一、前言
目前，农村生活污水受各类生活用水比例的影响，主要有洗浴污水、冲洗卫生间的粪便污水、洗衣污水、厨房洗涤污水等。另外，大部分情况下养殖废水很多情况下也会被纳入生活污水中。一般而言，洗衣用水量及厨房用水在生活污水中所占的比例最大，故农村污水中的氮、磷元素含量较高，水质总体相差不大，基本上不含有毒有害物质及重金属元素，可生化性比较强。因此，对于农村生活污水，污水处理设备宜采用生物处理法，同时需具备脱氮除磷的功能。
因此，本课题拟设计一套一体化污水处理系统，对农村生活污水进行处理净化，使其达到排放标准。本设计拟采用缺氧-好氧工艺，结合化学除磷。
二、一体化污水处理系统设计
2.1 农村生活污水水质水量调研及评估
我国农村生活污水的水质水量存在着明显的地方性差异，南方人均用水量要高于北方，东部要高于西部。同时，当地社会经济条件也是影响用水量的重要因素。另外，农村基础设施建设的完备程度也影响用水量及排水的收集，其他影响水质的因素还包括人口、是否普及化粪池、雨污分流系统建设完备程度等。
由于生活污水的水质水量影响着一体化设备的设计，因此对农村污水的水质水量进行调研及评估是关键。
本课题选址是位于中国广东省的南方农村。
2.1.1农村污水排放水量
据估计，在2008年，我国农村生活污水的总排放量约为99亿吨，国内专家学者近十年来发表的研究表明，我国农村生活污水排放量区间很大，两者甚至能相差约8倍，最少的地区每人每天仅排水l5升，而在排水量最多的地区可达每人日均用水量可达l16升。具体见表1。
表1 南北方农村排水量差异
2.1.2农村废水水质
建设部发布的《东南地区农村生活污水处理技术指南》列出了不同地区，农村生活污水水质参考范围。具体见表2。
表2 不同地理条件下的农村生活污水水质参考范围
2.2 本设计方案选择
2.2.1一体化污水处理设备的运用现状
我国的一体化工艺发展至今已有三十多年历史，目前有不少设施已经投产使用，且均取得了不错的处理效果。一体化设备是指将各个处理构筑集为一体，这些构筑物的功能包括物理处理、生物处理及化学处理等，相比于污水处理厂，一体化设备占地小、操作管理方便，适用于处理小流量的人为污水，处理能力一般在500 m3/d以下。
2.2.2主要工艺类型及对比
一体化污水处理系统是指将沉淀池、生物处理单元、污泥池集中于一体的污水处理系统，常见的处理工艺有接触氧化工艺、普通曝气工艺、厌氧-缺氧-好氧工艺、MBR工艺等。
①接触氧化工艺
作为由生物滤池演变而来的工艺，接触氧化工艺是特殊的生物膜法。具体是：在氧化池内设置填料，当通入污水时，填料被淹没在污水中，微生物细胞在水环境中，能在填料表面牢固附着，形成生物膜，在污水与生物膜接触的过程中，水中的有机物被微生物利用，从而实现从污水中去除有机污染物质。接触氧化法属于附着生长法，但又有悬浮生长法的特点，容积负荷高，无需回流污泥，不存在污泥膨胀，污泥产率低，对水质水量骤变有较强适应能力。工艺构成为一级沉淀池、接触池、二级沉淀池、消毒池。见图2。
图2 接触氧化工艺流程
接触氧化工艺对于有机物的去除率很高，采用射流曝气，在较高进水浓度下 ，COD、BOD5、SS的去除率分别达90%、95%和90%。
②MBR工艺
MBR即membrane biological reactor，功能主要是污泥固液分离，与二沉池不同，其分离机制是利用超滤膜的过滤功能，是膜分离技术的新应用。超滤膜的孔径一般约为0.1-0.5微米，能够截留细小的物质，此工艺的污染物的去除效果极高，出水能够直接是达到回用标准。其优点是容积负荷高、水力停留时间短、污泥龄长，在低溶解氧浓度运行时还能同时进行硝化与反硝化，具备相当出色的脱氮除磷能力，同时占地面积很小；缺点是膜组件造价高、易受污染。工艺组成一般为曝气池、膜分离池、消毒池。
通过超滤膜，MBR工艺可以达到相当高的污染物去除率，当曝气池溶解氧为1mg／L时，总氮、COD、BOD5、SS、总磷的去除率分别为92%、91%、97%、97%和70%。
2.2.3工艺选择
鉴于农村生活污水氮磷浓度较高，可生化性强，本课题拟采用缺氧-好氧工艺进行脱氮和去除有机物，由于污水中的磷元素大多以正价磷的形式存在，考虑结合化学除磷法，以获得更高的除磷效率。故工艺组成为缺氧池、好氧池、沉淀池、化学除磷池、清水消毒池。见图7。
图7 本设计工艺流程
①缺氧池与好氧池
传统活性污泥法在去除有机污染物质的同时，由于微生物的同化作用，氮磷去除率通常约为5%-20%，现如今，由于生活污水中的氮磷浓度比较高，仅凭微生物同化作用脱氮除磷，很难实现水质达标，因此发展出了一系列脱氮除磷工艺。
污水生物脱氮去要包括氨化、硝化和反硝化三个阶段。
第一阶段，在好氧或厌氧条件下，污水中的细菌、真菌等能够分解蛋白质及其含氮衍生物，其中分解能力较强、能够分解出氨的微生物称为氨化微生物，这些能够实现有机氮向氨态氮的转变，反应如式（1）。
（1）
第二阶段，在好氧条件下，污水中的亚硝化菌和硝化细菌将氨态氮转化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，反应如式（2）、式（3）和式（4）。
（2）
（3）
（4）
第三阶段，在缺氧条件下，反硝化菌开始活跃，利用亚硝酸盐氮和硝酸盐氮作为电子受体转化为氮气，从而实现脱氮，反应如式（5）。
（5）
②沉淀池
污水中含有一定量的悬浮固体，悬浮固体一部分被微生物吸附利用，成为微生物自身的组成物质，最后构成活性污泥，另一部分则会被活性污泥絮体吸附，或继续处于悬浮状态，利用沉淀池，可以减少水中的悬浮物和有活性的微生物，避免出水水质浑浊不达标。沉淀下来的活性污泥，一部分回流进入缺氧池，保持构筑物内的微生物浓度，另一部分作为剩余污泥排除。本设计采用竖流式沉淀池。
三、结论
本设计对于进水水质的变化可以通过调整污泥回流量、硝化液回流量、曝气量等运行参数进行适应，具备较好的水质处理效果。同时，本设备自动化程度较高，运行启动正常运作之后可以实现无人值守，只需定期清理污泥和加药便可，非专业人员亦可以进行操作管理。从实地应用的角度来看，可以采用地埋式，也可直接至于地平面以上，能够适应不同的建设条件，能够适应分散处理模式的要求。再从运行成本的角度分析，本设备处理污水的成本为0.72元/吨，低于城市污水处理厂的平均运行成本，能适应农村的经济发展条件。
总上述分析，本设计可行。
参考文献
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［2］白璐，宋乾武，许春莲，秦琦. 日本一体化污水处理装置评价系统 [J].中国环保产业，2011年 第3期: 67-69页.
