我国农村分散型污水处理设施与设备性能评估体系的建立

齐嵘; 周文理; 郭雪松; 陈梅雪; 严岩; 刘俊新; 杨敏; 李朋

doi:10.12030/j.cjee.202001109

我国农村分散型污水处理设施与设备性能评估体系的建立

1.
中国科学院生态环境研究中心，环境水质学国家重点实验室，北京 100085
2.
住房和城乡建设部村镇建设司，北京 100835
3.
中国科学院生态环境研究中心，水污染控制实验室，北京 100085
4.
中国科学院生态环境研究中心，城市与区域生态国家重点实验室，北京 100085
5.
信开水环境投资有限公司，北京 101199

作者简介: 齐嵘(1975—)，男，博士，助理研究员。研究方向：污水生物处理。E-mail：qirong@rcees.ac.cn

通讯作者: 刘俊新(1957—)，男，博士，研究员。研究方向：污水生物处理。E-mail：jxliu@rcees.ac.cn;

基金项目:
国家水体污染控制与治理科技重大专项(2017ZX07102004-002)；国家重点研发计划(2016YFC0400804)
中图分类号: X703

Establishment of the assessment system of Chinese decentralized wastewater treatment facilities and equipment

1.
State Key Laboratory of Environmental Aquatic Chemistry, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China
2.
Department of Village Construction, Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People’s Republic of China, Beijing 100835, China
3.
Laboratory of Water Pollution Control, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China
4.
State Key Laboratory of Urban and Regional Ecology, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China
5.
China Water Environment Group Limited, Beijing 101199, China

Corresponding author: LIU Junxin, jxliu@rcees.ac.cn ;

摘要: 我国农村分散型污水处理设施与设备正处于向正规化和可持续化转变的关键阶段。如何构建具有我国特色的农村分散型污水处理设施与设备的完整评估体系，真实提供科学评估后的处理效率，从而切实提高真正具有长期稳定运行能力的适用技术与设备的应用比率，这是我国当前农村分散型污水处理中亟需解决的关键问题。通过对欧、美、日等发达国家(地区)分散型污水处理设施与设备性能评估体系的系统剖析发现，这些国家在构建相关上位法律的基础上，建立标准化的评估流程与多样化的性能评估内容是评估体系能够真正发挥作用的重要保证。我国未来的评估体系应首先考虑建立合格的独立第三方评估主体，保证认证过程的公正性与评估结果的公平性；其次，认证内容方面则应坚持多元化的性能认证，引导未来分散型污水处理“因地制宜”的发展趋势；第三，提倡在标准进水及变化条件下对多类污染物的去除效率评价，体现设施运维的操作便利性，为未来可能的工艺组合中提供准确的污染物单元削减能力。我国的分散型污水处理设施与设备的评估体系的建立将为当前各项繁杂技术的比对提供统一客观依据，进一步地规范污水处理技术与设施设备的市场化选择运行，有效推广低成本、低能耗、易维护、高效率污水处理技术的实际应用，从而为农村人居环境改善中“梯次推进农村生活污水治理”的目标奠定坚实的技术评价基础。
- 农村污水处理设施 /
- 分散型污水 /
- 评估体系 /
- 独立第三方评估主体 /
- 国际经验
Abstract: Decentralized wastewater treatment facilities and equipment are at a critical stage of the transition to formalization and sustainability. How to build an entire evaluation system for these decentralized wastewater treatment facilities and equipment with Chinese essential characteristics, and genuinely provide the treatment efficiency after scientific evaluation, to indeed increase the application rate of applicable technologies and equipment with long-term stable operation capability, is a critical issue that needs to be urgently addressed in the current decentralized wastewater treatment. A systematic analysis of the performance evaluation systems of decentralized wastewater treatment facilities and equipment in developed countries such as Europe, the United States, and Japan found that the establishment of standardized evaluation processes and diversified performance evaluation content based on relevant overarching laws in these countries is an essential guarantee for the evaluation system to carry out function. The Chinese evaluation system should focus on establishing independent third-party assessment body, ensuring the impartiality of the certification process and the fairness of the evaluation results. The certification content should emphasize the diversified performance certification to guide the future development trend of ‘adaptation to local conditions’ for decentralized wastewater treatment. At the same time, the evaluation on the removal efficiencies of various types of pollutants under standard influent and changing conditions was advocated, which can reflect the operational convenience of facility operation and maintenance, and provide accurate pollutant reduction capacity per unit in possible future process combinations. The establishment of Chinese decentralized wastewater treatment facilities and equipment evaluation system will provide a unified and objective basis for the comparison of various complicated technologies, further regulate the market selection and operation of sewage treatment technologies, facilities and equipment, effectively promote the practical application of low-cost, low-energy, easy-to-maintain and high-efficiency sewage treatment technologies, and lay a solid technical evaluation basis for the goal of “gradually pushing the rural domestic sewage treatment forward” in the improvement of the rural human environment.
- rural wastewater treatment facilities /
- decentralized wastewater /
- facilities assessment system /
- independent third-party assessment body /
- international experience

