简述生物脱氮的基本原理

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简述生物脱氮的基本原理范文第1篇

[关键词]弄洞村；生活污水；高效厌氧滤池+太阳能充氧人工浮岛

中图分类号：X31.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）34-0381-01

引言

广西崇左市扶绥县岜盆乡弄洞村位于扶绥县岜盆乡北部，距离扶绥高速出口和县城均为4公里，交通十分便利。全村耕地面积1200亩，其中水田150亩、旱地1050亩，主要种植甘蔗、水稻、蔬菜等农作物。

弄洞村全屯共81户316人，2010年3月确定为市、县两级城乡风貌改造示范点。以此为契机，乡、村积极响应政府号召，深入开展环境综合整治等风貌改造工作，致力于把该村建设成为广西生态文化旅游第一村。目前，已投入环境风貌改造资金680多万元，完成房屋改造56户，里面改造3.2万平方米，屋顶彩钢瓦15户，拆除违章建筑及危房15间，平整土地1.79万平方米，硬化主干道3.5公里，硬化巷道350米，建设景观荷池300平方米及供水渠200米，建设了上水十八湾旅游码头，灯光球场、歌坡广场、休闲广场和72间集体牛栏等一批相关配套设施。

根据相关要求【1】，需在弄洞村建设1个污水处理设施，项目不仅是2011年农村环境连片整治示范项目的重要组成部分，也是实现提高弄洞村农村生活污水治理水平，改善居民生活条件，实现乡村风貌新变化的重要手段。

1 弄洞村生活污水处理现状

1.1 弄洞村生活污水的处理方式

村内已完成环境综合整治等风貌改造工作，但未建设污水处理设施，村庄生活污水处理率为0，污水未经处理，直接排出户外空地任意渗入地下，从而对当地土壤、地下水、地表水及村屯生态环境造成不良影响。

为了保护饮用水源，控制村内环境污染及确保居民身心健康，结合农村环境综合整治项目，扶绥县岜盆乡弄洞村生活污水治理项目计划总投资55.00万元（申请2011年中央农村环境综合整治项目专项资金36.7万元，自治区财政配套资金11.0万元，崇左市财政配套资金7.3万元）用于建设农村生活污水处理系统。本项目建成后将使得生活污水经处理后能达标排放，居民的生活环境也相应得到了改善。

1.2 弄洞村人口及生活污水的来源综合分析

弄洞村全屯共81户316人。村屯产生的生活污水主要来源于当地居民家庭、日常生活所排放的盥洗水、厨房污水等，也有群众圈养产生的少量养殖废水。

1.3 弄洞村生活污水处理存在的问题

1.3.1村屯居民环保意识较低

弄洞村地处扶绥县岜盆乡北部，居民生活水平普遍偏低，人们对环境质量要求不高，环保意识较低。当地工资水平较低，专业人才大多不甘于在乡镇工作，尤其是从事污水处理的工作。因此难于吸引专业的管理人员来管理、运行、维护将建成的生活污水处理设施。

1.3.2生活污水运行维护机制未得到落实

项目建成后将移交给岜盆乡人们政府，但乡政府没有相应的费用来支撑生活污水处理设施的运行维护及管理，设施无法正常运行，使其发挥出处理生活污水应起到的效果。

2 弄洞村生活污水处理设施建设及处理工艺选择原则

2.1 建设规模及建设内容

建设规模：弄洞村共有81户，316人，结合弄洞村实际情况，人均每天用水量取值160L， 则广西崇左市扶绥县弄洞村生活总用水量：316×160 L/人・日=50m3/d，农村生活污水排放量按用水定额的80%计算，则污水排放量为：50×80%=40m3/d；考虑远期发展并保证系统正常运行，在该村建立一套处理规模为50 m3/d的生活污水处理系统一座。

建设内容：1、建设一套高效厌氧处理池系统，使全村的生活污水处理量超过60%，处理后水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》规定的一级B标准。2、该套处理系统设施包括建设隔油沉淀池、高效厌氧虑池各一座，电控房一间，景观桥30米，将原有旧塘改造为太阳能充氧曝气池一座，人工浮岛100m2，不锈钢护栏170米，格栅井、检查井一批。

2.2 处理工艺选择原则

2.2.1 污水处理的方法

污水处理是指采用物理、生物、及化学的方法对工业废水和生活污水进行处理以分离水中的固体污染物并降低水中的有机污染物和富营养物（主要为氮、磷化合物），从而减轻污水对环境的污染。目前，农村生活污水处理方法主要有格式化粪池、沼气净化池、生物接触氧化技术、人工湿地、土地渗滤、稳定塘、生态沟（渠）、及其他处理设施（主要包括膜生物反应器（MBR）、小型净化槽等生化技术处理系统）等。这些污水处理方法的适用条件、处理特点和效果均不同【2】。

