【日本凈化槽技術】把產品做到極致，一款產品解決一個國家的生活污水問題

污水處理工作室點評：日本凈化槽技術雖然在日本應用非常成功，但是在中國推廣還需要政府和企業的共同努力。尤其是中國政府部門，農村污水標準的制定應當因地制宜，不要一刀切執行所謂的一級A標準，要同時兼顧環境容量（受納水體自凈能力）和排放去路，是否敏感水體，以及當地社會經濟等綜合情況考慮，畢竟，一個凈化槽要實現污水廠全套工藝流程（一級二級三級處理等）能實現的事情難度可想而知。日本在中國設有專門的凈化槽技術公司（久保田，大器、富士等），中國本土企業或引進、合資、本土化改良等都促進了凈化槽技術的發展，希望中國企業能夠制造一款適合國情的農村污水凈化槽反應器。

編輯 | 小正經    來源 | 日本環境整備教育中心

一、日本的生活污水處理

在日本，存在有幾種不同的污水處理系統，用來處理從每一個家庭排放的糞便污水和灰色污水（廚房，浴室，洗衣等污水）。根據污水的種類，污水處理設施的規模以及補助金制度的不同，日本主要的生活污水處理設施可劃分為“公共下水道”，“農村下水道”和“凈化槽”三種類型。除此以外作為糞便處理設施還有“單獨式凈化槽”和“日式干廁”，但這兩類設施已經停止新的設置安裝。

下水道主要是用于城市污水的處理，通過管道將家庭污水和工業污水收集到污水廠，在污水廠集中進行處理，是典型的集中式污水處理設施。

凈化槽則主要設計用來處理一家一戶或樓房排放的生活污水，是一種分散式污水處理設施。凈化槽可分為主要用于處理小至一家一戶生活污水的「小型凈化槽」和用于處理樓房、住宅小區生活污水的「中大型凈化槽」。

凈化槽的特長

家庭用小型凈化槽是安裝在住宅地基內，可處理家庭的生活污水并就地排放的一種污水處理裝置。從水環境保護的觀點和其性價比來看，和下水道相比家庭用小型凈化槽有以下的特長。

1、安裝凈化槽投資小，費用低

家庭用小型凈化槽基本上在是工廠批量生產的，其價格可維持在家庭用戶可以接受的水準。這種凈化槽只占用很小一塊土地，不需要繁雜的土地征收手續和昂貴的土地征用費。

2、安裝場地幾乎不受地形的影響，而且安裝時間短，見效快

安裝家庭用小型凈化槽只需要停一輛小轎車大小的土地，連接凈化槽排水管道很短，對安裝地的地形要求也不高。安裝一臺凈化槽一般只需要一周左右，而且一旦凈化槽開始運行，其污水處理的功能立即可以得到發揮。

3、對維持生活小區周邊小河溪等水體的水量充足具有很大的作用

經凈化槽處理后的一般就近排放到附近的小河溪，這對維護小河溪的水量充足，增強生活小區內的水循環，以及周圍的自然景色都具很大的作用。

4、凈化槽處理水的回用和凈化槽內產生的污泥的資源可以比較容易地進行

凈化槽主要是用來處理家庭污水的，它的處理水和污泥基本上不含有毒物質，可以根據不同的需要，對凈化槽的處理水和污泥可進行資源化和有效利用。

5、具有比較強的抗震和抗災性能

由于凈化槽不需要大量的機械，其排水系統也比較簡單，所以在受到地震或其它災害受到損害時，可以在很短的時間內得到修復和發揮作用。根據災后供水和供電的恢復情況，凈化槽內的水還可以有很多用處。

二、凈化槽構造和性能

從構造和性能上凈化槽可大致分為兩大類：一種是根據「凈化槽構造標準」來設計制造的凈化槽，這種凈化槽被稱為「標準構造型凈化槽」；另一種是凈化槽廠家自主設計制造，其性能經國土交通大臣認定的凈化槽，這種凈化槽被稱為「性能認定型凈化槽」。

小型凈化槽

根據「凈化槽構造標準」的規定，「標準構造型凈化槽」的小型凈化槽有三種處理工藝：沉淀分離接觸曝氣工藝，厭氧濾床接觸曝氣工藝和脫氮濾床接觸曝氣工藝。

下面的圖展示的是厭氧濾床接觸曝氣工藝小型凈化槽的內部構造。這種工藝是小型凈化槽采用最多的一種，也是安裝數量最多的一種凈化槽。污水通過管道流入厭氧濾床池，由于里面填裝有濾材，污水中的固體雜物的大部分通過濾材時被去除。