酚类污染物是工业废水中常见的一类污染物，在石油精炼、塑料制造、树脂生产、农药生产、钢铁制造以及油漆生产等工业生产过程都有酚类污染物的产生^[1]。酚类污染物的种类很多，其中以苯酚、甲酚、氯酚的污染最为突出^[2]。由于苯酚及其衍生物有毒且难以降解，在水环境中分布广泛，已对生态环境造成损害，同时也严重威胁着人类的生存和发展，中国将苯酚、间甲酚、2，4-二氯苯酚、2，4，6-三氯苯酚、五氯苯酚和对硝基苯酚列入环境优先处理的污染物“黑名单”^[3]。因此，如何高效治理含酚废水十分重要。

含酚废水的处理方法有很多，主要分为物理法、化学法和生物法。其中生物法因其成本低、二次污染小等优点而被应用广泛^[4]。生物法处理含酚废水的关键在于降酚菌株的筛选^[5]，据报道，国内外学者已从环境中成功分离、筛选出了一些降酚菌株。SUHEIR等^[6]从橄榄油废物中分离出1株苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)，在96 h内对700 mg·L⁻¹苯酚的最大去除率可达到88.6%；JIANG等^[7]从工业废水处理系统中分离出1株德巴利氏酵母(Debaryomyces)，在32 h内可完全降解500 mg·L⁻¹苯酚；贾子龙^[8]从焦化废水中分离出1株假单胞菌(Pseudomonas sp.)，可在78 h内完全降解360 mg·L⁻¹间甲酚；黄强等^[9]筛选得到1株铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)，其降解50 mg·L⁻¹对硝基苯酚需要8 h；于彩虹等^[10]从首钢焦化废水处理系统中分离出蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)，其完全降解400 mg·L⁻¹和800 mg·L⁻¹苯酚所需要的时间分别为24 h和72 h。这些菌株均能以单一酚为唯一碳源进行生长，但在有其他有机碳源存在时酚类物质降解的研究较少。酚类污染物种类繁多，寻求具有对酚类污染物的降解广谱性，能够降解不同酚类物质的菌株对含酚废水的生物处理具有重要意义。同时，为了更好地研究降酚菌对酚类污染物的降解机理，降解动力学的研究是必不可少的^[11]。微生物降解动力学有助于微生物处理的设计、运行合理化与科学化，克服长期以来微生物处理的设计和运行多为根据经验数据来进行的局限，为酚类污染物的生物处理提供理论依据^[12]。

本研究报道了1株能以多种酚类污染物作为唯一碳源生长的红球菌对酚类污染物的耐受性，并针对其在耐受性强的3种酚中的生长情况结合降解特性进行了分析，发现该菌株在其他有机碳源存在时表现出更高的酚降解效率，这一特性更利于在酚类污染物土壤、水体治理中的实际应用。为阐明该菌株对苯酚、间甲酚、邻苯二酚3种酚类污染物的最适降解环境，根据菌株对3种酚的最小抑菌浓度，选择合适的浓度梯度建立动力学模型，为酚类污染物的治理提供技术基础。

1. 材料与方法

1.1 实验原料

实验用菌株为嗜联苯红球菌(Rhodococcus biphenylivorans)，命名为B403，由湖北大学省部共建生物催化与酶工程国家重点实验室筛选，其保藏编号为CCTCC NO：M 2019087。

实验过程中所使用的培养基有3种类型：LB培养基、无机盐培养基、LB-无机盐混合培养基。LB培养基：胰蛋白胨10 g·L⁻¹、酵母提取物5 g·L⁻¹、NaCl 10 g·L⁻¹。无机盐培养基：NaCl 0.2 g·L⁻¹、KH₂PO₄ 0.5 g·L⁻¹、K₂HPO₄ 0.5 g·L⁻¹、NH₄NO₃ 1 g·L⁻¹、MgSO₄·7H₂0 0.2 g·L⁻¹、FeSO₄·7H₂0微量。LB-无机盐混合培养基：胰蛋白胨5 g·L⁻¹、酵母提取物2.5 g·L⁻¹、NaCl 5.1 g·L⁻¹、KH₂PO₄ 0.25 g·L⁻¹、K₂HPO₄ 0.25 g·L⁻¹、NH₄NO₃ 0.5 g·L⁻¹、MgSO₄·7H₂0 0.1 g·L⁻¹、FeSO₄·7H₂0微量。

以上培养基调节pH至6.5~7.0，121 ℃蒸汽灭菌后30 min备用，每组设置3个平行，酚类污染物配成5 g·L⁻¹母液过滤除菌后按需加入培养基中。

1.2 实验方法

分别配制苯酚、间甲酚、对硝基苯酚、2，4-二氯苯酚、2，4，6-三氯苯酚和邻苯二酚母液，设置苯酚浓度为1 100~1 200 mg·L⁻¹、间甲酚浓度为600~700 mg·L⁻¹、邻苯二酚浓度为600~700 mg·L⁻¹、对硝基苯酚浓度为100~200 mg·L⁻¹、2，4-二氯苯酚浓度为0~100 mg·L⁻¹、2，4，6-三氯苯酚浓度为0~80 mg·L⁻¹。测定2，4，6-三氯苯酚时每支试管浓度相差8 mg·L⁻¹，其他酚类每支试管浓度相差10 mg·L⁻¹。按0.6%的接种量接入菌株B403菌悬液，于28 ℃、200 r·min⁻¹恒温摇床中培养24 h，肉眼观察，试管中溶液保持澄清时的最低浓度为最小抑菌浓度(MIC)，通过最小抑菌浓度表征菌株对这6种酚的耐受性。

