多点进水多级生物接触氧化工艺处理农村生活污水

马宁; 何鹏飞; 付金祥; 张辉; 李炳华; 杨默远

doi:10.12030/j.cjee.202310149

多点进水多级生物接触氧化工艺处理农村生活污水

1.
北京市水科学技术研究院，北京 100048
2.
北京市排水管理事务中心，北京 100195
3.
中国建筑西南设计研究院有限公司山东分院，青岛 266000
4.
沈阳建筑大学市政与环境工程学院，沈阳 110168
5.
北京师范大学环境学院，北京 100875

作者简介: 马宁 (1983—) ，男，正高级工程师，ningmabwa@foxmail.com

通讯作者: 李炳华(1975—)，男，博士，正高级工程师，libinghua75@163.com;

基金项目:
水利部重大科技项目( SKS-2022044),生态环境公益类项目 (11000023210200038577)
中图分类号: X703

Multi-stage biological contact oxidation process with multi-point influent for rural domestic sewage treatment

1.
Beijing Water Science and Technology Institute, Beijing 100048, China
2.
Beijing Drainage Management Affairs Center, Beijing 100195, China
3.
China Southwest Architectural Design and Research Institute (Shandong Branch) Co. Ltd., Qingdao 266000, China
4.
School of Municipal and Environmental Engineering, Shenyang Jianzhu University, Shenyang 110168, China
5.
School of Environment, Beijing Normal University, Beijing 100875, China

Corresponding author: LI Binghua, libinghua75@163.com ;

摘要: 针对农村地区生活污水的特点，设计好氧-缺氧-缺氧-好氧的多级生物接触氧化工艺，通过控制进水位置及比例、水力停留时间等参数，分别考察了单点进水和多点进水条件下生物接触氧化工艺的除碳脱氮性能。结果表明：当进水比例为好氧池1^#与缺氧池1^# = 4:1，HRT为6.55 h时，生物接触氧化工艺出水水质最优，COD、NH₄⁺-N及TN的出水平均浓度分别为20.2、0.5、9.0 mg·L⁻¹，平均去除率分别为92.0%、97.1%、64.3%。出水水质达到北京市《农村生活污水处理设施水污染物排放标准》(DB11/ 1612-2019)》一级A标准。
- 农村生活污水 /
- 生物接触氧化 /
- 多点进水 /
- 脱氮 /
- 水力停留时间
Abstract: According to the characteristics of rural domestic sewage, a multi-stage biological contact oxidation process including aerobic, anoxic, anoxic and aerobic processes was designed. Through controlling the parameters such as inlet position, proportion and hydraulic retention time, the carbon and nitrogen removal performance of the biological contact oxidation process under single point and multiple point inlet conditions were investigated. The results showed that when the inlet ratio of aerobic tank 1^# to anaerobic tank 1^# was 4:1, and HRT was 6.55 hours, the effluent quality of the biological contact oxidation process was optimal. The average values of COD, NH₄⁺-N, and TN in the effluent were 20.2, 0.5, and 9.0 mg·L⁻¹ with the average removal rates of 92.0%, 97.1%, and 64.3%, respectively. The effluent water quality meets the Grade One A-level discharge standard of the Beijing local standard “Discharge standard of water pollutants for rural sewage treatment facilities” (DB11/ 1612-2019).
- rural domestic sewage /
- biological contact oxidation /
- multi-point water inlet /
- nitrogen removal /
- hydraulic retention time

精神活性物质是指对人类中枢神经系统具有强烈兴奋或抑制作用的成瘾性物质，主要包括：阿片类，可卡因、海洛因和美沙酮等；安非他命类，苯丙胺、甲基苯丙胺和摇头丸等；大麻类，大麻酚和四氢大麻酚等^[1]。《2021年世界毒品形势报告》显示，全球超过约2.75亿（15—64岁）人口，在过去一年中至少使用过一次精神活性物质，比2010年增加22%，每年约50万人直接死于精神活性物质的滥用^[2]，精神活性物质的滥用已经成为全球关注的问题。精神活性物质进入人体后，经过肌体的新陈代谢，以药物母体及其代谢产物的形式排出体外，经由下水道进入污水处理系统。Christian^[3]在2001年首次提出，通过检测市政污水中目标物质的浓度与人体药物代谢动力学相结合，可以反推评估该地区精神活性物质的滥用情况及流行率。目前对市政污水中低浓度精神活性物质定性定量检测的主流方法为液相色谱质谱联用法^[4]及气相色谱质谱联用法^[5]。美国^[6-7]、意大利^[8]、西班牙^[9]、澳大利亚^[10]等多个国家已经利用Christian提出的方法开展了多种精神活性物质滥用情况的调查研究。

