近日，污水处理与资源化创新团队在农村污水处理方面的研究取得新进展，相关成果以Rural sewage discharge characteristics and case study on optimal operation of rural sewage treatment plant in Shaanxi China为题发表于环境科学与工程领域著名期刊 Chemical Engineering Journal（IF=16.744）。金鹏康教授为论文通讯作者，博士荣懿为论文第一作者。该项研究得到了国家自然科学基金的资助。

陕西省农村污水排放特征及农村污水处理厂优化运行案例研究

题目：Rural sewage discharge characteristics and case study on optimal operation of rural sewage treatment plant in Shaanxi China

期刊：Chemical Engineering Journal

IF：16.744

发表时间：2022年10月

通讯作者：金鹏康 教授

第一作者：荣懿 博士

文章创新点

• 调查研究了陕西省农村污水排放特性；

• 研究了农村污水非连续流排放对A²/O工艺的影响；

• 提出了溶氧调控优化运行策略；

• 在A²/O工艺中实现了基于短程硝化和反硝化除磷的深度脱氮除磷；

• 在某镇级A²/O污水处理厂中实现了降耗增效。

图文摘要

文章简介

农村污水治理已成为我国当前水环境治理的重要任务，也是水体水质改善的关键。自我国2017年提出乡村振兴计划以来，为了加速农村污水处理厂站的建设节奏，以套用城市污水处理厂建设模式铺建了大批A²/O村镇污水处理厂站。然而，由于农村与城市生活污水排放的差异性，致使这些村镇污水处理厂站难以长期高效、稳定的运行。为解决上述问题，本研究对陕西省已建村镇污水处理厂站开展了长期实地调查研究，结果表明，村镇污水非连续流现象显著，污水断流时长变化区间为4~20 h/d，是影响农村污水处理设施稳定运行的重要因素。陕北、关中较陕南地区污水水质浓度普遍偏高，但均存在碳源含量低的 (BOD₅/TN=2.23-2.51、BOD₅/TP=18.09-18.60)显著特征。结合调研结果，提出陕西省污水处理厂(站)设计进水水质建议值如下：COD=100-213 mg/L、BOD₅=38-86 mg/L、NH₄⁺-N=19-35 mg/L、TN=24-39 mg/L、TP=2-4 mg/L、SS=150-323 mg/L。

研究了污水非连续流运行(断流10 h/d)对以A²/O工艺为代表的活性污泥处理系统的影响。结果表明，在污水断流期间，硝化细菌的活性会受到严重抑制，从而使系统处于富氧运行状态。在富氧运行和碳源匮乏的双重作用下，反硝化细菌和聚磷菌的活性将进一步受到抑制，最终致使系统崩溃。基于以上作用机制，提出了包括共培养、筛选和稳定运行三阶段的溶氧调控优化运行策略。在T_曝:T_停=5:5 h和DO=2.0-3.0 mg/L的运行模式下，氨氧化菌、亚硝氮氧化菌和聚磷菌均可实现富集；在随后逐渐将DO浓度降低到0.5-1.0 mg/L的过程中，实现了氨氧化菌(Nitrosomonas和Nitrosospira，总相对丰度为2.43%)和聚磷菌(Dechloromonas 和 Tetrasphaera，总相对丰度为1.91%)的富集，亚硝氮氧化菌(Nitrobacter, Devosia 和 Nitrospira，总相对丰度为1.61%)的淘洗。系统中功能菌的演替促进了短程硝化和反硝化除磷现象的发生(亚硝酸盐积累率=46.56±6.88%，反硝化除磷率=43.15±3.54%)，从而实现了深度脱氮除磷。

将优化运行策略应用于某典型镇级污水处理厂。结果表明，该厂的NH₄⁺-N、TN和TP的去除率分别由原来的85.85±1.31%、59.77±2.86%和23.91±1.77%提高到优化运行阶段的94.17±2.02%、65.32±4.75%和61.05±2.34%；此外，每年可节省运营成本11.86万元，降耗增效效果显著。本研究表明，在农村污水非连续流排放和碳源不足的进水条件下，通过优化运行操作，A²/O污水处理厂站可以实现深度脱氮除磷，为提高现有农村污水处理厂站的运行效率和经济效益提供实际的参考价值。

图1 陕北、关中和陕南农村污水水质特征

图2 陕北、关中和陕南农村污水处理厂（站）断流时长

图3 各阶段污染物的去除性能

图4 传统运行模式（A）和优化运行模式（B）下A²/O系统内N类污染物的沿程变化规律

图5 传统运行模式(A)和优化运行模式(B)下A²/O系统内PO₄^3--P、NO_x-N和PHB的沿程变化规律

图6 典型镇级污水处理厂各阶段污染物去除效率

图7 典型镇级污水处理厂C、N和P的衡量计算

图8 典型镇级污水处理厂电耗及添加剂成本

原文信息

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.139853