总容积37.5 m3；停留时间18小时；
设备设置：提升泵2台
（3）无回流脱氮反应器
功能说明：生化降解有机物，去除氮素污染；
设计参数：总容积25 m3；
设备设置：鼓风机一台，曝气设备30套，配水阀3套；
2.4 无回流脱氮反应器处理技术应用效果
该村生活污水经过无回流脱氮反应器处理装置处理后，出水水质CODCr<80mg/L，NH4+-N<8mg/L，pH6～9。
3 经济性分析
全面评价一种污水处理工艺，不仅要评价其工艺是否合理，是否满足污染物消减目标，还要从经济角度来进行分析，在满足技术指标的前提下，是否投入较小，是否能以较低的经济投入实现更大的污染物消减目标，即需要进行综合技术经济分析。
以彭宅村农村污水处理工程（50t/d）为例，分别采用无回流脱氮反应器和传统A/O工艺进行经济性对比如下。两种处理工艺主要设计参数、构筑物体积及设备、主要投资及成本见见表1和表2。
表1 两种处理工艺设计参数列表
A/O工艺 功能构筑物 调节池（含沉砂池） A/A/O生化池 沉淀池 污泥浓缩池
设计参数 HRT：8h HRT：2h/2h/7.5h 2h 12h
有效容积 17 24 4.5 1
配置设备 弹性填料8m3；曝气器20套；污泥回流泵1台（0.75kw）；硝化液回流泵1台（2.2 kw）；罗茨风机1台（1.5 kw）；排泥泵1台（1.1kw）；螺杆泵1台（1.1kw）；板框压滤机1台（1.5kw）。
无回流脱氮反应器 功能构筑物 调节池（含沉砂池） 一体化装置 污泥浓缩池
设计参数 HRT：8h HRT 16h 12h
有效容积 17 35 0.5
配置设备 填料20m3；曝气器10套；罗茨风机1台（1.1 kw）；排泥泵1台（0.75 kw）；螺杆泵1台（1.1kw）；板框压滤机1台（1.5kw）
表2 两种处理工艺的主要投资与成本比较
项目 50t/d
A2/O 无回流脱氮反应器
直接费用
（万元） 土建费 4.2 4.45
设备费 3.7 3.24
合计 7.88 7.7
能耗（度） 142.6 47.5
注：不计人工、折旧和维修费用。
（1）基建及设备投资
无回流脱氮反应器将生化池以及沉淀池均合建为一体，考慮到设置了多级沉淀区，在池容上略有增加，但由于合建的沉淀区并非是终沉池，对沉淀区出水SS并未有严格要求，仅需起到污泥截流作用即可，且其泥斗与硝化区共用，因此总土建投资仅比传统A/O工艺高6.3%（表5-6）。
但无回流脱氮反应器省掉了污泥回流设施和硝化液回流设施，这两部分设备投资占了小规模（50t/d）污水处理设施投资的15%左右。填料部分增加的费用与曝气器增加的费用大致相抵。由表2可知，无回流脱氮反应器设备投资约比传统A2/O工艺低了13.6%。
综合土建和设备投资可知，无回流脱氮反应器与传统A/O工艺的基建与设备总投资基本持平。
（2）运行成本
从两种工艺的能耗角度分析，无回流脱氮反应器的吨水能耗仅为传统的A/O工艺的48.9%。此外，无回流脱氮反应器利用厌氧脱碳代替好氧去除有机物一方面节省了运行成本，另一方面也大大降低了剩余污泥的产生，节省了污泥浓缩、脱水等费用，并且厌氧区的污泥脱水性能良好，无需消化可以直接脱水。因此无回流脱氮反应器的吨水运行费要远低于传统的A/O工艺。
4 总结
无回流脱氮反应器处理分散式生活污水的基建投资与传统的A/O工艺基本持平，但至少能节省51.1%的运行能耗，因此是一种有效、经济和方便的分散式生活污水处理工艺。