近年來，我國農(nóng)村和鄉(xiāng)鎮(zhèn)面臨的環(huán)境污染問題日益突出，村鎮(zhèn)污水處理率較低的問題備受關注。目前村鎮(zhèn)污水廠的進水有機物濃度較低，出水水質(zhì)難以穩(wěn)定達標。為此，詳細闡述了村鎮(zhèn)污水廠的低濃度生活污水現(xiàn)象，分析了低濃度生活污水現(xiàn)象的成因及其危害，并建議按照如下3種情況分別處理：

1)采取系列措施預防低濃度生活污水現(xiàn)象的出現(xiàn)；2)將現(xiàn)有傳統(tǒng)活性污泥法工藝改造成MBBR工藝；3)對于尚未建成污水處理廠的地區(qū)，建議考慮SBR、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化、曝氣生物濾池等工藝。

2014年以來，國務院先后印發(fā)了《國務院辦公廳關于改善農(nóng)村人居環(huán)境的指導意見》(國發(fā)〔2014〕25號)、《國務院關于深入推進新型城鎮(zhèn)化建設的若干意見》(國發(fā)〔2016〕8號)，以及《國務院辦公廳關于創(chuàng)新農(nóng)村基礎設施投融資體制機制的指導意見》(國辦發(fā)〔2017〕17號)、《農(nóng)村人居環(huán)境整治三年行動方案》，均明確指出加快農(nóng)村環(huán)境綜合整治，加強農(nóng)村污水收集處理設施建設。

在農(nóng)村和鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理設施建設不斷推進的同時，許多地方暴露出進水有機物濃度過低的問題，嚴重影響了污水處理設施正常運行效果，且并未得到研究人員的充分重視。為防止低濃度生活污水進一步影響污水處理廠(站)設計處理能力的正常發(fā)揮，本文就這一問題進行了探討，提出了相應的應對策略，對于低濃度村鎮(zhèn)生活污水的處理具有一定的指導意義。

1 低濃度生活污水現(xiàn)象

低濃度生活污水，主要是指污水處理廠(站)進水有機物濃度低于典型生活污水的有機物濃度，即ρ(COD)<250 mg/L、ρ(BOD5)<100 mg/L[1]。我國村鎮(zhèn)污水處理廠(站)、城市污水處理廠均存在低濃度生活污水的現(xiàn)象。

例如，張靜等[2]就巢湖流域內(nèi)19個已建成運行的村鎮(zhèn)污水廠進行調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，16個村鎮(zhèn)污水廠的進水ρ(COD)<100 mg/L；周曉莉等[3]監(jiān)測江蘇省20個村級生活污水處理設施1年后發(fā)現(xiàn)，進水ρ(COD)年平均值為154.6 mg/L，全年進水ρ(COD)<100 mg/L的樣本占總數(shù)的61.9%。

此外，1999年有文獻報道[4]南方多個城市污水處理廠的實際運行水質(zhì)遠低于設計值，為設計值的1/2～1/3；截至2014年末，湖南省已運行的138座城鎮(zhèn)污水處理廠中，90座污水廠的進水ρ(COD)<200 mg/L，25座進水ρ(BOD5)/ρ(COD)<0.3[5]。

邱鴻榮等[6]對廣東省60多座污水處理廠調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，40多座污水廠存在進水有機物濃度過低的現(xiàn)象，其中23座進水ρ(COD)<100 mg/L，10座污水廠進水ρ(COD)<60 mg/L；南昌中心城區(qū)5座污水處理廠投入運行后，也普遍存在實際進水水質(zhì)遠低于設計值、進水有機物濃度偏低(ρ(COD)<200 mg/L，ρ(BOD5)<100 mg/L)的現(xiàn)象[7]。