目标覆盖区域的服务人口数是利用精神活性物质滥用情况反推其滥用量及流行率过程中一个非常重要的参数，其数值的合理性和准确程度极大影响着推算结果的准确度。目前，目标覆盖区域服务人口数的推算方法主要有静态法和动态法，静态法有设计容量法和人口普查法等；动态法有水质参数法，常用的水质参数包括氨氮（NH₄-N）、化学需氧量（COD）和总氮（TN）等^[11]，生物标志物法，常用的生物标志物包括可替宁、肌酸酐和咖啡因等^[12]。其中设计容量法更偏向污水处理厂初建时设计的服务人口数，水质参数法和人均用水量法受工业污水占比影响较大，生物标志物法会受到年龄和身体状况等参数的影响，造成吸收和代谢的比例不一致。每种推算方法都有自身的特点和局限性，会给调查结果带来不确定性。因此，服务人口数的估算直接影响目标物滥用量和流行率的反演推算结果。

本研究使用层次分析法，综合多种目标覆盖区域服务人口数的估算方法，建立多参数人口模型，以此获得更为准确的服务人口数，并应用于精神活性物质滥用量和流行率的评估。

1. 材料与方法（Materials and methods）

1.1 实验材料

实验试剂与耗材：甲基苯丙胺（METH）、苯丙胺（AMP）、吗啡（MOR）、O⁶乙酰吗啡（6MAM）、可替宁（CTN）（1 mg·mL⁻¹，美国Cerilliant公司）；甲基苯丙胺-d₈（METH-d₈）、苯丙胺-d₈（AMP-d₈）、吗啡-d₃（MOR-d₃）、O⁶乙酰吗啡-d₃（6MAM-d₃）、可替宁-d₃（CTN-d₃）（100 μg·mL⁻¹，美国Cerilliant公司）；甲醇、二氯甲烷、氨水（色谱纯，上海安谱实验科技股份有限公司）；盐酸（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）、MCX固相萃取柱（3mL, 60 mg，美国Waters公司），玻璃纤维滤膜（0.45 μm，Whatman GF/F）；

实验设备：Thermo Scientific TSQ Endura型高效液相色谱质谱仪（美国Thermo Scientific公司），WD-12型氮吹仪（杭州奥盛仪器有限公司），12孔配真空抽干装置固相萃取仪（美国Supelco公司），XW-80A型旋涡混合器（上海精科实业有限公司）。

1.2 样品采集

样品采集于我国西北部某城市主城区污水处理厂（S1、S2、S3、S4）和县（市、区）污水处理厂（X1、X2、X3、X4），以上8个污水处理厂基本覆盖该市所有行政区，覆盖人口数约占全市人口总数的89%。使用自动取样器于2019年冬季和2020年夏季，在污水处理厂进水口采集24 h混合水样约400 mL，样品连续采集一周。精神活性物质的吸食频率存在一定的周期性，连续采集样品一周基本能反映一个地区精神活性物质的滥用情况。样品采集后存放于聚酯（PET）瓶内，加盐酸调节pH≤2，冷冻运输至实验室，待后续分析。

1.3 样品前处理

样品在常温下解冻，经0.45 μm的玻璃纤维滤膜过滤，振荡混合均匀，量取50 mL滤液并添加氘代内标为待测样，固相萃取富集目标物：分别用甲醇、超纯水和pH 2的盐酸水溶液充分活化并平衡固相萃取柱，固相萃取待测样，样品流速控制在每滴1—2 s。富集完成后真空干燥固相萃取柱，依次用甲醇和5%氨水/甲醇溶液（M/M）淋洗洗脱并收集洗脱液。洗脱液在柔和氮气吹至近干后用20%（V/V）甲醇水复溶，转移至色谱瓶进行二次氮吹，最后用200 μL 20%（V/V）甲醇水溶液定容。

1.4 样品分析

使用Thermo Scientific TSQ Endura型高效液相色谱-质谱联用仪进行分析。色谱条件为：Waters XTerra MS C18反相色谱柱（100 mm×2.1 mm, 3.5 μm），流动相A为0.12%甲酸和30 mmol·L⁻¹甲酸铵水溶液，B相为甲醇，流速0.3 mL·min⁻¹，柱温30℃，进样量5 μL。质谱选用电喷雾离子源（ESI），采用ESI（＋）模式。目标物特征选择离子、质谱条件及回收率如表1所示。