用LB液体培养基活化菌株B403单菌落，48 h后分别接种菌液至LB培养基、无机盐培养基、LB-无机盐混合培养基中培养，控制接种后培养基中初始OD₆₀₀=0.1，在3种培养基中加入同1种酚，每个处理设置3个重复，于28 ℃、200 r·min⁻¹恒温摇床中培养51 h，每3 h 取样1次测定细菌生长量。同时取样1 mL培养液至EP管中，在12 000 r·min⁻¹离心5 min后取上清液，用双蒸水稀释50倍，经0.22 μm的有机相微孔滤膜过滤，高效液相色谱法测定酚含量。苯酚、间甲酚、邻苯二酚初始浓度均设置为500 mg·L⁻¹。

1.3 分析方法

细菌生长量的测定：用空白培养基做参比，在波长600 nm下测定菌液的光吸收值，记作OD₆₀₀，反映液体培养基中该菌株的生长状况。

苯酚含量的测定：高效液相色谱法^[13]，XDB-C18(5 μm，4.5 mm×150 mm)色谱柱，体积分数为50%的甲醇溶液为流动相，流速0.5 mL·min⁻¹，柱温25 ℃，进样量10.00 μL，苯酚、间甲酚、邻苯二酚检测波长分别为270、272、270 nm。苯酚去除率按式(1)计算：

$\eta =\frac{{{C_0} - C}}{{{C_0}}} \times 100\%$

$(1)$

式中： $\eta$ 为去除率，%；C₀为初始苯酚浓度，mg·L⁻¹；C为反应后苯酚浓度，mg·L⁻¹。

2. 结果与讨论

2.1 菌株B403对不同酚类污染物的耐受性

菌株B403在苯酚、间甲酚、邻苯二酚、对硝基酚、2，4-二氯苯酚、2，4，6-三氯苯酚中的生长情况如表1所示。根据实验结果，菌株B403在实验浓度范围内的6种酚中均能生长，但对酚的耐受能力存在差异。菌株B403对苯酚的耐受能力最强，最小抑菌浓度为1 190 mg·L⁻¹；其次是间甲酚和邻苯二酚，最小抑菌浓度分别为630 mg·L⁻¹和700 mg·L⁻¹；该菌对硝基苯酚、2，4-二氯苯酚、2，4，6-三氯苯酚的最小抑菌浓度分别为140、70、48 mg·L⁻¹，说明这3种酚对菌株B403的生长抑制较为强烈，可能与这3种酚中含有的硝基和卤原子取代基有关^[14]。在耐受性实验基础上，选取耐受能力较强的苯酚、间甲酚和邻苯二酚考察菌株在不同碳源条件下的生长和降酚特性。

表 1 菌株B403在不同浓度酚类物质中的生长情况

Table 1. Growth of strain B403 in different concentrations of phenolic substances

苯酚/(mg·L⁻¹)	间甲酚/(mg·L⁻¹)	邻苯二酚/(mg·L⁻¹)	对硝基苯酚/(mg·L⁻¹)	2,4-二氯苯酚/(mg·L⁻¹)	2,4,6-三氯苯酚/(mg·L⁻¹)
1 100+++	600+++	600+++	100+++	0+++	0+++
1 110+++	610++	610+++	110+++	10+++	8+++
1 120+++	620+	620+++	120++	20+++	16+++
1 130+++	630-	630+++	130+	30+++	24++
1 140+++	640-	640++	140-	40+++	32+
1 150++	650-	650++	150-	50++	40+
1 160+	660-	660++	160-	60+	48-
1 170+	670-	670++	170-	70-	56-
1 180+	680-	680+	180-	80-	64-
1 190-	690-	690+	190-	90-	72-
1 200-	700-	700-	200-	100-	80-
注：“+++”表示细菌生长量多，“++”表示细菌生长量较多，“+”表示细菌生长量较少，“-”表示不能生长，最小抑菌浓度加粗。

| Show Table

DownLoad: CSV

2.2 不同碳源条件下菌株B403在酚类污染物中的生长和降解情况

1)菌株B403在苯酚中的生长情况和降解效率

以500 mg·L⁻¹苯酚为底物，初始接种OD₆₀₀一致，测定菌株B403生长量和苯酚含量，菌株B403在苯酚-无机盐培养基、苯酚-LB培养基及苯酚-LB-无机盐混合培养基中的生长曲线和对苯酚的降解曲线如图1和图2所示。3种培养基中菌株B403表现出不同的生长特性，在苯酚-LB培养基中，菌株B403的生长状况最佳，在51 h内OD₆₀₀最大可增加至10.85。在苯酚-LB-无机盐混合培养基生长状况次之，51 h内OD₆₀₀最高值为6.65。而在苯酚-无机盐培养基中，菌株B403的生长状况最差，在51 h内OD₆₀₀最大值仅为0.97，这说明该菌能够以苯酚为唯一碳源生长，且在有其他有机碳源存在的情况下能快速提高菌株的生物量。苯酚-LB培养基和苯酚-LB-无机盐混合培养基的菌株在前15 h内生长情况基本一致。18 h后，菌株B403在苯酚-LB培养基和苯酚-LB-无机盐混合培养基中的生长明显加快，相比在无机盐培养基中差异更为明显，说明在生长前期苯酚对菌株B403生长有一定的抑制作用，这种抑制作用在苯酚作为单一碳源时更为显著。在含有其他有机碳源的条件下，18 h之后苯酚对菌株的生长抑制减弱，菌株快速进入对数期，而苯酚为唯一碳源条件下，苯酚对菌株的生长抑制并没有随着时间的增加而减弱。

