第2章　国外农村生活污染控制技术现状

2.1　国外典型农村污水处理技术模式介绍

2.1.1　挪威农村生活污水处理技术模式

挪威大约有25%的人口居住在没有任何集中污水收集系统的乡村地区，这些地方的污水采用就地处理。尽管分散系统还没有被广泛接受的定义，挪威还是把微型处理厂（就地处理）与小型处理厂进行了区分^［1］。其中，服务人口少于35人（或7户）的为微型处理厂，服务人口为35～500人的叫作小型处理厂。通常这些小型处理厂的所有权归市政当局，排放标准则单独执行环境管理局认可的标准。表2-1所列为挪威的分散污水处理厂规模（<35人、35～500人、500～2000人）和处理方法（生物法、化学法、生物/化学法）。从表2-1中可以看出，大多数处理厂采用的是生物/化学法，约75%的小型处理厂（35～2000人）和约70%的微型处理厂（少于35人）具备化学（化学法或生物/化学法）除磷能力。

在挪威，对于服务人口（或当量人口）少于1000人的小型处理厂的典型排放标准是每年取6个水样，然后用水样的平均BOD₇值和总磷来表示；对于服务人口为1000～2000人的污水处理厂，则每年取12个水样。

世界各国小型污水处理厂的排放标准不尽相同，表2-2为挪威的典型排放标准。

（1）污水特性

进入分散式污水处理厂的污水浓度较高，组分变化也较大。通常水量越小，组分变化越大。除组分变化外（因处理厂而异），水量变化也较大。因此，在调节池设置、工艺选择及系统设计时需充分考虑这一问题。

大多数分散处理厂都采用化粪池作为预处理，污水中的悬浮固体在化粪池中沉淀分离。由于储藏时间较长（3个月～2年），会产生一定程度的厌氧分解。从固体的水解和稳定的角度来考虑，化粪池并非最佳的处理单元，但却能达到厌氧预处理的效果^［2］。在挪威，对诸如生物滤池或升流式厌氧污泥床（UASB）等专门的厌氧预处理单元缺乏设计经验，而在日本，以厌氧生物滤池作为预处理的就地污水处理系统应用十分广泛。但以活性污泥法为主的处理系统，一般不设置厌氧预处理单元。

在某些情况下，处理单元不处理混合污水，只处理杂排水。杂排水指的是除大便器排水外的所有生活污水，如盥洗池、厨房及洗衣机的排水。杂排水主要含有肥皂、洗发香波、洗涤剂等。废水水量和水质与地区密切相关。杂排水中的有机物浓度与城市污水相似，但悬浮固体浓度和浊度相对较低，说明杂排水中的有机物大部分是溶解性的。但两者的化学性质又不大相同，杂排水的COD/BOD比值较高，同时营养元素也不均衡，例如氮、磷，生活污水的COD∶NH₃∶P为100∶5∶1，而杂排水为1030∶2.7∶1。虽然杂排水可以用与混合污水相同的工艺来处理，但由于其特殊的水质，处理时要特别注意，否则效率就会降低。

（2）处理系统

原则上，分散处理（集成式污水处理厂处理杂排水或混合污水）的工艺与集中处理（大型污水处理厂）相同，即物理法、化学法、生物法及这些方法的联合。在物理方法中，沉淀由于工艺简单而占有主导地位。有时也使用斜板或斜管沉淀作为后续沉淀。预沉淀通常与污泥储存结合，即化粪池（或英霍夫池）。生物处理以好氧为主（不包括化粪池，它是一个厌氧反应器兼分离器），包括活性污泥法和生物膜法［生物转盘（RBCs）、滴滤池、淹没滤池或移动床］。由于挪威的污水处理厂大多要求除磷，因此化学法在挪威应用十分广泛，多数情况下化学法与生物法联合使用，有时也单独使用，但数量上少于生物法。

（3）微型污水处理设备

在挪威曾有人对预制式就地微型处理设备的使用提出质疑。起初的指导方针是禁止使用该设备，而只允许使用渗滤或砂滤工艺。然而，许多房屋建在岩石地层上，使用渗滤显然不可能。1985年后，由于微型处理设备的使用效果被广泛认可，有关当局才接受它。

挪威被认可使用的6种微型设备见图2-1。Biovac公司决定将他们的重点放在间歇式活性污泥法上（Biovac FD），并且从市场上收回连续流式处理设备［图2-1（a）］。在挪威，Bionac公司的设备主导着生物法和生物/化学法市场^［3］。

Wallax是唯一的纯化学法处理设备。它是由玻璃纤维强化塑料构成的同心套筒，套筒外层是预沉淀槽，内层是化学法污泥分离槽，排出的污泥外运［图2-1（b）］。Colombio设备的基本构成是预沉淀后面接生物过滤器［图2-1（c）］，而Biodisc B1设备是一个纯粹的两段生物处理设备［图2-1（f）］，BB设备则是一个基于活性污泥法的纯生物型处理设备［图2-1（e）］。表2-3给出了以上认可使用的设备性能测试结果。