表 1 目标物特征选择离子、质谱条件及回收率

Table 1. Target feature selection ions, mass spectrometry conditions and recovery rate

物质Compound	母离子Parent ionm/z	定量离子Quantitative ion			定性离子Qualitative ion			保留时间/minRetention time	回收率/%Recovery rate
物质Compound	母离子Parent ionm/z	m/z	DP/V	CE/V	m/z	DP/V	CE/V	保留时间/minRetention time	回收率/%Recovery rate
MOR	286.0	152.1	82.0	55.0	165.0	82.0	32.0	2.73	88.45±5.22
MOR-d₃	289.2	152.1	80.0	55.0	165.0	80.0	41.0	2.72	—
6MAM	328.1	165.3	90.0	36.0	211.3	90.0	36.0	4.35	84.61±3.40
6MAM-d₃	331.1	165.1	90.0	38.3	211.2	90.0	25.0	4.36	—
METH	150.1	91.1	30.0	16.0	119.1	30.0	16.0	4.62	101.65±4.95
METH-d₈	158.2	93.2	40.0	19.0	124.2	40.0	10.3	4.59	—
AMP	136.1	91.1	40.0	21.0	119.1	40.0	21.0	4.51	99.00±4.90
AMP-d₈	144.2	127.2	40.0	10.3	97.2	40.0	16.0	4.44	—
CTN	177.2	80.2	30.0	24.0	101.2	30.0	11.0	3.09	98.31±4.78
CTN-d₃	180.1	80.2	30.0	25.0	101.2	30.0	22.4	3.08	—

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1.5 质量控制

配制浓度分别为：1.56、3.13、6.25、12.50、25.00、50.00、100.00、150.00、200.00、250.00、300.00 μg·L⁻¹的混合标准溶液，绘制标准曲线，线性良好（R²≥0.999）。

为确定目标物回收率在合理范围内，每12个样品添加一组浓度为100.00 μg·L⁻¹的混合标准溶液为质控样品，结果显示目标物的回收率均在85%—105%之间。同时每12个样品添一组空白实验。

1.6 计算方法

利用水质参数法、生物标志物法和人均用水量法计算服务人口数，具体计算方法如式所示：

${{P}}_{{T}}\text=\frac{{C}_{T}\times F}{{{m}}_{{T}}}$

$(1)$

式（1）中，P_T是通过水质参数T计算后得到的服务人口数（万人）；C_T为水质参数T的浓度（mg·L⁻¹）；m_T是水质参数T的人均产生量（g·d⁻¹）；F为污水处理厂日均处理量（10⁴ m³·d⁻¹）。

本文选用的水质参数T为氨氮（NH₄-N），由于地区、生活习惯、年龄和性别比例的不同，人均排放量的比例亦不相同，结合文献调查结果^[13-14]和该市具体情况，人均排放量m_T取值为10 g·d⁻¹。

${{P}}_{{{S}}}=\frac{{C}_{{{S}}}\times F}{{{m}}_{{S}}}$

$(2)$

式（2）中，P_S是通过生物标志物S计算后得到的服务人口数（万人）；C_S为生物标志物S的浓度（mg·L⁻¹）；m_S是生物标志物的日产生量（g·d⁻¹）；F为污水处理厂日均处理量（10⁴ m³·d⁻¹）。

本文选用的生物标志物为可替宁，根据该市的烟草消耗、尼古丁含量及其在人体内代谢比例，运用水晶球软件模拟得到该市人均可替宁日产生量为1.47 mg·d⁻¹。

${{P}}_{Q}=\frac{Q}{1{0}^{-3}\overline{Q}}$

$(3)$

式（3）中，P_Q是通过人均用水量法计算得到的服务人口数（万人）；Q为污水处理厂日均处理污水量（10⁴ m³·d⁻¹）； $\overline Q$ 为该市人均用水量（L·d⁻¹）。

该市2019年水资源利用公报显示，城镇居民和农村居民人均用水量分别为123 L·d⁻¹和52.9 L·d⁻¹。

检验层次分析法建立模型的合理性与可靠性，需要对判断矩阵一致性进行检验，公式为：

$\mathrm{C}.\mathrm{I}.=\frac{{\lambda }_{max}-n}{n-1}$

$(4)$

$\mathrm{C}.\mathrm{R}.=\frac{{\rm{C}}.{\rm{I}}.}{{\rm{R}}.{\rm{I}}.}$

$(5)$

式（4）和（5）中，C.I.为计算一致性指标；λ_max为判断矩阵的最大特征值；n为矩阵阶数；R.I.是判断矩阵特征值的算术平均数，当n=4时取值0.90；C.R.为计算一致性比例。

