農(nóng)村生活污水一體化處理設(shè)備概述

在我國，農(nóng)村污水處理率很低，絕大部分生活污水不經(jīng)處理直接排放，是引起湖庫富營化的重要原因。

城市污水集中處理技術(shù)，因能耗高和管理維護要求高而成為農(nóng)村地區(qū)推廣應(yīng)用的制約因素。因此，低耗的污水處理技術(shù)，是當(dāng)今污水分散處理技術(shù)的研究熱點。

本文采用光伏電板與直流氣泵直接連接，用于污水厭氧處理設(shè)施的改進，氣泵同時曝氣和回流，實現(xiàn)系統(tǒng)簡化。通過光伏A/O池和厭氧池的生活污水處理效果的比較，同時對實際工程進行能效分析，考察光伏技術(shù)在農(nóng)村生活污水處理中的適用性。

1．2 工程試驗

在云南省大理市銀橋鎮(zhèn)西城尾村污水處理設(shè)施的厭氧池加裝光伏曝氣系統(tǒng)，對光伏曝氣系統(tǒng)的能效進行分析。

西城尾村污水處理設(shè)施于2010年6月建成并投入運行，工藝流程為：隔油池-厭氧池-土壤凈化槽，設(shè)計處理能力為60m3/d。2011年5月在西城尾污水處理設(shè)施厭氧池（有效容積60m3，HRT24h）上加裝光伏曝氣系統(tǒng)，將其改造成光伏A/O池。通過能效分析，考察光伏曝氣的適用性。

2．1 氮去除效果

中試裝置進出水氮濃度的變化如圖2～圖4所示。在運行期內(nèi)，厭氧池和光伏A/O池對NH3-N的平均去除率分別為6．4％和29．2％。厭氧池對NH3-N的去除效果不穩(wěn)定。在前100d的運行期內(nèi)，光伏A/O池對NH3-N的平均去除率為21．5％，出水NO3--N較低，但隨后NH3-N去除率明顯上升，平均為52．2％，zui高為77．0％，出水NO3--N顯著升高，此時可認為光伏A/O池啟動成功。

污水處理池中較常見的硝化細菌為亞硝化單胞菌（Nitrosomonas），在生長條件下，其世代周期為8h。光伏曝氣系統(tǒng)只在白天天晴時工作，一天中池內(nèi)DO波動較大，停曝約1h后池內(nèi)DO即被耗盡，與間歇曝氣類似，但由于曝氣時間短（晴天≤9h/d），停曝時間長（≥15h/d），又具有與常規(guī)間歇曝氣工藝不同的特征。在停曝階段，反應(yīng)池長時間處于（≥14h）缺氧甚至厭氧狀態(tài)，在此狀態(tài)下氨氧化細菌生長受到抑制。由圖2和圖4可以看出，光伏A/O池發(fā)生了明顯的氨氧化作用，由此推測，在光伏A/O池中可能存在具有高O2親和力的氨氧化古生菌，能夠適應(yīng)較長時間的缺氧環(huán)境同時與異養(yǎng)菌競爭O2，通過氨氧化獲得能量，實現(xiàn)增殖。

厭氧池主要通過吸附、沉淀、微生物同化作用等去除污水中的TN。啟動成功后，光伏A/O池通過硝化反硝化作用將污水中還原態(tài)NH3-N轉(zhuǎn)化成N2，實現(xiàn)脫氮的目的，故其對TN的去除率明顯高于厭氧池。

2．2 磷去除效果

中試裝置進出水磷的變化如圖5和圖6所示。在整個運行期內(nèi)，厭氧池和光伏A/O池對SRP的平均去除率分別為46．0％和66．3％，對TP的平均去除率為39．3％和66．2％。

2．3 COD去除效果

中試裝置進出水COD的變化如圖7所示。在整個運行期內(nèi)，厭氧池和光伏A/O池對COD的平均去除率分別為64．2％和79．1％，厭氧池和光伏A/O池出水COD平均濃度分別為62．95mg/L和38．67mg/L。厭氧池去除率隨進水濃度變化波動較大，而光伏A/O池的去除率相對穩(wěn)定，說明光伏曝氣接觸A/O池抗COD沖擊負荷能力強。

2．4 工程能效分析

大理市年均降雨量1 078．9mm，冬干夏雨，冬半年（11月至次年4月）干季雨量僅占全年降雨量的5％～15％，夏半年（5～10月）雨季降雨量占全年的85％～95％，年均日照時數(shù)2 276．6h，年均晴天數(shù)230天，太陽能資源豐富。

西城尾村污水處理設(shè)施設(shè)計處理量為60m3/d，于2010年6月建成并投入運行，2011年5月在其厭氧池加裝光伏曝氣系統(tǒng)，將厭氧池改造成光伏A/O池。選用150W單晶（12VDC）光伏電板和120W直流氣泵（12VDC，120L/min），氣水比取8∶1，無蓄電池，直流氣泵直接連接光伏電板。晴天曝氣系統(tǒng)正常工作時間一般可達7～9h，陰雨時停止工作。

氣泵數(shù)量為8臺，光伏電板總功率為1 200W。目前（2012年2月）市場光伏電板（單晶硅）價格為8元/W，系統(tǒng)光伏電板購置費計9 600元（1 200W×8元/W）。在相同的時間和曝氣量下，以當(dāng)?shù)赜秒娰M用1元/kW·h，常規(guī)曝氣系統(tǒng)年電費為1 987．2元（0．12kW×8臺×9h×230d）。

光伏曝氣系統(tǒng)和常規(guī)曝氣系統(tǒng)相比，只增加光伏電板的購置成本（直流泵和交流泵的購置成本相當(dāng)），而無運行電費。若按2012年2月的成本計算，光伏曝氣系統(tǒng)使用4．8年后，其購置成本便可抵消常規(guī)曝氣系統(tǒng)電費（光伏電板壽命為10～15年）。隨著技術(shù)的進步，光伏電板成本還會進一步降低，故光伏曝氣代替常規(guī)曝氣應(yīng)用于中小型農(nóng)村污水處理，在技術(shù)上和經(jīng)濟上都具有廣闊的發(fā)展前景，尤其是在太陽能資源豐富的地區(qū)。

目前，西城尾村光伏曝氣系統(tǒng)已正常運行10個月，但在光照較強的條件下，直流氣泵會出現(xiàn)過載現(xiàn)象，可考慮加裝直流穩(wěn)壓器實現(xiàn)直流氣泵的穩(wěn)定運行。

3 結(jié)論

（1）將光伏電板與直流氣泵直接連接，氣泵同時實現(xiàn)曝氣和回流，大大降低了光伏曝氣系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)量和建設(shè)成本。

（2）光伏A/O池在運行約100d后，完成自啟動，對氨氮的zui高去除率達到77．0％，系統(tǒng)中可能存在具有高O2親和力的氨氧化古生菌。

（3）兩套中試裝置對磷的去除有一定的特異性，可能是通過鍍鋅鐵皮腐蝕形成的Fe（Ⅲ）氫氧化物和非晶態(tài)亞鐵化合物的吸附除磷。

（4）通過對實際工程改造后的能效分析，光伏曝氣代替常規(guī)曝氣應(yīng)用于中小型農(nóng)村污水處理設(shè)施上具有廣闊的發(fā)展前景，但在光伏間歇曝氣條件下的脫氮機理仍需進一步研究。