小型凈化槽的構造（厭氧濾床接觸曝氣工藝）

厭氧濾床池的主要功能是儲存被分離的固體雜物和污泥，也兼備BOD分解和通過濾材里的厭氧微生物的厭氧消化來降低污泥的產量的功能。在接觸曝氣池，由鼓風機將空氣注入水中，在好氧微生物的幫助下水里的有機物得到降解，氨氮被氧化。經過曝氣處理后的水流入沉淀池，在這里懸浮物沉入池底，上面干凈的處理水流入消毒池，在那里經過氯片消毒后排放。

中大型凈化槽（51人槽以上）

標準構造型的大型凈化槽可分為兩種類型：生物膜法類和活性污泥法類。采用生物膜法的有三種處理工藝，即接觸曝氣工藝，旋轉接觸板工藝和滴水濾床工藝。采用活性污泥法的又可再分為兩種處理工藝，即標準活性污泥法工藝和高強度活性污泥法工藝。

各種處理工藝的構成單元設備示于下表。比如采用生物膜法的凈化槽，其一級處理由沉淀池，格柵和流量調節池來進行。在流量調節池的后面，需要有污泥濃縮蓄存池或污泥濃縮池來蓄存污泥。

標準構造型中大型凈化槽的單元裝置構成(BOD去除型)

                                                                                                        注 n:人槽

性能認定型凈化槽

采用生物膜法的性能認定型凈化槽流程如下圖所示。這個流程圖雖然與標準構造型的厭氧濾床接觸曝氣工藝的完全一樣，性能認定型凈化槽在結構和性能方面有與標準構造型不同的特點。

1、性能認定型凈化槽大多有流量調節功能

2、采用了最新開發的生物反應器

3、水泵和鼓風機多為自動控制運行

4、一部分的性能認定型凈化槽具有處理水BOD及TN濃度在10mg/L以下的高度處理性能

 性能認定型凈化槽

 性能認定型小型凈化槽的流程圖

性能認定型具有脫氮功能小型凈化槽的單元裝置

以下介紹幾種生物反應器

1、生物膜濾池

生物膜濾池主要設計用于深度處理和減少凈化槽的體積。在池內，污水中的有機物的降解，是由填料里同時進行的生物膜的微生物反應和物理過濾來完成的。池內填裝的濾材的形狀多為顆粒狀或圓筒狀，其尺寸在數毫米到數厘米之間。

生物膜濾池作為一個生物反應器，其上部是曝氣部，下部則通過填料來捕捉懸浮物，整個生物膜濾池的功能，相當于接觸曝氣池和沉淀池的總和。填料的材料可是多孔陶瓷，聚苯乙烯，聚氨基甲酸乙脂或聚乙烯。填料的裝填部下面通常是曝氣裝置。

生物膜濾池一般由一個程序控制的計時器來定時的進行填料的反洗。反洗過程中，填料里的部分生物膜被沖洗掉， 沖洗后的污水由氣浮水泵通過排水管移送到厭氧濾床池。填料反洗的時刻和時間可根據家庭污水的排放情況，調節程序控制計時器來決定。

2、填料流動池

填料流動池主要設計用于深度處理和減少凈化槽的體積。在池內污水中的有機物的降解是由池內流動填料里的 生物膜的微生物反應來完成的。

由于池內的填料在不停的流動，填料的整個表面積都可被微生物來利用。填料流動池里的填料，可以是活性炭，親水性爐渣，多孔纖維以及塑料等各種材料。

由于池內的填料之間不停的相互沖撞，填料表面過剩的生物膜隨時被沖洗掉，不需要對填料進行反洗和生物膜的剝離。

由于池內的填料沒有被固定，為了防止填料流入到其他池里，需要在池底部設置格柵，上部設置網罩。填料流動池 的后面，一般緊接一個裝有填料或沒有填料的沉淀池用來分離懸浮物和處理水。