（1）格式化粪池是一种利用沉淀和厌氧微生物发酵原理，以去除粪便污水或其他生活污水中悬浮物、有机物和病原微生物为主要目的的污水初级处理设施。根据建筑材料和结构的不同可分为砖砌化粪池、现浇钢筋混凝土化粪池、预制钢筋混凝土化粪池、玻璃钢化粪池等。根据池子形状可以分为矩形化粪池和圆形化粪池。根据池子格数可以分为单格化粪池、两格化粪池、三格化粪池和四格化粪池等。格式化粪池的优缺点分别为如下，优点：结构简单、易施工，造价低，无能耗，运行费用少，卫生效果好，维护管理简便等；缺点：沉积污泥多，需定期进行清理；综合效益不高；污水易渗漏；处理效果有限，出水一般不能直接排放入水体。格式化粪池的适用范围：单一的三格化粪池可广泛应用于农村生活污水的初级处理，特别适用于厕所污水（黑水）的预处理，三格化粪池与人工湿地组合的四格式净化池可用于农村单户型分散式生活污水处理。

（2）沼气池是采用厌氧发酵技术，在厌氧条件下将生活污水中的有机物分解转化为可利用的沼气能源和沼液、沼渣资源，达到净化生活污水的目的。沼气池作为污水资源化单元和预处理单元，其副产品沼渣和沼液可回用到农业生产中，或后接污水处理单元进一步处理。沼气池优点：沼气池相比较化粪池，污泥减量效果明显，有机物降解率较高，处理效果好，可以有效利用沼气。缺点：沼气池处理污水效果有限，出水水质差，一般不能直接排放；与化粪池比较，管理较为复杂。沼气池适用范围：可应用于一家一户或联户农村生活污水的初级处理。

（3）生物接触氧化技术生物接触氧化技术是生物膜法的一种，是由浸没在污水中的填料和曝气系统构成的污水处理方法。生物接触氧化池中污水浸没填料，通过曝气，使氧气、污水和填料三相充分接触，填料上附着生长的生物膜可有效去除污水中的悬浮物、有机物、氨氮和总氮等污染物。

根据污水处理流程，生物接触氧化池可分为一级接触氧化、二级接触氧化和多级接触氧化；根据曝气装置位置的不同，可分为分流式和直流式；按水流特征，又可分为内循环和外循环式。生物接触氧化技术优点在于结构简单，占地面积小；污泥产量少，无污泥回流；生物膜内微生物量稳定，生物相丰富，对水质、水量波动的适应性强；操作简便；对污染物去除效果好。缺点为：加入生物填料导致建设费用增高；可调控性差。

适用范围：适用于有一定经济承受能力，处理规模为单户、多户污水处理设施或村落污水处理站。

（4）人工湿地是一种依据土地处理及水生植物处理污水的原理，利用沙子、砾石和其他具有强吸附能力的土壤矿物等填料，通过人工设计按一定厚度比例构成基质床，同时种植具有生物量大、吸收能力强的植物，从而构成一个具有类似自然湿地性质的生态型污水处理系统，主要由基质、水生植物和微生物三部分组成。污水通过控制地投配到基质床，利用自然填料、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用和生态效应，从而达到净化生活污水的目的。优点：投资费用省，运行费用低，维护管理简便，水生植物可以美化环境、增加生物多样性的作用。缺点：污染负荷低，占地面积大，设计不当容易堵塞，处理效果受季节影响，容易产生臭味。

适用范围：适用于资金短缺，土地丰富，拥有废弃洼地、地坑及河道等自然条件，常年气温适宜的农村地区。

（5）土地渗滤是利用土壤中栖息的动物、微生物、植物根系以及土壤所具有的物理、化学特性将污水净化的小型土地处理系统。

根据污水的投配方式及处理过程的不同，土地渗滤可以分为慢速渗滤、快速渗滤、地表漫流和地下渗滤系统等四种类型。优点：处理效果较好，投资费用省，运行费用很低，维护管理简便，无臭气、蚊蝇等卫生问题。缺点：污染负荷低，占地面积大。