图 1 菌株B403以苯酚为底物时在3种培养基中的生长情况

Figure 1. Growth of strain B403 in three mediums with phenol as substrate

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 2 菌株B403在3种培养基中对苯酚的降解特性

Figure 2. Phenol degradation characteristics by strain B403 in three media

下载: 全尺寸图片幻灯片

菌株B403在不同培养基中酚降解效率存在明显差异，15 h时，苯酚-LB-无机盐混合培养基中菌株B403对苯酚的降解率最高，达到了98.92%，在苯酚-LB培养基中的苯酚降解率为85.87%。处理18 h后，2种培养基中的苯酚被完全降解，而苯酚-无机盐培养基中的菌株酚降解效率仅为62.27%，处理30 h能达到97.85%，菌株B403在苯酚-无机盐培养基中的降解效率最低与其低生物量密切相关^[15]。添加有机碳源不仅能够增强该菌株对酚的耐受性，而且提高了生物酚降解效率^[16-17]，在实验过程中发现，在苯酚降解过程中会产生邻苯二酚和顺，顺式黏糠酸等中间产物，但这些中间产物量非常小，与已报道的文献一致^[18-19]。低浓度邻苯二酚和顺，顺式黏糠酸等中间产物对菌株生物生长抑制较弱，因此，推测在菌株B403生物降解苯酚的过程中主要抑制物为苯酚。18 h后，在苯酚-LB培养基和苯酚-LB-无机盐混合培养基中的苯酚完全被降解，此时菌株B403利用其他有机碳源继续生长，生长速率大幅度提升。菌株B403在苯酚-LB-无机盐混合培养基的降解效率高于在苯酚-LB培养基中的降解效率，这说明在含有较高生物量的情况下，添加少量的无机盐离子对该菌株降解苯酚有促进作用。

关于苯酚的微生物降解已经有了大量的研究，陈晓华等^[20]筛选了1株苍白杆菌(Ochrobactrum sp.)在30 ℃、初始pH=7.0、接种量为5%、初始苯酚浓度为400 mg·L⁻¹的条件下，完全降解苯酚需要24 h；沈娥等^[21]分离了1株红球菌W2，在30 ℃、pH=7.0、50 g·L⁻¹NaCl 条件下，其降解500 mg·L⁻¹苯酚需要78 h；高振贤等^[22]发现Ralstonia metallidurans CH34菌株降解4 mmoL·L⁻¹苯酚需要48 h。菌株B403在苯酚为唯一碳源的条件下，其降解苯酚能力明显高于以上文献报道中的菌株，在此基础上添加常规碳源可大幅提高该菌株的苯酚降解能力，含酚工业废水以及土壤中往往含有丰富的常规碳源，这一特性更利于菌株B403在环境领域实际应用。

2)菌株B403在间甲酚中的生长情况和降解效率

以500 mg·L⁻¹间甲酚为底物，其他条件同上，绘制生长曲线和降解曲线，如图3和图4所示。结果表明，在间甲酚-LB培养基中，在51 h内OD₆₀₀最大增加到8.58，菌株B403的生长状况最佳。在间甲酚-LB-无机盐混合培养基生长状况次之；51 h内最高增长到5.23。而在间甲酚-无机盐培养基中，菌株B403的生长状况最差，在51 h内OD₆₀₀最大仅增长到0.44。这说明该菌不仅能以苯酚为唯一碳源生长，在间甲酚为唯一碳源时也能生长。当间甲酚为唯一碳源时，间甲酚及其代谢中间产物对菌株生长均有持续抑制作用，因而菌株生物量较低，而在有其他有机碳源存在时，18 h后间甲酚及其代谢中间产物对菌株的生长抑制作用减弱，导致菌株生物量大幅度提高。彭丽花等^[23]发现Citrobacter farmeri sp.在间甲酚完全降解的反应液中，中间产物所带来的TOC占总TOC的25%左右，间甲酚中间产物进一步转化反应可能受到某种条件的制约。菌株B403在含苯酚的3种培养基中的生物量高于含同浓度间甲酚的3种培养基中的生物量可能与此相关。

