随着经济的发展和农村城镇化建设的推进，自来水、马桶、淋浴以及整体厨房等城市化设施在农村逐渐普及，导致农村用水习惯发生显著变化，用水量增加，污水排放量也随之增加。但多数农村地区基础配套设施不齐全，缺乏污水收集和处理的环保设施，带来了严重的环境污染和公共卫生安全问题，引起社会的广泛关注。如何结合农村经济、技术情况，对农村污水实施有效处理，是十分必要的。
近年来，政府加大了农村水环境治理投入，建设了一批集中式污水处理厂和农村分散式污水处理站。但面对占全国总面积近90%，占全国总人口约50%的农村地区，从财力上来说无法解决%而已建成的大部分农村污水处理站，由于农村基层缺乏运行管理技术、经验和专业技术人员，长期无法正常运行或闲置，造成了环境污染和国有资产的损失。因此，结合农村地区实际情况，研发适宜农村污水处理的一体化装置，对我国农村环境污染治理具有深远的意义。
针对我国农村家庭相对分散，没有污水收集管网或地势比较复杂污水难以收集的地区，在前期研究的基础上，改进完善了一款以农村家庭为处理单元的一体式污水处理装置一填料生物转盘%并研究了该装置在农村家庭生活污水的处理效果，为实现农村家庭污水分散处理提供技术参考。
一、实验部分
1.1 填料生物转盘
实验设计的填料生物转盘装置由池体、填料转盘和电机组成，如图1所示。池体为半圆柱体，池体分为三个部分：厌氧区、好氧区和沉淀区，为典型的A/O工艺。
池体直径0.6m，长1.6m，有效容积约0.22m3，其中厌氧区长度0.3m，好氧区长度1.1m，沉淀区长度0.2m，设计处理规模为0.3m3/d(3-4人/户)。填料生物转盘装置厌氧区和好氧区设有填料转盘，厌氧区填料转盘直径为0.2m，长0.25m，填料为φIOmm的轻质多面空心球生物填料，完全浸没水面下。好氧区填料转盘直径为0.5m，长0.9m，填料为φ20m的轻质多面空心球生物填料。填料装填高度为转盘直径0.75倍，以防止填料结块、便于老化生物膜的脱落和空气传质。沉淀区内置填料高度0.2m，填料为粒径3〜5mm的活性碳颗粒，底部设有排泥口，重力排泥。
农村家庭的生活污水通过家庭化粪池收集，经懦动泵泵入厌氧区，在厌氧微生物的作用下，进行污染物的初步降解。厌氧出水溢流进入好氧区，在好氧区生物膜的作用下，污染物进行碳化、硝化反应，得到充分降解，降解后的出水经过沉淀区沉淀和滤料过滤处理后，一部分回流到蠕动泵进水口，一部分排放，水中脱落的生物膜沉淀到沉淀区底部定期排放到化粪池;排放的同时，依靠重力流完成滤料的反洗。
在厌氧和好氧区中设有填料转盘，由电机带动旋转进行厌氧区的搅拌和好氧区的机械曝气，以节约能耗，降低运行成本。装填的轻型生物填料作为生物膜固着介质，以形成较大的生物附着表面。为了便于运行管理，装置运行的动力来源于一台减速电机，结构简单。装置是结合生物滤池和生物转盘的特点设计的，属于生物膜法工艺，不存在活性污泥法的漂泥、膨胀、泡沫等问题，易于管理，生物量大、污泥产量小，处理效果好，适宜农村家庭使用。
1.2 实验水质
实验研究于2017年4月在秦皇岛市卢龙县董家略一户农家进行，该农户居住人口4人，家中设有化粪池，其厨房、洗手间及院内洗衣等产生的废水都进入化粪池，通过前期分析测试，平均废水量为0.24m3/d，废水COD为160〜260mg/L。NIV-N质量浓度为16.8〜23.6mg/L。TN质量浓度为24.2〜32.5mg/L。TP质量浓度为1.5〜4.8mg/L。pH为7〜8。
1.3 装置启动和运行
填料生物转盘装置生物膜的培养采用间接挂膜法，接种污泥取自秦皇岛市某污水处理厂剩余污泥，和生活污水4：1比例混匀后，泵入到填料生物转盘的厌氧区和好氧区，启动填料装盘，以2r/min转速旋转进行闷曝培养，24h后关闭转盘沉淀2h，排掉上清液，泵入新鲜生活污水，再启动转盘闷曝培养，重复上述操作，7天左右转盘的框架和填料表面挂上一薄层灰色生物膜，沉淀排放掉底部污泥，改为小水量连续进水，进行动态培养，并逐渐加大流量，大概20天左右，填料上的膜明显变厚，触摸柔滑，有粘性，镜检出现轮虫和线虫，表明生物膜培养成熟，调节流量为设计流量运行。
1.4 分析项目与方法
COD、NH4+-N、TN、TP常规水质指标采用连华科技多功能水质分析仪，按照国家环境保护部颁布的相应标准方法测定。pH和DO采用哈希便携式pH计和溶解氧仪测定。
二、结果与讨论
2.1 COD的处理效果
填料生物转盘装置在生物膜培养阶段即挂膜启动阶段COD的变化和去除效果如图2所示。