精神活性物质滥用量及流行率的具体计算公式如下：

${{C}}_{\text{i,1}}=\frac{{{C}}_{\text{i,2}}\times {{M}}_{\text{i,1}}}{{E}\times{{M}}_{\text{i,2}}}$

$(6)$

式（6）中，C_i,1是精神活性物的浓度（μg·L⁻¹）；C_i,2是精神活性物质标志物的浓度（μg·L⁻¹）；M_i,1和M_i,2分别是精神活性物及其标志物的分子质量；E是精神活性物质标志物的代谢率，甲基苯丙胺的生物标志物为母体，代谢率为42%，海洛因的生物标志物为吗啡，代谢率为77%^[15]。

${m}_{i}=\frac{{C}_{i,1}\times {F}^{\text{'}}}{P}$

$(7)$

式（7）中，m_i是精神活性物质的人均滥用量（μg·d⁻¹）；C_i,1是精神活性物的浓度（10⁻³ μg·L⁻¹）；F'是污水处理厂进水流量（10⁴ m³·d⁻¹）；P是服务人口数（万人）。

$\mathrm{P}\mathrm{R}\left(\%\right)=\frac{{m}_{i}}{{R}_{18—60}\times D\times n}\times \text{100\%}$

$(8)$

式（8）中，PR为特定时间内，使用某种精神活性物质的人群数量占18——60岁总人数数量的比例；R_18—60是该市居民中18—60岁的成年人口比例，经调查该市居民18—60岁成年人口的比例为62.4%；D是精神活性物质使用的典型剂量大小（mg·次⁻¹），n是每天的平均使用频率（次·d⁻¹）。

Bao等^[16]研究发现，甲基苯丙胺的典型剂量为（135±80）mg·次⁻¹，平均使用频率为0.31 次·d⁻¹；陈小波，乔静等^[17-18]研究发现，海洛因的典型剂量为44 mg·次⁻¹，平均使用频率为2.40 次·d⁻¹。

2. 结果与讨论（Results and discussion）

2.1 污水处理厂服务人口数计算模型

计算所需相关参数大小如表2所示。通过各方法获得的污水处理厂服务人口数，相关数据如表3所示。

表 2 各方法相关参数

Table 2. Correlation parameters of each method

污水处理厂Sewage treatment plant	日处理污水量/万tDaily amount of sewage treated	NH₄-N/（mg·L⁻¹）	可替宁/（μg·L⁻¹）Cotinine concentration
S1	7.50	67.50	5.88
S2	15.00	60.72	5.29
S3	7.50	49.98	6.21
S4	5.50	49.57	6.07
X1	1.00	107.93	8.05
X2	0.50	30.97	4.46
X3	0.30	50.45	6.34
X4	2.00	28.39	4.14

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表 3 污水处理厂服务人口数（万人）

Table 3. Population served by sewage treatment plant （ten thousand people）

污水处理厂Sewagetreatment plant	专家估算人口Expert estimates of population	设计容量法Design capacity method	水质参数法Water quality parameter method	生物标志物法Biomarker method	人均用水量法Per capita water consumption	多参数模型法Multi-parameter model method
S1	41.1	30.0	50.6	30	48.8	37.2
S2	52.1	70.0	91.1	54	85.4	68.1
S3	40.7	50.0	37.5	32	42.7	36.3
S4	22.0	27.0	27.3	23	44.7	27.2
X1	4.70	6.00	11.0	5.5	15.3	8.08
X2	2.00	2.30	1.50	1.5	4.80	2.00
X3	1.54	3.00	1.50	1.3	4.00	1.85
X4	5.72	8.00	5.70	5.6	30.7	9.10