图 3 菌株B403以间甲酚为底物时在3种培养基中的生长情况

Figure 3. Growth of strain B403 in three media with m-cresol as substrate

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 4 B403在3种培养基中对间甲酚的降解特性

Figure 4. M-cresol degradation characteristics by strain B403 in three media

下载: 全尺寸图片幻灯片

菌株B403在不同培养基中对间甲酚的降解效率存在明显差异。在12 h时，间甲酚-LB-无机盐混合培养基中菌株B403对间甲酚的降解率达到67.49%，15 h间甲酚被完全降解；间甲酚-LB培养基中在12 h时对间甲酚降解率为48.17%，15 h达到99.93%，18 h间甲酚被完全降解；而在18 h时甲酚-无机盐培养基中的菌株对间甲酚的降解率仅为66.34%，30 h后间甲酚被完全降解。间甲酚-LB培养基和间甲酚-LB-无机盐混合培养基中的间甲酚完全降解后，菌株B403可以利用其他有机碳源继续生长，生长速率大幅度提升。菌株B403在间甲酚-LB-无机盐混合培养基的降解效率高于在间甲酚-LB培养基中的降解效率，说明在含有较高生物量的情况下，添加适量无机盐离子对该菌降解间甲酚有一定的促进作用。菌株B403在间甲酚-LB培养基和间甲酚-LB-无机盐混合培养基中的高生物量和比生长速率大幅度地提升了其对间甲酚的降解效率。葛启隆^[24]发现1株短芽孢杆菌(Brevibacillus borstelensis)，在添加200 mg·L⁻¹琥珀酸后降解300 mg·L⁻¹间甲酚所需时间缩短了20 h，与上述文献结果相符。

白静等^[25]得到1株降酚菌Alcaligenes faecalis sp.，其对间甲酚最大降解能力250 mg·L⁻¹，需要118 h才能降解完全。WANG^[26]利用Paecilomyces variotii JH6降解300 mg·L⁻¹间甲酚，在65 h时间甲酚去除率达到96.4%。通过实验对比发现，菌株B403具有更高的间甲酚降解能力。

3)菌株B403在邻苯二酚中的生长情况和降解效率

以500 mg·L⁻¹邻苯二酚为底物，其生长和降解特性如图5和图6所示。与苯酚、间甲酚结果类似，在邻苯二酚-LB培养基中，菌株B403的生长状况最佳，在51 h内OD₆₀₀最大值为到13.09；其次是邻苯二酚-LB-无机盐混合培养基，在51 h内OD₆₀₀最高增长为8.68；而在邻苯二酚-无机盐培养基中，菌株B403的生长状况最差，在51 h内OD₆₀₀最大仅增长到0.36。这说明菌株能够以邻苯二酚为唯一碳源进行代谢生长，并且有外加碳源存在时，对菌株生物量有大幅提高。邻苯二酚-LB培养基和邻苯二酚-LB-无机盐混合培养基的菌株在前6 h内生长速率基本一致。9 h后，生长速率均有了明显提升，这说明其他有机碳源能够减弱邻苯二酚对菌株的生长抑制，菌株进入对数生长期，与苯酚和间甲酚生长情况相比，菌株进入对数期时间更短，且在18 h后菌株进入衰亡期，这说明邻苯二酚对菌株具有持续的生长抑制。

图 5 菌株B403以邻苯二酚为底物时在3种培养基中的生长情况

Figure 5. Growth of strain B403 in three media with catechol as substrate

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 6 菌株B403在3种培养基中对邻苯二酚的降解特性

Figure 6. Catechol degradation characteristics of strain B403 in three media

下载: 全尺寸图片幻灯片

菌株B403在不同培养基中对邻苯二酚的降解效率也存在明显差异。邻苯二酚-LB培养基中菌株完全降解邻苯二酚仅需15 h，邻苯二酚-LB-无机盐混合培养基中18 h后完全降解，此时邻苯二酚-无机盐培养基中菌株对邻苯二酚的降解率仅为46.27%。该菌株在无机盐培养基中对邻苯二酚的降解效率最差，在51 h时仍然没有完全降解，降解率为64.16%。邻苯二酚是苯酚降解的中间产物^[27]，邻苯二酚既可以促进微生物生长，同时也可能具有生物毒害作用抑制微生物生长^[28]。邓维琴等^[29]确定了1株鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas sp. SC-1)能在48 h降解100 mg·L⁻¹邻苯二酚。程珂珂等^[30]发现1株邻苯二酚降解菌，当邻苯二酚浓度超过400 mg·L⁻¹时菌株生长会受到明显抑制，邻苯二酚降解率仅能达到45%。当无机盐培养基中含有高浓度邻苯二酚时，菌株B403生长受到了明显抑制，菌株快速进入衰亡期，邻苯二酚无法完全降解，说明高浓度邻苯二酚对菌株有较强抑制作用。在邻苯二酚-LB培养基和邻苯二酚-LB-无机盐混合培养基中，菌株B403能够正常生长，邻苯二酚降解效率也有所提高，表明其他有机碳源的存在可以缓解邻苯二酚对菌株B403的抑制作用。与苯酚、间甲酚底物情况不同，菌株B403在LB培养基中对邻苯二酚的降解效率最佳，这说明无机盐离子的存在对菌株降解邻苯二酚没有促进作用。

实验结果表明，菌株B403的降解底物具有广谱性，在好氧条件下不仅能够将苯酚作为碳源进行生长和降解苯酚，还能在一定浓度范围内降解间甲酚和邻苯二酚。菌株B403的生长与苯酚降解同步进行，分别以3种酚为唯一碳源时，苯酚和间甲酚对菌株B403生长抑制程度相近，邻苯二酚对菌株生长抑制作用更强。在有其他有机碳源存在时，3种酚对菌株的生长抑制均有缓解，菌株生物量大幅增长，极大促进了菌株对3种酚的降解。此外，无机盐离子对苯酚和间甲酚的降解也有一定促进作用，而对邻苯二酚的降解没有起到促进作用。