适用范围：适合资金短缺、土地面积相对丰富的农村地区，与农业或生态用水相结合，不仅可以治理农村水污染、美化环境，而且可以节约水资源。

（6）稳定塘是将经过人工改造的具有污水处理能力的自然池塘，是一种结构简单、投资成本低、能耗低、维护简便，利用水体自净能力处理污水的生物处理系统。污水在塘内经过较长时间的停留、贮存、通过微生物的代谢活动，菌藻互相作用或菌藻、水生生物的综合作用使有机污染物和其他污染物得到降解和去除。

造价及维护：氧化塘一般在地势低洼的地方修建，也可对农村原有的蓄水塘进行改建，在施工中需注意防渗处理和暴雨径流导流明渠建设。主要运行管理以曝气费用和生物管理（如植物收割、藻类抑制等）为主。

适用特征：具备天然塘体的农村，低浓度生活污水处理，适用人口根据塘的面积确定，好氧塘为2～4人/m2，兼性塘6～8人/m2，生态塘为4～6人/m2。

（7）植物生态沟（渠）是利用污水收集过程中，明沟植物与沟渠形成的生态系统，以植物（一般选择石菖蒲、香蒲、再力花等当地水生植物）和微生物生命活动消纳污水的技术。生态沟（渠）由工程部分（梯形剖面）和植物部分组成，沟壁具有一定坡度，沟体较深，沟体内相隔一定距离设置拦截箱以减缓水速、延长水力停留时间，沟壁和拦截箱均种植本土筛选的植物，从而达到去除污染物的目的。

适用特征：一些土地紧缺、具有较长沟渠的农村地区生活污水处理。适用于有排水条件的灰水处理，造价以水泥预制板和土方工程为主，维护费用主要为植物种植和收割。

（8）膜生物反应器（MBR）处理技术是基于膜分离材料的污水处理新技术，将膜分离技术与传统污水处理工艺有机结合，适用于城市污水、高浓度产业废水等的处理，可直接将污水处理到一级A标准，具有高效性、稳定性、高处理负荷、占地面积小等特点。

（9）地埋式净化槽技术的原理是物理处理和生化处理相结合，利用微生物分解、物理沉淀和化学絮凝反应，通过二步厌氧和一步好氧生物滤床降解污水的一种高效生物反应器。小型净化槽具有很好的处理性能，净化出水可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》 （GB18918-2002）一级B标准，其中BOD去除率在90%以上。主要技术优点在于节省动力、管理操作简便、以及高效脱氮除磷等，运行较稳定且无需专人管理。适用于土地资源紧张，居民聚集度高，经济条件较好的村庄。

2.2.2 选择弄洞村生活污水处理工艺的原则

由于我区目前农村经济发展极不平衡，大部分农村地区经济基础薄弱，缺少资金和专业技术管理人员，且村民居住分散，收集污水比较困难。选择适合当地的农村污水处理技术是保证处理设施能够持续稳定运行达到预期处理效果的前提。所以项目的项目的处理技术选择应遵循“因地制宜、接管优先、分类处置、资源利用、经济适用、循序渐进”的原则。工艺成熟先进、可靠，在有效处理生活污水的基础上，增加视觉感官效果，减少设备成本，增加运行维护管理配套设施，增设关键可靠的工况，适应弄洞村生活污水成份及污水量的变化，满足环保要求。

根据以上原则，对弄洞村目前的具体情况分析，考虑到当前弄洞村生活污水产生的状况及排放现状，为最大限度地实现弄洞村农村生活污水治理水平，改善居民生活条件，实现村屯风貌新变化，可考虑采用生物接触氧化技术工艺对弄洞村农村生活污水进行处理。

生物接触氧化技术是生物膜法的一种，是由浸没在污水中的填料和曝气系统构成的污水处理方法。生物接触氧化池中污水浸没填料，通过曝气，使氧气、污水和填料三相充分接触，填料上附着生长的生物膜可有效去除污水中的悬浮物、有机物、氨氮和总氮等污染物。

根据污水处理流程，生物接触氧化池可分为一级接触氧化、二级接触氧化和多级接触氧化；根据曝气装置位置的不同，可分为分流式和直流式；按水流特征，又可分为内循环和外循环式。生物接触氧化技术优点在于结构简单，占地面积小；污泥产量少，无污泥回流；生物膜内微生物量稳定，生物相丰富，对水质、水量波动的适应性强；操作简便；对污染物去除效果好。缺点为：加入生物填料导致建设费用增高；可调控性差。