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专家估算人口是以该市统计年鉴人口数为基础，结合污水处理厂日内污水流量波动、日间污水处理量波动和污水来源组成等因素综合推算得到的污水处理厂服务人口数。Castiglioni等^[19]认为专家估算人口是最可靠的服务人口数的估算方法，因此以专家估算人口数为标准判断各方法推算服务人口数的准确度。但是该方法耗时耗力且经济成本较高。设计容量法是一种较为方便和简单获得服务人口数的方法，但是设计容量法获得的人口数更偏向污水处理厂初建设计的服务人口数，获得的服务人口数往往高于实际人口数。但也存在一些污水处理厂满负荷运行，甚至高于污水处理厂初建设计的服务人口数，如S1。而通过水质参数法推算的服务人口数，会受到工业污水的影响，导致主城区服务人口数偏高。主要是因为主城区4个污水处理厂的工业污水业占比较高，导致氨氮数据偏高，从而影响服务人口数的估算。生物标志物法推算的服务人口数也会与真实服务人口数有所差异，这是因为可替宁是尼古丁通过细胞色素P450（CYP）亚型2A6介导产生的代谢物^[20]，年龄和身体状况的差异，会导致尼古丁代谢为可替宁的比例不同。人均用水量法推算得到的服务人口数明显偏高，主要原因有两个方面，一是污水处理厂的人均用水量数据比实际值高；二是污水处理厂的工业污水占比比登记值高，从而导致推算结果的偏高。

由此可见，使用不同方法推算污水处理厂的服务人口数会得到不同的数据，每种方法都有其自身的特点和局限性，为减小单个计算方法带来的不确定性，本文使用层次分析法对不同参数所占的权重进行计算，建立污水处理厂服务人口数多参数计算模型。

在层次分析中，以可替宁计算得到的服务人口数为基础，其他方法推算的服务人口数与可替宁推算人口的相关系数矩阵（表4）作为依据，使用1—9标度法对重要性进行对比打分，将服务人口数相关系数矩阵转为服务人口数判断矩阵（表5），对不同方法的权重进行赋值。

表 4 服务人口数相关系数矩阵

Table 4. Correlation coefficient matrix of service population

	设计容量人口Design capacity population	水质参数法Water quality parameter method	生物标志物法Biomarker method	人均用水量法Per capita water consumption
设计容量人口	1	0.55	0.43	0.83
水质参数法		1	0.53	0.77
生物标志物法			1	0.57
人均用水量法				1

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表 5 服务人口数判断矩阵

Table 5. Judgment matrix of service population

	设计容量人口Design capacity population	水质参数法Water quality parameter method	生物标志物法Biomarker method	人均用水量法Per capita water consumption
设计容量人口	1	1/4	1/5	1
水质参数法	4	1	1/4	2
生物标志物法	5	4	1	3
人均用水量法	1	1/2	1/3	1

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计算得到的多参数人口模型公式为：

$P=0.09\times P_{设计容量法}+0.23\times P_{水质参数法}+0.55\times P_{生物标志物法}+0.13\times P_{人均用水量法}$

$(9)$

对矩阵的一致性进行检验，得到C.R.为0.078<0.1，认为矩阵的一致性是可以接受的。

各方法计算得到的服务人口数与专家估算服务人口数相关性分析如图1所示。相关性分析中，设计容量法的R²=0.9037，水质参数法的R²=0.8850，生物标志物法的R²=0.9238，人均用水量法的R²=0.8238，多参数模型法的R²=0.9472，其中多参数模型法得到的服务人口数与专家估算的服务人口数相关性最强,更能够准确反映服务人口数。

图 1 各方法相关性分析

Figure 1. Correlation analysis of different methods

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2.2 全市精神活性物滥用情况

该市2019和2020年甲基苯丙胺和海洛因人均滥用量如图2所示。在2019年和2020年两次精神活性物质滥用调查中，每个样品均检出甲基苯丙胺和吗啡，甲基苯丙胺的人均滥用量分别为（112.60±25.20）μg·d⁻¹和（92.81±28.41）μg·d⁻¹；海洛因的人均滥用量分别为（31.70±10.93）μg·d⁻¹和（25.65±11.42）μg·d⁻¹。以《2019年中国毒品形势报告》、《2020年中国毒情形势报告》和该市公安部门提供的吸食精神活性物质信息为基础，从图2可以看出，该市主要吸食的传统精神活性物质为甲基苯丙胺，这也与《2020年中国毒情形势报告》相一致，同时该地区海洛因滥用量水平低于全国滥用量水平^[21-22]。与2019年相比，2020年精神活性物质滥用量有所减小。我国传统精神活性物质以甲基苯丙胺和海洛因为主，因此精神活性物质总滥用量多采用两种物质加和的形式^[21-22]，该市精神活性物质总滥用情况为2019年（144.30±30.56）μg·d⁻¹和2020年（118.46±37.34）μg·d⁻¹。这与该市公安部门自2019年起加强对精神活性物质制造、贩售和吸食等行为的打击力度有着密不可分的关系。同时考虑到我国有近85%的毒品来源于金三角、金新月和北美等境外地区，2020年新冠疫情致使国内涉毒行为和境外流动受限也是导致精神活性物质滥用量下降的一个原因。对该市八个主城区及县（市、区）的精神活性物质滥用调查发现该市S2和S3的AMP/METH比值高于苯丙胺全部由甲基苯丙胺代谢的理论比值0.05—0.24^[23]（S2比值为0.99±0.17，S3比值为0.83±0.19），说明这两个地区苯丙胺存在其他来源。我国临床禁止使用苯丙胺类药物，因此可以推断这两个地区存在苯丙胺的滥用。同时该市的滥用量均小于北京、广州和大连等地^[24-26]，主城区高于县（市、区），说明精神活性物质的滥用情况与经济发展程度有关。这也与Bishop等^[27]对小城市和农村精神活性物质的滥用量调查结果相一致，城市化水平和经济发展程度更高以及富裕人口更多的小城市，精神活性物质的滥用量高于农村精神活性物质的滥用量。经济的迅速发展导致人们生活节奏变快，在心理上，人们往往会选择吸食精神活性物质来释放压力，从而使得经济条件发达的地区精神活性物质的滥用情况更严重。