2.3 菌株B403降解酚类污染物的动力学

国内外已有一系列酚类降解动力学模型^[31]，对于酚类底物既是反应基质又是抑制剂的生物降解过程，通常采用Haldane方程来模拟底物降解动力学过程^[32]。分别以500 mg·L⁻¹苯酚、邻苯二酚、间甲酚作为底物，降解速率最高的培养基为实验用培养基，苯酚和间甲酚采用LB-无机盐混合培养基，邻苯二酚采用LB培养基，进行降解动力学实验。根据最小抑菌浓度设置浓度梯度，投加菌株B403后在不同降解时间下测定培养液中3种酚的浓度，对实验数据进行拟合并求出Haldane方程参数。Haldane方程如式(2)所示。

$q = {q_{\rm{m}}}{S_{\rm{o}}}/\left[ {{K_{\rm{s}}} + {S_{\rm{o}}} + \left( {S_{\rm{o}}^2/{K_{\rm{I}}}} \right)} \right]$

$(2)$

式中：q为比底物利用速率，h⁻¹；q_m为最大比底物利用速率，h⁻¹；S_o为初始底物浓度，mg·L⁻¹；K_s为底物亲和常数，mg·L⁻¹；K_I为底物抑制常数，mg·L⁻¹。

将实验结果在matlab 7.0中进行非线性回归分析，得到所有分离物的动力学参数(q_m，K_s，K_I)，如表2所示。由SSE和R²可以看出，苯酚、间甲酚、邻苯二酚的降解动力学均符合Haldane方程，拟合情况良好。图7为菌株B403降解3种酚的降解曲线，图7(a)为苯酚降解曲线，完全降解200、400、600、800、1 000、1 200 mg·L⁻¹苯酚所需时间分别为12、15、18、24、30、45 h；图7(b)为间甲酚降解曲线，完全降解100、200、300、400、500、600 mg·L⁻¹间甲酚所需时间分别为9、9、12、15、18、21 h；图7(c)为邻苯二酚降解曲线，完全降解100、200、300、400、500、600 mg·L⁻¹邻苯二酚所需时间分别为9、12、12、15、18、21 h。根据3种酚的降解曲线可知，菌株B403降解酚类污染物的滞后期随着浓度升高明显延长，不同初始浓度具有相同降解率可能与取样时间间隔有关。

表 2 由Haldane模型得到的菌株B403降解苯酚、间甲酚、邻苯二酚的动力学参数

Table 2. Degradation kinetic parameters of phenol, m-cresol and catechol by strain B403 obtained from Haldane model

酚类污染物	q_m/h⁻¹	K_s/(mg·L⁻¹)	K_I/(mg·L⁻¹)	SSE	R²
苯酚	0.503	270.9	69	0.039	0.97
间甲酚	0.672	171.9	23.74	0.024	0.998
邻苯二酚	1.749	541.9	42.61	0.051	0.954

| Show Table

DownLoad: CSV

图 7 菌株B403对不同浓度的苯酚、间甲酚、邻苯二酚的降解曲线

Figure 7. Degradation curves of phenol, m-cresol and catechol with different concentrations by strain B403

下载: 全尺寸图片幻灯片

图8为菌株B403对3种酚降解速率曲线和拟合降解曲线，当苯酚、间甲酚、邻苯二酚浓度分别超过136.4、87.4、116.1 mg·L⁻¹时，菌株B403对3种酚的比降解速率随着浓度的升高而降低，呈现底物抑制作用，即认为136.4、87.4、116.1 mg·L⁻¹分别为降解苯酚、间甲酚、邻苯二酚的最佳浓度。在降解动力学方程中，若底物抑制常数(K_I)越大，说明菌株对底物的抑制越不敏感，底物亲和常数(K_s)越大，说明菌株对底物生物降解的潜能越大，最大比底物利用速率(q_m)越大，则表明底物越容易被降解，SEE越接近0，R²越接近1，这说明模型拟合得越好。菌株B403对苯酚的K_I最大，为69 mg·L⁻¹，这说明实验的3种酚中菌株B403对苯酚的抑制最不敏感，与实验中菌株对苯酚具有最高的最小抑菌浓度的实验结果(2.1)一致。菌株B403对邻苯二酚的K_s和q_m最大，邻苯二酚作为苯酚的代谢产物，在有其他有机碳源存在时，邻苯二酚更容易被菌株利用，菌株对邻苯二酚的生物降解潜能最大。由SSE和R²可知，使用Haldane模型拟合苯酚、邻苯二酚、间甲酚的降解动力学过程时，间甲酚的拟合效果最佳。

图 8 菌株B403对苯酚、间甲酚、邻苯二酚的动力学拟合曲线

Figure 8. Kinetic fit curve of phenol, m-cresol and catechol degradation by strain B403

