2014 年以来，国务院先后印发了《国务院办公厅关于改善农村人居环境的指导意见》( 国发〔2014〕25号) 、《国务院关于深入推进新型城镇化建设的若干意见》( 国发〔2016〕8 号) ，以及《国务院办公厅关于 创新农村基础设施投融资体制机制的指导意见》( 国办发〔2017〕17 号) 、《农村人居环境整治三年行动方案》，均明确指出加快农村环境综合整治，加强农村污水收集处理设施建设。在农村和乡镇污水处理设施建设不断推进的同时，许多地方暴露出进水有机物浓度过低的问题，严重影响了污水处理设施正常运行效果，且并未得到研究人员的充分重视。为防止低浓度生活污水进一步影响污水处理厂( 站) 设计处理能力的正常发挥，本文就这一问题进行了探讨，提出了相应的应对策略，对于低浓度村镇生活污水的处理具有一定的指导意义。
1 低浓度生活污水现象
低浓度生活污水，主要是指污水处理厂( 站) 进水有机物浓度低于典型生活污水的有机物浓度，即 ρ( cod) <250 mg / l、ρ( bod5) <100 mg / l 。我国村镇污水处理厂( 站) 、城市污水处理厂均存在低浓度生活污水的现象。例如，张静等[2]就巢湖流域内 19个已建成运行的村镇污水厂进行调研后发现，16 个村镇污水厂的进水 ρ( cod) < 100 mg / l; 周晓莉等[3]监测江苏省 20 个村级生活污水处理设施 1 年后发现，进水 ρ( cod) 年平均值为 154. 6 mg / l，全年进水 ρ( cod) <100 mg / l 的样本占总数的 61. 9%。
此外，1999 年有文献报道[4]南方多个城市污水处理厂的实际运行水质远低于设计值，为设计值的1 /2 ～ 1 /3; 截至 2014 年末，湖南省已运行的 138 座城镇污水处理厂中，90 座厂的进水 ρ ( cod )<200 mg / l，25 座进水 ρ ( bod5 ) / ρ ( cod) < 0. 3 。邱鸿荣等[6]对广东省 60 多座污水处理厂调查后发现，40 多座污水厂存在进水有机物浓度过低的现象，其中 23 座进水 ρ( cod) < 100 mg / l，10 座污水厂进水ρ( cod) <60 mg / l; 南昌中心城区 5 座污水处理厂投入运行后，也普遍存在实际进水水质远低于设计值、进水有机物浓度偏低 ( ρ ( cod) < 200 mg / l， ρ( bod5) <100 mg / l) 的现象 。可见，低浓度生活污水问题存在已久，且一直没有得到彻底解决，其严重阻碍了采用传统活性污泥法的污水处理厂( 站) 设计处理能力的正常发挥。
1. 1 低浓度生活污水危害
对于采用传统活性污泥法的污水处理厂( 站) 而言，低浓度生活污水的影响主要体现在以下 3 个方面:
1) 低浓度生活污水会影响微生物的生长和繁殖。活性污泥长期处于饥饿状态，将导致微生物的活性下降，甚至因微生物的内源呼吸作用，反应器内活性污泥出现负增长。2) 低浓度生活污水会影响污水厂二级生物处理工艺的脱氮除磷效果。反硝化和生物除磷均需有机碳源，因低浓度生活污水中可被微生物利用的有机碳源较少，反硝化菌和聚磷菌对有机碳源的竞争更加激烈，往往导致出水 tn 和 tp 无法达标。解决出水 tp 超标的问题尚可通过辅助化学除磷的方式，但要实现出水 tn 达标不易，有时甚至nh -n 也无法满足排放标准。3) 低浓度生活污水容易导致污泥膨胀。有机物浓度较低的条件下，菌胶团的生长速率低于丝状菌的生长速率，此时传统活性污泥法容易发生污泥膨胀，使出水水质恶化[8]。
1. 2 低浓度生活污水成因
低浓度生活污水的成因是多方面的，可归结为两大类: 1) 有机污染物浓度较低的水进入污水管道，起到了一定的稀释作用。2) 本应通过污水管道进入污水厂( 站) 的污染物，被处理或截留在污水厂( 站) 外。就第一大类而言: 1) 我国大部分村镇地区的排水体制多采用合流制，雨污水管道混接的现象时常出现，致使村镇污水厂( 站) 的进水有机物浓度也经常出现过低的现象[4]。2) 地下水的渗入，以及地表水的流入，均会在一定程度上稀释管道内有机物浓度[9]。3) 随着人民生活水平的提高，人均排水量大幅度增加，而这部分增加的排水量大都来自盥洗、洗涤和淋浴排水，进而引起污水厂进水有机物浓度的降低。对于第二大类而言: 1) 化粪池的不合理设置也较大程度地影响了污水厂( 站) 的进水有机物浓度，主要是因为化粪池可去除粪尿混合物中近 20% 的 bod [9]。2) 因设计与施工质量等诸多因素的影响，管道内污水的流速偏低，甚至出现长期积水的问题，污水中无机物颗粒携带有机物沉积在管底，有机物浓度由此进一步下降。