图 2 目标区域甲基苯丙胺（a）和海洛因（b）人均滥用量

Figure 2. Methamphetamine （a） and heroin （b） abuse per capita in target areas

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2.3 全市精神活性物质流行率

该市2019和2020年精神活性物质流行率，如表6所示。该市2019和2020年甲基苯丙胺的流行率分别为0.49%±0.17%和0.34%±0.11%，2019和2020年海洛因的流行率分别为0.48‰±0.17‰和0.39‰±0.18‰。该市18—60岁成年人甲基苯丙胺的流行率在Shao等^[28]调查的全国15—65岁成年人甲基苯丙胺流行率0.08%—1.25%范围内，低于Pei等^[29]对北京甲基苯丙胺流行率的估算。海洛因流行率低于Du等^[26]调查的全国主要城市海洛因的平均流行率1.01‰。甲基苯丙胺的流行率与海洛因的流行率相比处于较高水平，这也与近年来甲基苯丙胺缉获量远高于海洛因缉获量这一事实相符合。造成以上现象的主要原因是甲基苯丙胺在中国更容易获得，其合成几乎不受地理位置的限制，从而导致甲基苯丙胺的流行率在某种程度上远高于海洛因的流行率。

表 6 精神活性物质流行率

Table 6. Epidemic rate of psychoactive substances

污水处理厂Sewage treatment plant	2019年		2020年
污水处理厂Sewage treatment plant	METH流行率/%Prevalence rate	MOR流行率/‰Prevalence rate	METH流行率/%Prevalence rate	MOR流行率/‰ Prevalence rate
S1	0.46	0.48	0.57	0.56
S2	0.60	0.48	0.41	0.55
S3	0.49	0.39	0.37	0.23
S4	0.45	0.43	0.28	0.35
X1	0.30	0.54	0.24	0.44
X2	0.26	0.19	0.19	0.05
X3	0.50	0.52	0.32	0.60
X4	0.83	0.83	0.35	0.35

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3. 结论（Conclusion）

利用设计容量法、水质参数法、生物标志物法和人均用水量法对污水处理厂的服务人口数进行推算，使用层次分析法对权重进行赋值，建立了更合理的污水处理厂服务人口数估算模型，同时评估了2019和2020年该市精神活性物质的滥用量和流行率。结果显示，该市2019和2020年甲基苯丙胺的人均滥用量为（112.60±25.20）μg·d⁻¹和（92.81±28.41）μg·d⁻¹，流行率为0.49%±0.17%和0.34%±0.11%；海洛因的人均滥用量（31.70±10.93）μg·d⁻¹和（25.65±11.42）μg·d⁻¹，流行率为0.43‰±0.10‰和0.41‰±0.18‰。该市2020年较2019年精神活性物质的滥用量有所下降，不仅是因为公安机关加大了对毒品制造、贩卖、吸食的打击力度，也是新冠疫情防疫措施导致毒品的流通受阻所带来的结果，同时经济发展水平在一定程度上也影响了精神活性物质的滥用程度。

图 1 实验装置工艺流程图

Figure 1. Schematic diagram of the experimental device

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图 2 实验装置平面设计图

Figure 2. Plan design diagram of two experimental devices

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图 3 挂膜前后好氧池和厌氧池填料照片

Figure 3. Photos of bio-carrier in aerobic and anaerobic tank before and after biofilm formation