下载: 全尺寸图片幻灯片

张玉秀^[33]等从焦化废水中分离出1株苯酚降解菌红球菌(Rhodococcus sp.)P1，并用Haldane方程对其降解苯酚的实验数值进行拟合，得到降解苯酚的最佳浓度为234.548 mg·L⁻¹，K_s=77.487 mg·L⁻¹。贾子龙^[8]从处理模拟焦化废水系统里分离得到1株假单胞菌(Pseudomonas sp.)，用Haldane方程对其降解间甲酚进行拟合，得到降解间甲酚的最佳浓度为40 mg·L⁻¹，K_s=9.85 mg·L⁻¹。目前关于菌株降解邻苯二酚的降解动力学研究较少，相比于其他研究，菌株B403降解苯酚的最佳浓度较低，K_s高于大部分已报道的菌株，这说明菌株B403对多种酚类污染物生物降解的潜能较大。

3. 结论

1)菌株B403对苯酚、间甲酚、邻苯二酚、对硝基苯酚、2、4-二氯苯酚和2、4、6-三氯苯酚的最小抑菌浓度分别为1 190、630、700、140、70、48 mg·L⁻¹；菌株B403对苯酚、间甲酚、邻苯二酚有较强的耐受性。

2)菌株B403在含有500 mg·L⁻¹的单一酚(苯酚、间甲酚、邻苯二酚)的LB培养基和LB-无机盐混合培养基中与在含有500 mg·L⁻¹的单一酚(苯酚、间甲酚、邻苯二酚)的无机盐培养基中与相比，生物量和降酚能力大幅提高，其他有机碳源的存在，更有利于菌株B403生长，提高降酚能力，具有广阔的应用前景。

3)菌株B403在含常规碳源条件下降解苯酚、间甲酚、邻苯二酚均符合Haldane模型。降解苯酚、间甲酚、邻苯二酚的最佳浓度分别为136.4、87.4、116.1 mg·L⁻¹，菌株B403对3种酚的生物降解潜能较大。

表 1 发达国家与地区分散型污水处理评估体系所依据的上位法律

Table 1. Basic laws of decentralized wastewater treatment facilities assessment system in developed countries and regions.

国家或地区	适用的上位法律与法规	颁布/修订年份	主要相关内容
欧盟	水框架指令^[7]欧盟建筑法规^[10]	20002011	分散型或小型污水处理设施与设备属于建筑产品范畴中的第18类污水工程产品；该类产品销售必须强制评估与认证其性能与持续性能
美国	清洁水法^[8]分散式污水处理系统管理手册^[11]	19872005	分散型污水处理设施作为国家污水基础设施重要组成部分，必须具有排污许可
日本	建筑基准法^[14]净化槽法^[13]水质污染防止法^[9]	195019831996	净化槽类产品在正式生产之前必须取得日本全国合并处理净化槽协会的生产许可；新型净化槽要取得生产许可，必须经过初步实验，并在至少3个地区进行不少于规定时间的实地实验

下载: 导出CSV

表 2 发达国家与地区分散型污水处理评估标准及主要内容

Table 2. Contents of decentralized wastewater treatment facilities assessment systems in developed countries and regions

国家或地区	评估标准	评估内容
欧盟	小型污水处理设施标准合集(EN12566)^[15]	测试周期38周左右，可根据实际情况适当延长，包括外形尺寸、进出水及连接、可达性、水密性、结构行为、污染物处理效率和材料耐久性检测
美国	住宅废水现场处理系统(NSF/ANSI 40)^[17]	性能测试内容要包括16周的设计负荷测试，7.5周(52 d)的压力负荷测试，以及2.5周(18 d)的设计负荷测试。其中，压力测试包括洗衣日压力测试、父母工作条件压力测试、停电或设备故障压力测试及假日压力测试
日本	净化槽性能评价方法细则^[18]	对净化槽性能评价所采用的原水水质、环境温度、评价周期、水量变化系数、合格标准等均有明确规定。净化槽的性能评价分为现场评价实验和恒温短期评价实验