适用范围：适用于有一定经济承受能力，处理规模为单户、多户污水处理设施或村落污水处理站。

2.2.2 弄洞村生活污水处理工艺技术

2.2.2.1 技术方案的确定

基于弄洞村生活污水处理项目选择生物接触氧化技术工艺原则，项目污水处理工艺技术采用“厌氧滤池+人工浮岛”工艺处理。

2.2.2.2 技术特点

“厌氧滤池+人工浮岛”工艺处理适合分散、集中式处理形式。人工浮岛景观优美，处理效果高、造价低，动力消耗极低，管理简单。

2.2.2.3 工艺流程及工艺说明

（1）工艺流程

弄洞村生活污水经过收集后，自流进入污水处理系统格栅井，进入隔油沉淀池，而后进入高效厌氧滤池处理，再经过太阳能充氧曝气池及人工景观浮岛处理后达标排放，具体流程如下：

生活污水（盥洗、厨房污水）经污水管网收集汇入污水管沟后，经格栅隔除杂物进入隔油沉淀池，再通过自流方式进入高效厌氧滤池，利用厌氧微生物在无氧或缺氧环境中将污水中淀粉、纤维素、油脂、蛋白质等转化为低分子有机物，污水经厌氧处理后流至人工浮岛景观池净化处理，主要通过浮岛植物根系吸收分解污水中有机污染物，并且利用太阳能发电给景观表曝机等设备供电能进一步净化水中有机物，最后出水达标排放。

该生活污水处理系统采用重力自流，只需要兼职人员定期清理格栅截留的垃圾、隔油沉淀池的沉渣和油污，按季节种植湿地植物并进行简单地护理，避免采用其它处理系统后期运行带来的高运行费用及管理问题，适合农村地区财力状况薄弱、农民实际承受能力低的情况。

（2）工艺流程简述

生活废水在进入高效厌氧滤池，首先经过格栅将污水中粗大漂浮物有效截留，再经过隔油沉淀池后进入高效厌氧滤池，经厌氧菌作用，水中的大部分有机物质被充分分解；厌氧池出水通过自流，进入太阳能充氧曝气池，通过好氧菌好氧作用，进一步净化水质；再接着通过人工景观浮岛植物的根系吸附和吸收水中的氮、磷等物质，可以降低水体化学需氧量（COD）、总氮（TN）、总磷（TP）的含量。最后出水可直接用来灌溉田地。

2.2.2.4 工艺系统各处理单元功能描述

（1）格栅

格栅的主要作用是将污水中的粗大污物拦截，以免其对后续处理单元的设备和管道造成损害，避免堵塞。本工艺采用粗格栅1道，去除大尺寸、较粗大的呈漂浮或悬浮状态的固体污染物。

（2）隔油沉淀池

生活污水中常含有少量的油污，一般采用隔油沉淀池作预处理。隔油沉淀池的基本原理是采用重力和浮力，比重较大的颗粒物沉至池底，轻组分浮至水面，从而去除污染物质。

（3）高效厌氧滤池

高效厌氧滤池是一种高效的污水厌氧生物方法，它主要是通过微生物在厌氧条件下将废水中的有机污染物水解、酸化并最终转化成气态物质从水中去除。生活污水中的有机污染物主要为多糖、蛋白质、脂类等大分子有机物，一般他们要通过水解作用分解成单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油等小分子有机物才能够被生物降解。而在厌氧条件下水解产生的小分子有机物还要经过酸化过程和产甲烷过程被转化成甲烷气体才能够将废水中CODcr和BOD5得以去除。厌氧池是目前国内外在生活污水处理中应用最为成功的一种厌氧生物反应器，利用微生物的降解作用将污染物彻底分解成为气态物质从水中去除掉。经过厌氧池处理以后的生活污水BOD5和CODcr的去除效率分别可达到70%和60%以上。

（4）人工浮岛

①人工浮岛生态污水修复机理

人工浮岛是一种长有水生植物和陆生植物、可为野生生物提供生境的漂浮岛，主要由浮岛基质、植物和固定系统组成。在水中设置人工浮岛，浮岛上植物根系能够吸附和吸收水中的氮、磷等物质，贮存在植物细胞中，可以降低水体化学需氧量（COD）、总氮（TN）、总磷（TP）及重金属含量。同时，浮岛上植物根系拥有巨大的表面积，为水中微生物生长提供良好的载体，起到“生物膜载体”的作用。人工浮岛具有不同的形状、构造及植物类型，这会吸引野生动物如昆虫、蝶类、鸟类、两栖动物等在此栖息，从而增加物种多样性，加快生态修复进程。

②浮岛水生植物

包括湿生植物、挺水植物、浮叶植物、沉水植物、漂浮植物五种类型。其中湿生植物、挺水植物、浮叶植物及漂浮植物在富营养化条件下其生产力可以超过陆生植物。利用水生植物富集N、P 是治理、调节和抑制水环境富营养化的有效途径之一。