可見，低濃度生活污水問題存在已久，且一直沒有得到徹底解決，其嚴重阻礙了采用傳統(tǒng)活性污泥法的污水處理廠(站)設計處理能力的正常發(fā)揮。

1.1低濃度生活污水危害

對于采用傳統(tǒng)活性污泥法的污水處理廠(站)而言，低濃度生活污水的影響主要體現(xiàn)在以下3個方面：

1)低濃度生活污水會影響微生物的生長和繁殖。活性污泥長期處于饑餓狀態(tài)，將導致微生物的活性下降，甚至因微生物的內(nèi)源呼吸作用，反應器內(nèi)活性污泥出現(xiàn)負增長。2)低濃度生活污水會影響污水廠二級生物處理工藝的脫氮除磷效果。反硝化和生物除磷均需有機碳源，因低濃度生活污水中可被微生物利用的有機碳源較少，反硝化菌和聚磷菌對有機碳源的競爭更加激烈，往往導致出水TN和TP無法達標。解決出水TP超標的問題尚可通過輔助化學除磷的方式，但要實現(xiàn)出水TN達標不易，有時甚至也無法滿足排放標準。3)低濃度生活污水容易導致污泥膨脹。有機物濃度較低的條件下，菌膠團的生長速率低于絲狀菌的生長速率，此時傳統(tǒng)活性污泥法容易發(fā)生污泥膨脹，使出水水質(zhì)惡化[8]。

1.2低濃度生活污水成因

低濃度生活污水的成因是多方面的，可歸結(jié)為兩大類：1)有機污染物濃度較低的水進入污水管道，起到了一定的稀釋作用。2)本應通過污水管道進入污水廠(站)的污染物，被處理或截留在污水廠(站)外。

就第一大類而言：1)我國大部分村鎮(zhèn)地區(qū)的排水體制多采用合流制，雨污水管道混接的現(xiàn)象時常出現(xiàn)，致使村鎮(zhèn)污水廠(站)的進水有機物濃度也經(jīng)常出現(xiàn)過低的現(xiàn)象[4]。2)地下水的滲入，以及地表水的流入，均會在一定程度上稀釋管道內(nèi)有機物濃度[9]。3)隨著人民生活水平的提高，人均排水量大幅度增加，而這部分增加的排水量大都來自盥洗、洗滌和淋浴排水，進而引起污水廠進水有機物濃度的降低。

對于第二大類而言：1)化糞池的不合理設置也較大程度地影響了污水廠(站)的進水有機物濃度，主要是因為化糞池可去除糞尿混合物中近20%的BOD5[9]。2)因設計與施工質(zhì)量等諸多因素的影響，管道內(nèi)污水的流速偏低，甚至出現(xiàn)長期積水的問題，污水中無機物顆粒攜帶有機物沉積在管底，有機物濃度由此進一步下降。

2 低濃度生活污水處理應對策略

2.1預防低濃度生活污水出現(xiàn)

實踐過程中，應盡可能防止或減緩低濃度生活污水問題的出現(xiàn)，以避免因進水有機物濃度偏低導致額外的改造費用。1)完善排水體制，近期可采用截留式合流制過渡，遠期可逐步進行合流制改造，新建管道時應盡可能采用分流制，污水廠(站)的建設也應與排水管網(wǎng)同步[10]。2)嚴格把控排水管網(wǎng)的設計與施工質(zhì)量，加強排水管網(wǎng)建成后的日常維護，避免外源水的進入和有機物的沉積。3)加強居民的節(jié)水意識，積極研發(fā)并推廣新型節(jié)水設備。4)應推動建立科學的雨洪管理體系。5)慎重考慮在污水廠(站)納污范圍內(nèi)建造化糞池，但考慮到部分地區(qū)短期內(nèi)仍需化糞池發(fā)揮作用，應事先考察建設、拆除化糞池的必要性，改造現(xiàn)有化糞池，并逐步取消滲水或不合格的化糞池。

2.2現(xiàn)有傳統(tǒng)活性污泥法工藝的改造方案

對已建成運行并面臨低濃度生活污水問題的傳統(tǒng)活性污泥法污水廠(站)來說，可考慮對其進行升級改造。1)短期內(nèi)可提高活性污泥濃度，設置調(diào)節(jié)池以均化污水的水質(zhì)和水量。2)長期考慮，可在傳統(tǒng)曝氣池中投加填料，以提高硝化反硝化能力，可將傳統(tǒng)曝氣池改造成移動床生物膜(moving bed biofilm reactor, MBBR)工藝，該方法改造幅度小，也方便推廣。