由图2可知，填料生物转盘启动阶段进水COD在170〜250mg/L，培养初期系统COD的去除率达23.6%，这是投加的活性污泥菌种的吸附作用，随着投加的活性污泥在系统里的适应并在填料上附着生长，COD的去除率稳步上升，培养7—8天时COD的去除率就稳定在50%以上，转盘的框架和填料表面挂上一薄层浅灰色生物膜如图3(a)所示，系统改为小流量连续进水，第9、10天COD的去除率略有下降，主要有两方面原因：一方面为减少活性污泥跟生物膜的竞争，排放了底部的活性污泥，导致处理效果下降。另一方面系统小流量进水，开始阶段池内有机物较少，影响了生物膜对有机物的降解M。随着流量的增加和系统微生物对连续进水的适应，COD去除率持续增加，20天左右稳定在75%以上。转盘的框架和填料表面的灰色生物膜明显增厚如图3(b)所示，出水COD稳定在50mg/L以下，表明填料生物转盘挂膜完成。整个挂膜周期持续20天，较一般生物滤池挂膜周期长，主要原因：一方面4月份秦皇岛地区温度较低，早晚温差较大，另一方面填料在转盘内随转盘旋转运动，较静止填料吸附挂膜要慢。
2.2 NH4+-N的处理效果
填料生物转盘生物膜培养阶段NH/-N的变化和去除效果如图4所示。
由图4可知，挂膜启动后，填料生物转盘运行的前6d，对NH/-N的去除率较低，平均不足8%，且增长缓慢，主要因为在挂膜初期，细菌在转盘的填料上附着不稳定，易随转盘旋转而脱离;同时，硝化菌为自养型细菌，生长增值速度较降解有机物的异养菌慢，与异养菌争夺碳源和溶解氧处于劣势，影响着硝化反应的进行，需要更长的时间在转盘填料表面附着与适应。6天后，NH/-N的去除率快速增加，16天左右去除率达到81%，表明这一阶段硝化菌适应了新环境后开始大量的生长和繁殖，与异养菌的竞争劣势减弱。20天左右，去除率稳定在85%以上，且运行稳定。
2.3 TN的处理效果
污水中总氮的去除是通过微生物的同化作用和反硝化作用完成的，其中同化作用对TN的去除较少，反硝化作用是去除总氮的主要过程。而反硝化脱氮需要好氧区产生的硝酸盐，在系统启动初期，填料生物转盘的生物膜未形成，好氧区混合液中硝酸盐产生较少，因此启动初期未进行硝化液回流，也未进行总氮的测定。此次实验在生物膜培养20d时，开始硝化液回流(重力回流至泵进水口)，回流比为150%，测定TN的变化和去除效果如图5所示。
由图5可知，在混合液回流比为150%的条件下，运行第2天，TN的去除率即达到36.3%，表明前20天的挂膜，厌氧区的填料中已有反硝化细菌生物膜，回流后，为反硝化菌的脱氮创造了有利的条件。之后，TN的去除率逐步上升，脱氮试验运行第5天，TN去除率就稳定在60%以上，表明厌氧区生物转盘为反硝化菌提供了良好的生长环境，促进了反硝化菌的快速生长和繁殖。
2.4 系统稳定运行的处理效果
填料生物转盘生物膜培养完成后系统进入正常运行阶段，2017年5—11月份之间系统运行效果见表1，进水水质、出水水质为测定期间的平均值。
由表1可知，填料生物转盘在运行期间(5—11月)运行较为稳定，COD、氨氮、总氮和总磷去除效率分别稳定在75%、85%、65%和75%以上，出水水质的COD、氨氮、总氮优F城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918—2002)—级A标准，总磷达到一级B标准。11月份处理效果略低于其他月份，这是由于气温降低，填料转盘上生物膜的生物酶的活性减弱，降解速率减慢，导致污染物去除效果下降。因此冬天该装置的运行，需要考虑采用加外罩或放置室内等保温措施。
2.5 装置运行管理
由于农村家庭污水水量少，装置设计采用的进水泵为蠕动泵，泵与污水无直接接触，不存在泵的堵塞、腐蚀等问题，仅需要定期检查泵的蠕动管，发现泵管损坏，自行更换即可。除了泵之外，该装置还有一个动力设备减速电机，基本不需要维护。工艺上装置采用生物膜法，不存在活性污泥法中的污泥膨胀等技术性问题，不需要专业技术人员运行维护。运行过程中，沉淀区的污泥需定期打开排泥阀，排放到化粪池，排放底部污泥的同时，沉淀池中的填料同时得到反冲洗，一般冬天10-15天/次，夏季3-5天/次，每次沉淀区中水排完为止。整个运行过程简单，不需要专业技术人员。
三、结论
1)填料生物转盘装置能够实现农村家庭污水污染物的处理，且结构紧凑，占地面积小、不需要专业人员维护，易于用户运行管理，适用于村镇家庭分散式生活污水的处理。
2)填料生物转盘装置稳定运行后，对污水中的COD、氨氮、总氮和总磷具有较好的去除效果，出水水质稳定。出水COD、氨氮和总氮优于GB18918—2002—级A出水标准，TP能够达到GB18918—2002—级B出水标准要求。（来源：河北环境工程学院）