3、生物濾床流動池

生物濾床流動池是生物膜濾池和填料流動池的組合。它的上部為流動部，其構造類似填料流動池，里面填裝有顆粒狀的生物濾床流動池并進行曝氣。它的下部為生物膜過濾部，其構造類似生物膜濾池，里面填裝有填料來過濾懸浮物。

生物膜過濾部的氧氣是通過在流動部曝氣后的水里的溶解氧氣的擴散得到供給的，而不是靠散氣管來供給的，這點和生物膜濾池不一樣。 在流動部和生物膜過濾部分別填裝有立方形或圓筒形的聚氨基甲酸乙脂或聚乙烯的填料，其尺寸為數立方厘米，其比表面積為每立方米300到500平方米。

4、膜反應器

膜反應器通常是由一組膜塊組成的具有過濾功能的膜組件構成，用于活性污泥處理工藝的曝氣池， 代替傳統的沉淀池來分離懸浮物和處理水。膜反應器主要有以下幾個特點：

1）高度的固液分離功能。

膜反應器的固液分離性能極為穩定，它不受活性污泥沉淀特性或進水流量變動的影響。

2）生物反應器的小型化。

膜反應器適合于高濃度MLSS運行，這可大大減小曝氣池的體積，還可以降低污泥的產出量。

3）微生物種類的多樣化

由于膜反應器的固液分離性能不受活性污泥沉淀特性的影響，活性污泥的泥齡可以很長， 一些增殖速度低的微生物，像硝化細菌和其他具有分解特殊有機物的微生物，可以增長繁殖到比較高的濃度。

4）污水的高度處理

膜反應器的出水水質非常好，水里基本沒有懸浮物和大腸菌類。家庭用小型膜凈化槽里的膜反應器安裝在曝氣池里，膜反應器的出水由虹吸管排到消毒池，處理水質為BOD5mg/L以下。 

5、具有除磷功能的凈化槽

目前投入市場的家庭用小型凈化槽的除磷功能，主要是利用鐵離子和磷酸離子反應生成不溶性磷酸鐵的化學反應來實現的。

其過程大致如下：在曝氣池里安裝兩塊鐵板并加以直流電壓進行通電。在陽極，從鐵板溶出Fe2+ 離子，與水中的氧氣反應變成Fe3+ 離子。Fe3+ 離子再和水中的PO43- 磷酸離子反應生成不溶性的磷酸鐵。磷酸鐵成為沉淀物，被送到前面的污泥儲存部，在污泥清掃時排出凈化槽外。 作為電極的鐵板逐漸被腐蝕消耗，需要定期進行交換。 這種具有除磷功能凈化槽的處理性能為出水水質BOD和總氮10 mg/L以下，總磷1 mg/L以下。

三、凈化槽安裝施工

為了保證凈化槽能夠正常地發揮其處理性能，凈化槽的安裝施工必須嚴格按施工技術標準來進行。鑒于中大型凈化槽和一般的污水處理廠一樣，是鋼筋混泥結構，在現場施工建設的，其安裝施工時也必須同樣遵守各種相關的規定。而家庭用小型凈化槽，其殼體材料主要是強化塑料（FRP或DCPD）。主要是在工廠批量生產，然后運到現場進行安裝。這種凈化槽的安裝，必須按下面所述的方法來進行。

在安裝凈化槽時，使凈化槽保持水平非常重要。如果槽體傾斜，槽內的水流會發生異常或出現短路，而不能達到正常的處理性能。由于地形的原因，排水管的結合部不到位而形成逆向梯度，會引起河水從排放口往凈化槽內倒流。

在安裝凈化槽時，還要注意盡量免于土壓或其他壓力引起殼體的變形和損壞，同時還要注意使凈化槽周圍保持整潔，以便于凈化槽的運行操作和點檢等的進行。

四、凈化槽運行管理和檢查

凈化槽由于體積小，以及其設計思想，就是要盡量減少用戶的負擔，所以需要由專業技術人員定期的進行點檢。在點檢過程中，需要留意上次點檢后槽內情況的變化，同時也需留意氣溫的變動。另外，要根據凈化槽的用途（家庭用，商業用等）來調整其運行方法。