將傳統(tǒng)曝氣池改造成MBBR工藝，在不延長水力停留時間的前提下延長生物固體在反應池內(nèi)的停留時間，提高污水的處理效果。例如，張興文等[11]采用MBBR工藝處理低濃度生活污水(ρ(COD)為60～80 mg/L)時，HRT為2.4h,的去除率分別達到70%、95%，出水水質(zhì)達到GB 50050—1995《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范》；賈磊等[12]在上海竹園污水廠應用MBBR工藝進行中試，當?shù)蜐舛壬钗鬯?COD)為185 mg/L，HRT為3.4 h時，的去除率分別達到77.8%、95.9%，出水

均可達到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》的一級B標準；馬建勇等[13]采用MBBR工藝處理低濃度生活污水(ρ(COD)為100 mg/L左右)時，HRT為1.9 h，COD去除率可達到85%，出水ρ(BOD5)<5 mg/L。雖然，污水廠(站)將傳統(tǒng)活性污泥法改造為MBBR工藝會增加污水廠(站)的維護難度，但這對已建成運行的污水廠(站)解決低濃度生活污水問題具有積極意義。

2.3尚未建成污水廠(站)地區(qū)的建設方案

就可能存在低濃度生活污水問題的村鎮(zhèn)地區(qū)而言，新建時應結(jié)合近、遠期水質(zhì)的變化選取二級生物處理工藝，優(yōu)先考慮采用SBR工藝或生物膜法，例如生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化、曝氣生物濾池等。

2.3.1SBR工藝

對于需要采用活性污泥法的村鎮(zhèn)污水廠(站)，不建議采用連續(xù)流活性污泥法，新建時可采用SBR工藝。與連續(xù)流工藝不同，SBR工藝采用時間序列控制，管理簡單，運行方法靈活，可以較好地調(diào)節(jié)因水量變化而導致的水質(zhì)波動。

例如，貴陽小河污水廠采用改造后的SBR處理低濃度城市污水(2005年ρ(COD)平均值為114 mg/L)時，出水水質(zhì)達到GB 18918—2002的一級B標準[14]；李小軍[15]采用SBR處理村鎮(zhèn)地區(qū)低濃度生活污水(ρ(COD)平均值為80 mg/L)時，出水ρ(COD)可維持在30 mg/L左右。

2.3.2生物轉(zhuǎn)盤

生物轉(zhuǎn)盤耐沖擊負荷能力較強的特點，使其在處理低濃度生活污水時具有較好的應用前景。例如，廣西某小城鎮(zhèn)采用生物轉(zhuǎn)盤工藝處理低濃度生活污水(ρ(COD)為118～152 mg/L)時，去除率分別為85.47%、84.48%、78.33%，出水水質(zhì)達到GB 18918—2002的一級B標準[16]；魏東洋等[17]采用生物轉(zhuǎn)盤工藝處理微污染河水時，COD和的平均去除率可分別達到84.37%和86.22%?？紤]到村鎮(zhèn)污水水量變化較大的特點，建議設置調(diào)節(jié)池以均化污水的水質(zhì)與水量。

南方地區(qū)某縣16座污水廠應用生物轉(zhuǎn)盤處理低濃度生活污水時，出水水質(zhì)均可達到GB 18918—2002的一級A標準，但TN去除率較低。該縣某鎮(zhèn)污水廠，2015年3月進水ρ(COD)平均值為210.3 mg/L，TN去除率僅為30%。如進水TN濃度提高，出水TN將難以達標[18]。

針對這一問題，霍鑫超等[19]提出將沉淀池的硝化液回流至生物轉(zhuǎn)盤，則出水TN可穩(wěn)定在20 mg/L以下。李莎等[20]采用外加碳源的方式，解決進水C/N過低導致生物轉(zhuǎn)盤反硝化不徹底的問題。