生物浮岛水生植物选择原则：选择的植物应为适宜水系水质条件生长的多年生水生植物；以耐污抗污、且具有较强的治污净化潜能的植物为主；根系发达、根茎分蘖繁殖能力强，即个体分株快；植物生长快、生物量大；满足景观空间形态的需求，综合岸线景观和湖面倒影、水面植物进行适当的景观组织。

常用水生植物：植物的选择、种植密度及群落配置对净化效果有很重要的影响。一般选择种植：美人蕉、旱伞草、香蒲、菖蒲、千屈菜、粉绿狐尾藻、黄菖蒲等。

③生态浮岛的载体要求

目前，国内浮岛建设上形式各样。主要区别大都在浮岛载体上，良好的耐用的浮岛需要满足以下条件：结构具有足够的稳定性，防止被风浪吹走或是单元之间的碰撞；经久耐用，需要抗老化、无污染，耐腐蚀；经济性，达到设计效果的同时减少投资成本；可扩展，便于运输易于拼接，可自由组合。

2.2.2 .3 出水标准

处理前废水的PH范围为6.08-6.10，SS为228mg/L，CODcr为270mg/L，BOD5 为123mg/L，氨氮为8.57mg/L，总磷为6.60mg/L；处理后PH范围为7.61-7.82，SS为18 mg/L，CODcr为35mg/L，BOD5 为7mg/L，氨氮为0.448mg/L，总磷为0.34 mg/L，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标，即PH为6-9， SS≤20mg/L，COD≤60 mg/L，BOD5≤20，氨氮≤8，总磷≤1。

3 试运行情况

废水处理设施项目建成后运行正常，进过高效厌氧滤池和太阳能曝气充氧池，人工浮岛植物处理后，可达到国家规定的排放标准，达到初步设计中的预期效果。运行过程中未出现“跑、冒、滴、漏”现象，进、出水正常，各处理单元发挥各自的功效，污染物去除效果显著，经过委托具有相关环保监测资质单位对污水处理系统处理后的水质进行采样监测，结果显示，本项目生活污水经处理后，各项检测因子指标符合（GB18918-2002）《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级B标。

4 效益分析

4.1.环境效益

弄洞村全屯共81户316人，2010年3月确定为市、县两级城乡风貌改造示范点。以此为契机，乡、村积极响应政府号召，深入开展环境综合整治等风貌改造工作，致力于把该村建设成为广西生态文化旅游第一村，广西崇左市扶绥县岜盆乡弄洞村农村生活污水处理项目建成后，年处理污水1.46万吨，可完全处理由弄洞村排放的农村生活污水，本工程采用“高效厌氧滤池-太阳能充氧曝气-人工浮岛”处理工艺，出水PH、SS、COD、BOD5 、氨氮、总磷等各项指标均可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级B标准，按照处理40m3/d计算，COD产生量为3.94吨/年，排放量为0.51吨/年，消减量为3.7吨/年，消减率为87.03%，氨氮产生量为0.125吨/年，排放量为0.065吨/年，消减量为0.06吨/年，消减率为94.8%。

4.2.社会效益

通过设施扶绥县弄洞村生活污水处理项目工程，将极大地改善村庄环境状况，提高农民生活质量，同时缩小城乡差距，并有助于促进农民传统生产、生活方式及价值观念转型，引导一种健康、文明的生产、生活消费方式，逐步提高农村居民的素养，增加环保意识，构建和谐文明的新农村。

5 建议

5.1 成立必要的机构、部门，采取必要的措施，解决今后污水处理设施运行维护管理的经费问题。

5.2 培养生活污水系统运行维护管理人才，加强管理人员培训工作，增强设备维护人员的技术水平，提高管理人员的各项素质，使污水处理系统能够正常运行，有效的解决弄洞村生活污水污染问题。

5.3 当地政府应充分重视污水处理设施的运行维护管理问题，落实相应的资金、配备在污水处理运行方面有丰富经验、技术熟练的人才，切实落实污水处理设施运行维护管理工作，充分发挥设施的社会效益和环境效益。

6 结论

目前农村生活污水来源分散、不易收集、成分复杂（存在着雨水、居民生活污水、养殖废水等），尚难找到最佳的处理技术工艺，需要更进一步的考察、论证和研究。此外，需要当地政府加大重视，培养专业技术人才，加大宣传力度，建立运行维护管理机制，切实落实项目的运行维护管理。

参考文献

【1】 关于下达2011年农村环境连片整治示范资金预算的通知；桂财建[2011]293号；

【2】 广西农村生活污水处理技术指南；