為了能夠正常地發揮其性能，凈化槽必須正確地來使用。根據凈化槽法的規定，作為凈化槽的法定責任者，凈化槽管理者負有對凈化槽進行定期點檢和清掃的職責。

然而凈化槽管理者一般并沒有關于凈化槽的運行點檢和清掃的專業知識，凈化槽的運行點檢和清掃的工作主要還是委托專業的凈化槽維護管理公司和凈化槽清掃公司來進行的。

凈化槽管理者的另一項職責是使凈化槽接受每年一次的法定檢查，其目的是檢查凈化槽的點檢和清掃是否正常地實施了。凈化槽的法定檢查是由縣知事指定的法定檢查機關來進行的。

凈化槽的維護管理體制

凈化槽的維護管理

凈化槽需要定期的對其運行狀態作一些調整或進行修理。具體地講，凈化槽的維護管理包括監測槽內各個裝置的運行情況，附屬裝置的狀態，處理水質，以達到及早地發現問題并及時地采取適當的措施。

在進行點檢時，首先要檢查一下排水管內的水的流動情況，然后再檢查各個裝置的安裝和運行情況，確認污水的處理是否及時正常地在進行。

近年來凈化槽技術的發展非常迅速。一些新開發的生物反應器，象生物膜濾池，填料流動池以及生物過濾流動池等，被廣泛的得到普及應用。這些裝置雖具有處理效率高體積小等特點，但在其運行操作和點檢時，必須注意防止填料的流出，水位的異常，曝氣狀況，填料的反洗以及污泥的沉積狀況等問題。

1999年，裝有適用于活性污泥工藝的MF膜反應器的家庭用小型凈化槽研發成功。這種膜凈化槽采用硝化液的循環以及間歇曝氣工藝，具有良好的脫氮性能。在這種凈化槽的運行操作和點檢時，必須充分了解其內部的裝置和結構，尤其是流量調節裝置，自動回洗和膜分離操作的設定。膜凈化槽在投入運行使用時，需要加入適當濃度的污泥，調節間歇曝氣的時間間隔，還需對膜組件進行定期的清洗。

凈化槽的清掃

凈化槽的清掃包括清掃槽內的污泥將其排到凈化槽外，同時根據需要調整槽內的污泥濃度。凈化槽清掃的首要的目的是及時地將污泥排出凈化槽，避免污泥和處理水一起流放到公共水體。

五、凈化槽和污水處理

凈化槽污泥的絕大部分是由糞便廠處理的，其比例為92.3%。另外，由污水處理廠處理的占5.2%，海洋投棄占1.8%，其他占0.7%。為了達到倫敦條約關于禁止污泥海洋投棄的要求，日本的污泥海洋投棄量連年減少，同時加快推進污泥的陸地處理步伐。

隨著各種大型公共基礎建設項目的實施，大城市的下水道設施得到極大的普及，但是許多小城鎮的下水道建設卻給當地政府帶來了沉重的財政負擔，越越多的小城鎮更期待于采用凈化槽和其他分散處理來進行污水處理。為了解決日益增加的凈化槽污泥的處理問題，除了主要靠增加糞便廠的處理能力以外，盡量實現污泥的資源化，同時為了提高清掃的效率和可減少污泥量，可引進具有濃縮和脫水功能的抽糞車來進行清掃。

凈化槽污泥的有效利用

雖然凈化槽污泥作為資源直接利用的情況還不多，已經有日本一些廠家在做凈化槽污泥資源化的研究開發工作，比如污泥的烘干，污泥堆肥和污泥炭化等。同時，現有的糞便處理廠正在陸續改造成為具有資源化功能的「污泥再生處理中心」。有許多污泥的再生資源化技術，比如用污泥做堆肥，污泥炭化，沼氣生產，輔助燃料，水泥添加劑，及磷生產的原料等。

在「污泥再生處理中心」里，按規定必須至少采用上述再生資源化技術中的一種。以前作為廢棄物來處理的凈化槽污泥，將變成寶貴的資源，并期待于得到廣泛地利用。

隨著各種大型公共基礎建設項目的實施，大城市的下水道設施得到極大的普及，但是許多小城鎮的下水道建設卻給當地政府帶來了沉重的財政負擔，越越多的小城鎮更期待于采用凈化槽和其他分散處理來進行污水處理。

為了解決日益增加的凈化槽污泥的處理問題，除了主要靠增加糞便廠的處理能力以外，盡量實現污泥的資源化，同時為了提高清掃的效率和可減少污泥量，可引進具有濃縮和脫水功能的抽糞車來進行清掃。