2.3.3生物接觸氧化

生物接觸氧化最初即在美國被應用于低濃度生活污水處理，目前也常被應用于我國村鎮(zhèn)污水處理。生物接觸氧化法投資低，啟動和日常運行管理簡單，處理效率較高，較活性污泥法更耐沖擊，對于解決當前我國村鎮(zhèn)污水處理資金和人員不足的問題也具有一定積極意義。

吉祝美等[21]以跌水曝氣接觸氧化法為主處理農(nóng)村低濃度生活污水(ρ(COD)為90～220 mg/L)時，出水COD、TN、TP濃度分別低于70，5，0.1 mg/L；趙賢慧[22]采用生物接觸氧化處理低濃度城市污水(ρ(COD)為90～230 mg/L)時，COD、BOD5、的平均去除率分別為77.6%、80.9%、67.4%。

2.3.4曝氣生物濾池

曝氣生物濾池在運行過程中同時具備高負荷生物濾池和普通快濾池的運行特性，對進水COD和SS濃度的要求較為嚴格，適用于低濃度生活污水的處理[23]。王立立等[24]采用曝氣生物濾池處理校園低濃度生活污水,進水ρ(COD)為65.4～161.5 mg/L時，出水分別為3.4，6.94 mg/L；田文華等[25]采用曝氣生物濾池處理電廠的低濃度生活污水，進水ρ(COD)為48～172 mg/L時，出水分別為3.2，14.5，0.5 mg/L，滿足GB 50050—1995水質(zhì)標準；錢靚[26]采用曝氣生物濾池處理上海低濃度生活污水，進水ρ(COD)為155.8～234 mg/L時，的去除率分別為84.2%、90%、90%。

此外，向連城等[27]分別采用曝氣生物濾池和生物接觸氧化處理深圳甘坑河水(ρ(COD)為50～150 mg/L)的結(jié)果表明，與生物接觸氧化相比，曝氣生物濾池同時具有過濾功能，出水SS濃度較低，而且受冬季低溫影響，傳統(tǒng)活性污泥法的處理效果較差，而曝氣生物濾池受低溫的影響較小。

另外，如前所述，在村鎮(zhèn)污水處理中，TN和TP可能會因水質(zhì)、水量的波動而無法達標，甚至有時都無法達標。硝化效果較好的曝氣生物濾池可徹底解決這一問題，其可通過調(diào)節(jié)曝氣量來保證出水達標，但污水廠(站)的能耗也由此會偏高。

綜上所述，為污水廠能夠正常發(fā)揮設計的處理能力，合理選擇污水處理工藝至關重要，同時必須考慮到村鎮(zhèn)污水廠(站)所要求達到的排放標準，應以實際水質(zhì)為基礎。目前，大部分村鎮(zhèn)污水廠(站)的排放標準執(zhí)行GB 18918—2002中的一級A或一級B標準[28-29]，對于村鎮(zhèn)污水廠(站)來說難度較大，這對上述工藝的達標運行提出了挑戰(zhàn)。因此，建議在未來修訂村鎮(zhèn)生活污水排放標準時，應充分考慮村鎮(zhèn)污水的實際情況，適當放寬排放標準，以利于村鎮(zhèn)污水處理事業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

3 結(jié)束語

1)低濃度生活污水的成因是多方面的，主要有排水體制的不完善、化糞池的不合理設置、管道內(nèi)沉積、外源水的進入等，為保障污水處理廠的穩(wěn)定運行，應盡可能避免低濃度生活污水現(xiàn)象。

2)建議村鎮(zhèn)污水處理廠(站)采用MBBR等工藝改造現(xiàn)行的傳統(tǒng)活性污泥工藝，以提高其應對低濃度生活污水沖擊負荷的能力。

3)對于可能存在低濃度生活污水問題的村鎮(zhèn)地區(qū)，建議新建污水廠(站)時采用SBR工藝或生物膜法，例如生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化、曝氣生物濾池等。此外，曝氣生物濾池對村鎮(zhèn)低濃度生活污水具有良好的適應性，建議予以重點研究和應用。