2 低浓度生活污水处理应对策略
2. 1 预防低浓度生活污水出现
实践过程中，应尽可能防止或减缓低浓度生活污水问题的出现，以避免因进水有机物浓度偏低导致额外的改造费用。1) 完善排水体制，近期可采用截留式合流制过渡，远期可逐步进行合流制改造，新建管道时应尽可能采用分流制，污水厂( 站) 的建设也应与排水管网同步[10]。2) 严格把控排水管网的设计与施工质量，加强排水管网建成后的日常维护，避免外源水的进入和有机物的沉积。3) 加强居民的节水意识，积极研发并推广新型节水设备。4) 应推动建立科学的雨洪管理体系。5) 慎重考虑在污水厂( 站) 纳污范围内建造化粪池，但考虑到部分地区短期内仍需化粪池发挥作用，应事先考察建设、拆除化粪池的必要性，改造现有化粪池，并逐步取消渗水或不合格的化粪池。
2. 2 现有传统活性污泥法工艺的改造方案
对已建成运行并面临低浓度生活污水问题的传统活性污泥法污水厂( 站) 来说，可考虑对其进行升级改造。1) 短期内可提高活性污泥浓度，设置调节池以均化污水的水质和水量。2) 长期考虑，可在传统曝气池中投加填料，以提高硝化反硝化能力，可将传统曝气池改造成移动床生物膜( moving bed biofilmreactor，mbbr) 工艺，该方法改造幅度小，也方便推广。将传统曝气池改造成 mbbr 工艺，在不延长水力停留时间的前提下延长生物固体在反应池内的停留时间，提高污水的处理效果。例如，张兴文等[11]采用 mbbr 工艺处理低浓度生活污水( ρ( cod) 为 60 ～ 80 mg / l) 时，hrt 为 2. 4 h，cod、nh -n 的去除率分别达到 70%、95%，出水水质达到 gb 50050—1995《工业循环冷却水处理设计规范》; 贾磊等[12]在上海竹园污水厂应用 mbbr 工艺进行中试，当低浓度生活污水 ρ( cod) 为 185 mg / l，hrt 为 3. 4 h 时，cod、 nh - n 的去除率分别达到 77. 8%、95. 9%，出水cod、nh -n、tn 均可达到 gb 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级 b 标准; 马建勇等[13] 采 用 mbbr 工艺处理低浓度生 活 污 水 ( ρ( cod) 为 100 mg / l 左右) 时，hrt 为 1. 9 h，cod去除率可达到 85%，出水 ρ( bod5 ) < 5 mg / l。虽然，污水厂( 站) 将传统活性污泥法改造为 mbbr 工艺会增加污水厂( 站) 的维护难度，但这对已建成运行的污水厂( 站) 解决低浓度生活污水问题具有积极意义。
2. 3 尚未建成污水厂( 站) 地区的建设方案
就可能存在低浓度生活污水问题的村镇地区而言，新建时应结合近、远期水质的变化选取二级生物处理工艺，优先考虑采用 sbr 工艺或生物膜法，例如生物转盘、生物接触氧化、曝气生物滤池等。
2. 3. 1 sbr 工艺
对于需要采用活性污泥法的村镇污水厂( 站) ，不建议采用连续流活性污泥法，新建时可采用 sbr工艺。与连续流工艺不同，sbr 工艺采用时间序列控制，管理简单，运行方法灵活，可以较好地调节因水量变化而导致的水质波动。例如，贵阳小河污水厂采用改造后的 sbr 处理低浓度城市污水 ( 2005 年 ρ( cod) 平均值为 114 mg / l ) 时，出 水水质达到gb 18918—2002 的一级 b 标准[14]; 李小军[15] 采用sbr 处理村镇地区低浓度生活污水( ρ( cod) 平均值为80 mg / l) 时，出水 ρ( cod) 可维持在 30 mg / l 左右。
2. 3. 2 生物转盘
生物转盘耐冲击负荷能力较强的特点，使其在处理低浓度生活污水时具有较好的应用前景。例如，广西某小城镇采用生物转盘工艺处理低浓度生活污水 ( ρ( cod) 为 118 ～ 152 mg / l) 时，cod、nh -n、tp 去除率分别为 85. 47%、84. 48%、78. 33%，出水水质达到gb 18918—2002 的一级b 标准[16]; 魏东洋等[17]采用生物转盘工艺处理微污染河水时，cod 和 nh - n的平均去除率可分别达到 84. 37% 和 86. 22%。考虑到村镇污水水量变化较大的特点，建议设置调节池以均化污水的水质与水量。