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图 4 进水位置及比例对COD去除效果的影响

Figure 4. Effect of the inlet position and proportion on COD removal efficiency

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图 5 进水位置及比例对氨氮去除效果的影响

Figure 5. Effect of the inlet position and proportion on ammonia nitrogen removal efficiency

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图 6 进水位置及比例对总氮去除效果的影响

Figure 6. Effect of the inlet position and proportion on total nitrogen removal efficiency

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图 7 水力停留时间对COD去除效果的影响

Figure 7. Effect of the hydraulic retention time on COD removal efficiency

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图 8 水力停留时间对氨氮去除效果的影响

Figure 8. Effect of the hydraulic retention time on ammonia nitrogen removal efficiency

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图 9 水力停留时间对总氮去除效果的影响

Figure 9. Effect of the hydraulic retention time on total nitrogen removal efficiency

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图 10 多级生物接触氧化工艺不同段出水中氮浓度变化曲线

Figure 10. Variation curve of nitrogen concentration in the effluent of multi-stage biological contact oxidation process

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图 11 多级生物接触氧化工艺不同段属水平和门水平的微生物组成和相对丰度

Figure 11. Relative abundances of top 15 from bacterial communities at genus and phylum levels along multi-stage biological contact oxidation process

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[1]	RAHIMI Y, TORABIAN A, MEHRDADI N, et al. Simultaneous nitrification–denitrification and phosphorus removal in a fixed bed sequencing batch reactor (FBSBR)[J]. Journal of Hazardous Materials, 2011, 185(2/3): 852-857.
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[3]	LIM E T, JEONG G T, BHANG S H, et al. Evaluation of pilot-scale modified A²O processes for the removal of nitrogen compounds from sewage[J]. Bioresource Technology, 2009, 100(24): 6149-6154. doi: 10.1016/j.biortech.2009.06.072
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[5]	徐建明. 生物接触氧化强化脱氮净化微污染水源水的工艺优化实验与中试设计[D]. 福州: 福建师范大学, 2017.
[6]	罗峰, 盛得洋, 张忠祥, 等. 生物接触氧化法去除微污染水中氨氮的中试研究[J]. 中国给水排水, 2022, 38(20): 109-115.
[7]	QIN W, LUO Y, ZHAO W, et al. Performance and microbial characteristics of a novel pilot-scale tubing biological contact oxidation reactor for rural drinking water[J]. Journal of Water Process Engineering, 2021, 43: 102290. doi: 10.1016/j.jwpe.2021.102290
[8]	ZHOU J, WU Y, PAN J, et al. Pretreatment of pig manure liquid digestate for microalgae cultivation via innovative flocculation-biological contact oxidation approach[J]. Science of the Total Environment, 2019, 694: 133720. doi: 10.1016/j.scitotenv.2019.133720
[9]	边德军, 李清哲, 王帆, 等. 低温下分段进水多级A/O工艺脱氮规律分析[J]. 东北师大学报(自然科学版), 2021, 53(4): 106-112.
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期刊类型引用(1)

1.	高丽，韩彰，吕维先，欧斌，凌祯. 云南省山区农村生活污水治理与生态修复对策. 环境生态学. 2025(01): 83-88+182 . 百度学术

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图( 11)

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施引文献: 1

1. 材料与方法（Materials and methods）
1.1 实验材料
1.2 样品采集
1.3 样品前处理
1.4 样品分析
1.5 质量控制
1.6 计算方法
2. 结果与讨论（Results and discussion）
2.1 污水处理厂服务人口数计算模型
2.2 全市精神活性物滥用情况
2.3 全市精神活性物质流行率
3. 结论（Conclusion）

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随着城乡水环境保护治理要求日益严格，农村水环境污染治理问题逐渐成为关注的焦点^[1]。现有的城市污水处理工艺不适宜在污水总量小、分散且经济条件差、技术匮乏的农村地区采用，因此针对农村地区开发出水稳定达标、能耗低、运行管理简单的分散污水处理工艺对强化农村地区生活污水处理具有重要意义。