1994年挪威对其国内的微型处理设备进行了评估^［4］。所有的微型设备用户都收到了调查问卷，反馈率为65%。对132个挑选出的设备进行监控和采样，监控的主要目的是评估设备的运行和维护情况。调查发现，安装在地下室的用户占42%，安装在专门设计建造的小房间里的用户占31%，10%的用户将设备安装在车库，13%的用户将设备安装在地窖中（无盖）。这些设备的排水有61%直接排入受纳性水体（小河、河流和湖泊），39%排入土壤渗滤系统。91%的用户对供货商的服务表示满意，94%的用户表示供货商履行了他们的义务，但只有50%的用户对当地政府提供的服务表示满意。认为没有噪声和臭气问题的用户占52%，25%认为有噪声，19%认为有臭气，认为同时有噪声和臭气问题的仅占4%。53%的设备用户向供货商寻求常规服务以外的帮助（5年以内），67%的用户曾经历过不止一次的设备故障，但这些故障通常是由停电造成的堵塞引起的。在132个被监控的设备调查中，有证据表明安装在能采暖的房间里的设备的维护优于安装在地下（无盖）或不能采暖的房间里的设备。调查发现许多污水处理设备都不能按时排泥，由于存泥太多，导致污泥随出水溢流，从而降低了处理效果。表2-4给出了Biovac间歇式设备（5人）的设计和运行规范。

（4）小型污水处理设备

在挪威，大多数的小型污水处理厂（35～2000人）属于市政当局。大多数地区都已建立了“运行协作”组织以帮助和支持市政当局来运行他们的污水处理厂。这些组织通常与污水处理专家联系紧密，支持和帮助操作人员进行设备采样和维护，并评估运行结果。挪威的小型污水处理厂也被分为三类，即化学处理、生物处理和生物/化学处理（图2-2）。每种方法都有几种不同的操作单元可供选择。例如，化学法污水处理厂可采用一级沉淀（没有预沉淀），也可采用二级沉淀（有预沉池）；生物法污水处理厂分为活性污泥法和生物膜法，生物膜法以生物转盘为主，但移动床逐渐流行；生物/化学联合污水处理厂分为预沉淀（化学步骤在生物步骤之前）、共沉淀（化学沉淀发生在生物反应器中，生物处理主要为活性污泥法）、联合沉淀（化学沉淀在生物反应器之后，生物处理主要为生物膜法，通常为RBC）和后沉淀（化学沉淀在生物处理之后，生物处理通常为活性污泥法）。

污水的预处理一般采用下列方法：

①格栅、沉砂池和传统的初沉池；

②消化池/英霍夫池（污泥分离和污泥储存联合在一个池中）；

③研磨机。

污泥处理一般采用下列方法：

①大型化粪池的储泥室直接储藏；

②分离的浓缩池/污泥储存池（不通空气）储藏；

③曝气储存池/污泥稳定池储藏。

然后，用卡车定期把污泥运送到集中污泥处理设施进行集中处理。在服务人口为500～2000人的污水处理厂，为了减少运送成本一般都有自己的污泥脱水设施（最常见的是离心分离机）。

（5）性能评估调查

9个运行协作组织用3年时间（1994～1996年）对356个污水处理厂进行了调查，调查范围大约涵盖同一时期挪威90%的同等规模的小型污水处理厂。调查结果的统计（表2-5）表明：生物/化学法对有机物的去除效率优于化学法和生物法；普通化学处理对磷的去除效果优于普通的生物/化学法，对悬浮固体的去除则基本相同。化学法的平均出水磷浓度为0.42mg/L，而生物法对磷也有50%以上的去除率，远高于大型集中式生物污水处理厂。这也许是由于污泥回流到化粪池，从而起到厌氧选择池的作用所致。

化学法对有机物也有相当高的去除率。生物法出水的COD和BOD浓度较低，但并未达到人们期望的程度。因此，总的来说，化学法和生物法的差别并不像预料的那样明显。就污水处理厂的规模而言，当采用生物法和生物/化学法时，服务人口为500～2000人的污水处理厂处理效果要好于服务人口少于500人的污水处理厂；而对于化学法，则是服务人口少于500人的污水处理厂效果好。然而，这两种规模的差异很小，一般认为规模越大，运行会越稳定，处理效果也会越好，但实际并未如此，尤其是化学法，处理效果与规模无关。