南方地区某县 16 座污水厂应用生物转盘处理低浓度生活污水时，出水水质均可达到 gb 18918—2002的一级a 标准，但 tn 去除率较低。该县某镇污水厂，2015 年 3 月进水ρ( cod) 平均值为 210. 3 mg / l，tn 去除率仅为 30%。如进水 tn 浓度提高，出水 tn 将难以达标[18]。针对这一问题，霍鑫超等[19]提出将沉淀池的硝化液回流至生物转盘，则出水 tn 可稳定在 20 mg / l以下。李莎等[20]采用外加碳源的方式，解决进水 c / n 过低导致生物转盘反硝化不彻底的问题。
2. 3. 3 生物接触氧化
生物接触氧化最初即在美国被应用于低浓度生活污水处理，目前也常被应用于我国村镇污水处理。生物接触氧化法投资低，启动和日常运行管理简单，处理效率较高，较活性污泥法更耐冲击，对于解决当前我国村镇污水处理资金和人员不足的问题也具有一定积极意义。吉祝美等[21]以跌水曝气接触氧化法为主处理农村低浓度生活污水( ρ ( cod) 为 90 ～ 220 mg / l) 时，出水 cod、tn、tp 浓度分别低于 70，0. 1 mg / l; 赵贤慧[22]采用生物接触氧化处理低浓度城市污水( ρ ( cod) 为 90 ～ 230 mg / l) 时，cod、bod 、nh - n 的平均去除率分别为 77. 6%、80. 9%、67. 4%。
2. 3. 4 曝气生物滤池
曝气生物滤池在运行过程中同时具备高负荷生物滤池和普通快滤池的运行特性，对进水 cod 和 ss浓度的要求较为严格，适用于低浓度生活污水的处理[23]。王立立等[24]采用曝气生物滤池处理校园低浓度生活污水，进水 ρ ( cod) 为 65. 4 ～ 161. 5 mg / l时，出水 ρ( cod) 、ρ( nh -n) 分别为 3. 4，6. 94 mg / l;田文华等[25]采用曝气生物滤池处理电厂的低浓度生活污水，进水 ρ ( cod) 为 48 ～ 172 mg / l 时，出水ρ( bod ) 、ρ( cod) 、ρ ( nh - n) 分别为 3. 2，14. 5，0. 5 mg / l，满足 gb 50050—1995 水质标准; 钱靓[26]采用曝气生物滤池处理上海低浓度生活污水，进水 ρ( cod) 为 155. 8 ～ 234 mg / l 时，cod、nh - n、ss 的去除率分别为 84. 2%、90%、90%。
此外，向连城等[27]分别采用曝气生物滤池和生物接触氧化处理深圳甘坑河水( ρ ( cod) 为 50 ～ 150 mg / l) 的结果表明，与生物接触氧化相比，曝气生物滤池同时具有过滤功能，出水 ss 浓度较低，而且受冬季低温影响，传统活性污泥法的处理效果较差，而曝气生物滤池受低温的影响较小。另外，如前所述，在村镇污水处理中，tn 和 tp 可能会因水质、水量的波动而无法达标，甚至有时 nh - n 都无法达标。硝化效果较好的曝气生物滤池可彻底解决这一问题，其可通过调节曝气量来保证出水 nh - n 达标，但污水厂( 站) 的能耗也由此会偏高。
综上所述，为污水厂能够正常发挥设计的处理能力，合理选择污水处理工艺至关重要，同时必须考虑到村镇污水厂( 站) 所要求达到的排放标准，应以实际水质为基础。目前，大部分村镇污水厂( 站) 的排放标准执行 gb 18918—2002 中的一级 a 或一级 b标准[28-29]，对于村镇污水厂( 站) 来说难度较大，这对上述工艺的达标运行提出了挑战。因此，建议在未来修订村镇生活污水排放标准时，应充分考虑村镇污水的实际情况，适当放宽排放标准，以利于村镇污水处理事业可持续发展。
3 结束语
1) 低浓度生活污水的成因是多方面的，主要有排水体制的不完善、化粪池的不合理设置、管道内沉积、外源水的进入等，为保障污水处理厂的稳定运行，应尽可能避免低浓度生活污水现象。
2) 建议村镇污水处理厂( 站) 采用 mbbr 等工艺改造现行的传统活性污泥工艺，以提高其应对低浓度生活污水冲击负荷的能力。
对于可能存在低浓度生活污水问题的村镇地区，建议新建污水厂( 站) 时采用 sbr 工艺或生物膜法，例如生物转盘、生物接触氧化、曝气生物滤池等。此外，曝气生物滤池对村镇低浓度生活污水具有良好的适应性，建议予以重点研究和应用。（来源：北京建筑大学）