多级A/O工艺是一种高效的脱氮除磷污水处理工艺，在水处理中应用广泛，但由于好氧段的硝化液需要回流至缺氧段进行反硝化脱氮，能耗相对较高^[2-3]。分段进水多级A/O工艺通过将污水分段加入各缺氧段实现反硝化过程中的碳源补充，可有效降低工艺运行成本，具有操作灵活简便的特点，但传统的分段进水多级A/O工艺主要基于活性污泥法开发。多级生物接触氧化工艺具有填料固定生物量大、挂膜周期短、水力停留时间短、体积小等特点，在分散生活污水处理方面表现出优异潜力^[4-5]。将生物接触氧化工艺与多点进水技术相结合，实现生物接触氧化系统中碳源、溶解氧的再分配，有望进一步强化多级生物接触氧化工艺对低碳氮比生活污水的净化效能。

本研究针对传统生物接触氧化工艺的弊端，结合农村分散型生活污水的特点，设计多点进水的多级生物接触氧化工艺，将进水以不同比例投加到不同的生物接触氧化工艺段，利用原水中的有机物实现对缺氧段碳源补给和溶解氧的再分配，以实现对农村生活污水的高效低耗净化。

3. 结论

1)多点进水的多级生物接触氧化条件下，进水位置及比例对污染物去除效果具有明显影响。进水位置及比例为O1∶A1=4∶1时的出水效果最好，COD、NH₄⁺-N及TN的平均出水浓度分别为20.2、0.5、9.0 mg·L⁻¹，平均去除率分别为92.0%、97.1%、64.3%。

2) HRT对COD、氨氮和总氮去除效果有显著影响。随着HRT的减少，COD、氨氮和总氮的出水浓度逐渐升高，去除率逐渐降低，出水水质恶化，实验得出的最优水力停留时间为6.55 h。

3)多点进水条件下多级生物接触氧化工艺在好氧段内存在同步硝化反硝化过程，对总氮去除具有一定的提升作用，经缺氧段后总氮出水继续降低，末端好氧段后COD、氨氮及总氮均可达标出水。

参考文献 (10)

多点进水多级生物接触氧化工艺处理农村生活污水

作者简介: 马宁 (1983—) ，男，正高级工程师，ningmabwa@foxmail.com

通讯作者: 李炳华(1975—)，男，博士，正高级工程师，libinghua75@163.com;

Multi-stage biological contact oxidation process with multi-point influent for rural domestic sewage treatment

Corresponding author: LI Binghua, libinghua75@163.com ;

1. 材料与方法（Materials and methods）

1.1 实验材料

1.2 样品采集

1.3 样品前处理

1.4 样品分析

1.5 质量控制

1.6 计算方法

2. 结果与讨论（Results and discussion）

2.1 污水处理厂服务人口数计算模型

2.2 全市精神活性物滥用情况

2.3 全市精神活性物质流行率

3. 结论（Conclusion）

期刊类型引用(1)

其他类型引用(0)

计量

出版历程

多点进水多级生物接触氧化工艺处理农村生活污水

通讯作者: 李炳华(1975—)，男，博士，正高级工程师，libinghua75@163.com;

English Abstract

Multi-stage biological contact oxidation process with multi-point influent for rural domestic sewage treatment

Corresponding author: LI Binghua, libinghua75@163.com ;

全文HTML

1.1. 实验装置

1.2. 微生物挂膜

1.3. 实验水质

1.4. 运行工况

1.5. 仪器与方法

2.1. 不同工况下多级生物接触氧化工艺的COD去除效果

2.2. 不同工况下多级生物接触氧化工艺的氨氮去除效果

2.3. 不同工况下多级生物接触氧化工艺的总氮去除效果

2.4. 水力停留时间对多级生物接触氧化工艺去除COD效果的影响

2.5. 水力停留时间对多级生物接触氧化工艺去除氨氮效果的影响

2.6. 水力停留时间对多级生物接触氧化工艺去除总氮效果的影响

2.7. 多点进水多级生物接触氧化工艺的除氮过程分析

2.8. 多点进水多级生物接触氧化工艺微生物分析

目录

全文HTML

1.1. 实验装置

1.2. 微生物挂膜

1.3. 实验水质

1.4. 运行工况

1.5. 仪器与方法

2.1. 不同工况下多级生物接触氧化工艺的COD去除效果

2.2. 不同工况下多级生物接触氧化工艺的氨氮去除效果

2.3. 不同工况下多级生物接触氧化工艺的总氮去除效果

2.4. 水力停留时间对多级生物接触氧化工艺去除COD效果的影响

2.5. 水力停留时间对多级生物接触氧化工艺去除氨氮效果的影响

2.6. 水力停留时间对多级生物接触氧化工艺去除总氮效果的影响

2.7. 多点进水多级生物接触氧化工艺的除氮过程分析

2.8. 多点进水多级生物接触氧化工艺微生物分析