表2-5中的几种处理工艺的处理效果分别说明如下。

1）化学法污水处理厂　化学法在挪威的大量使用始于中型和大型污水处理厂，但现在也大量应用于小型污水处理厂，而且效果稳定。化学法通常采用二级沉淀，化学沉淀在第二级沉淀池进行，污泥返回初沉池（通常为化粪池），以提高混凝效率，同时储存污泥。常用的混凝剂有硫酸铝、氧化铁和聚合氯化铝等。有50%的高端（出水水质较高）的污水处理厂，其一级沉淀和二级沉淀（初次沉淀和二次沉淀）之间出水水质没有多大差别；而有50%的低端（出水水质较低）的污水处理厂，其二级沉淀效果明显优于一级沉淀，这可能是因为二级沉淀中化粪池的平衡作用使得运行更加稳定。两种沉淀对悬浮固体（SS）的去除效果基本相同。

2）生物法污水处理厂　由表2-5的统计结果可见，在挪威有许多纯生物法污水处理厂，这是因为污水处理中通常要求除磷。就COD和SS而言，活性污泥法比生物膜法效果好。很多（约50%）生物膜法污水处理厂的泥水分离效果不好，导致污泥流失，出水SS增高。生物膜法出水磷的浓度明显高于活性污泥法。这是因为活性污泥法中总磷的去除主要通过活性污泥对含磷有机颗粒的捕集来完成，因为活性污泥反应池类似于絮凝搅拌器，污水中的颗粒物被卷入絮体随后被沉淀分离，而生物膜法则不具备这样的功能。

3）生物/化学法污水处理厂　所有的生物/化学法污水处理厂运行效果都相当好。相比较而言，共沉淀的效果较差，这是因为在共沉淀中活性污泥分离是整个流程的最后单元，由于频繁的污泥流失使得出水SS较高。在高端的50%的污水处理厂，联合沉淀与后沉淀具有相同的有机物去除率；但在低端的50%的污水处理厂，联合沉淀的稳定性效果较差。对于磷和SS的去除，后沉淀的效果最好，联合沉淀次之，共沉淀最差。联合沉淀不如后沉淀的原因可能是前面步骤中混凝剂的投量控制不够严格。后沉淀的优越性在于工艺最后的化学沉淀可对前边流失的污泥进行捕集，从而保证了最终出水水质。

（6）KMT处理厂——小型污水处理厂的范例

生物膜反应器在挪威的小型污水处理厂中应用也十分广泛，原因是污水经生物膜反应器处理后无需进行泥水分离即可进行化学沉淀。这种污水处理厂中的生物膜反应器大多采用生物转盘，预处理采用沉淀池，同时起到储泥池的作用。一种新型生物膜反应器——移动床生物膜反应器（MBBR）在挪威已开发出来，并在小型污水处理厂开始普遍使用。继MBBR之后正在开发一种可连续运行、不需要反冲洗、水头损失较低、比表面积较大同时又不堵塞的生物膜反应器，而且已经有通过在反应器内投加与水流一起运动的小载体实现污水处理的反应器研发成功。在好氧反应器内载体的运行依靠曝气实现，在厌氧反应器内靠机械搅拌完成。小型污水处理厂的厌氧反应器通常采用脉冲曝气（每天数次，每次数秒）取代机械搅拌。

生物膜载体材料为聚乙烯（密度0.95g/cm³）。标准的（K1）外形为圆柱体，内部有通道和肋片。圆柱体高7mm，直径10mm（不包括肋片）。后来生产了一种外形相似的较大载体（K2，高和直径均约15mm），并打算作为处理厂的粗滤，尤其适用于以过滤作为预处理的活性污泥处理厂。流动床生物膜反应器的一个重要优点是生物膜载体的填充率（载体占反应器的体积比）可以根据生物膜量的需要进行选择，标准填充率为67%，K1型载体比表面积为465m²/m³。由于生物膜的增长始于载体内部，因此，有效的比面积对于K1为335m²/m³，K2为210m²/m³（填充率为67%）。为了完全混合，推荐填充率在70%以下。反应器的设计依据给出的有效生物膜面积负荷［kg/（m²·d）］进行，如果在标准填充率下，实际生物膜面积大于所需要的面积，则说明反应器体积过大（例如在污泥浓缩情况下），可采用较低的填充率。

以KMT MBBR系统为核心的小型生物/化学处理法污水处理厂的典型流程见图2-3。生物反应器第一单元是否曝气依据氮的去除要求而定。在挪威，由于小型处理厂没有关于氮的排放标准，所以通常不设计脱氮。但在大型污水处理厂，移动床生物膜工艺被成功地用于脱氮处理。表2-6、表2-7为两个Kaldnes MBBR系统污水处理厂的设计参数与3年（1992～1994年）运行的平均结果。其中，Steinsholt处理厂（A）的有机负荷正常，而Eidsfoss处理厂（B）的有机负荷则偏低。目前所有的MBBR系统都未设计脱氮处理，但Steinoshlt处理厂在好氧反应器前设有一个小的兼氧区，从而有一定程度的脱氮效果（氮的去除率为42%）。这一结果优于挪威其他小型生化处理厂，而且污泥产量较低，表明MBBR系统运行良好。该反应器通常设有顶盖，因此也检测不到臭气。此外，该系统即使在无人监控的情况下也运行良好。