下载: 导出CSV

[1]	习近平. 决胜全面建成小康社会, 夺取新时代中国特色社会主义伟大胜利[M]. 北京: 人民出版社, 2017.
[2]	住房和城乡建设部. 中国城乡建设统计年鉴[M]. 北京: 中国统计出版社, 2015-2017.
[3]	邵蕾, 王一, 何家军. 乡镇污水处理设施建设与运营管理若干问题及对策分析[J]. 环境保护, 2017, 45(24): 56-58.
[4]	王燕, 施维蓉. 简介《欧盟水框架指令》及其成功经验[J]. 环境研究与监测, 2009, 22(4): 73-75.
[5]	郝晓地, 张向萍, 兰荔. 美国分散式污水处理的历史、现状与未来[J]. 中国给水排水, 2008, 24(22): 1-5. doi: 10.3321/j.issn:1000-4602.2008.22.001
[6]	赵芳, 贾小梅, 李冬. 日本农村污水治理经验对中国实施乡村振兴战略的借鉴[J]. 世界环境, 2018(2): 19-23.
[7]	The European Parliament and the Council. Directive 2000/60/EC of the European Parliament and of the Council of 23 October 2000 establishing a framework for Community action in the field of water policy[EB/OL]. [2020-05-04]. http://data.europa.eu/eli/dir/2000/60/oj.
[8]	U. S. Environmental Protection Agency. The Clean Water Act (CWA) [EB/OL]. [2020-01-04]. https://www.epa.gov/laws-regulations/summary-clean-water-act.
[9]	日本环境省. 水質汚濁s昭和45年12月25日法律138号[EB/OL]. [2020-01-04]. https://elaws.e-gov.go.jp/search/elawsSearch/elaws_search/lsg0500/detail?lawId=345AC0000000138.
[10]	The European Parliament and the Council. Regulation (EU) No 305/2011 of the European Parliament and of the Council of 9 March 2011 laying down harmonised conditions for the marketing of construction products and repealing Council Directive 89/106/EEC Text with EEA relevance [EB/OL]. [2020-05-04]. http://data.europa.eu/eli/reg/2011/305/oj.
[11]	U. S. Environmental Protection Agency. Onsite Wastewater Treatment Systems Manual-Revised February 2002. EPA/625/R-00/008 (NTIS PB02-108560) [EB/OL]. [2020-01-04]. http://nepis.epa.gov/Exe/ZyPURL.cgi?Dockey=30004GXI.txt.
[12]	日本国土交通省. 下水道法, 昭和33年4月24日法律79号[EB/OL]. [2020-01-04]. https://elaws.e-gov.go.jp/search/elawsSearch/elaws_search/lsg0500/detail?lawId=333AC0000000079.
[13]	日本环境省. 净化槽法, 昭和58年5月18日法律43号[EB/OL]. [2020-01-04]. https://www.env.go.jp/recycle/jokaso/en/pdf/johkasou_act.pdf.
[14]	日本国土交通省. 建築基準法, 昭和25年法律第二百一号[EB/OL]. [2020-01-04]. https://elaws.e-gov.go.jp/search/elawsSearch/elaws_search/lsg0500/detail/325AC0000000201_20180401_429AC0000000026/0?revIndex=7&lawId=325AC0000000201.
[15]	European Committee for Standardization. EN 12566-Small wastewater treatment systems for up to 50 PT European committee of Standard[EB/OL]. [2020-01-04]. https://standards.cen.eu/dyn/www/f?p=204:110:0::::FSP_PROJECT:41265&cs=135DA8182E2A1AF80439F4CBCBE012F4F.
[16]	The National Sanitation Foundation International. NSF/ANSI 350 and 350-1: Onsite water reuse. The Public Health and Safety Organization[EB/OL]. [2020-01-04]. https://www.nsf.org/services/by-industry/water-wastewater/onsite-wastewater/onsite-reuse-water-treatment-systems.
[17]	The National Sanitation Foundation International. NSF/ANSI 40: Residential onsite systems. The Public Health and Safety Organization [EB/OL]. [2020-01-04]. https://www.nsf.org/services/by-industry/water-wastewater/onsite-wastewater/residential-wastewater-treatment-systems.
[18]	日本建筑中心. 净化槽性能评价方法细则[EB/OL]. [2020-01-04]. https://www.bcj.or.jp/upload/rating/bizunit/standard/standard01/jou_youryou_checklist_kihyou.pdf.
[19]	全国人民代表大会常务委员会. 中华人民共和国水污染防治法(2017修正) [EB/OL]. [2020-01-04]. http://www.npc.gov.cn/npc/sjxflfg/201906/863e41b43f744efda56b14762e28dc6f.shtml.
[20]	国务院发布《水污染防治行动计划》[J]. 建设科技, 2015(13): 9.
[21]	中华人民共和国中央人民政府. 中共中央办公厅国务院办公厅印发《农村人居环境整治三年行动方案》[EB/OL]. [2020-01-04]. http://www.gov.cn/zhengce/2018-02/05/content_5264056.htm.
[22]	生态环境部办公厅, 住房和城乡建设部办公厅. 关于加快制定地方农村生活污水处理排放标准的通知[EB/OL]. [2020-01-04]. http://www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/xxgk06/201810/t20181015_662167.html.

点击查看大图

表( 2)

计量

文章访问数: 7881
HTML全文浏览数: 7881
PDF下载数: 225
施引文献: 0

1. 材料与方法
1.1 实验原料
1.2 实验方法
1.3 分析方法
2. 结果与讨论
2.1 菌株B403对不同酚类污染物的耐受性
2.2 不同碳源条件下菌株B403在酚类污染物中的生长和降解情况
2.3 菌株B403降解酚类污染物的动力学
3. 结论

全文HTML

实施“乡村振兴战略”，满足“生态宜居、乡风文明、治理有效”的总要求，是我国目前农村环境治理工作的重中之重^[1]。其中，农村分散型生活污水的有效与稳定处理则是农村人居环境改善的重要环节。据不完全统计，2013—2015年我国投入村庄排水设施费用达513亿元。其中，污水处理设施的投入费用为190亿元^[2]。但目前处理设施的整体运行及处理效率并不令人满意^[3]。

造成分散型污水处理设施运行与处理效率低下的原因有许多，如污水管网铺设及收集能力不足、设施后期运行维护不到位等。但是，其中重要的因素之一是目前分散型污水处理设施与设备在应用选择时没有统一和公平的评价体系与标准，造成所使用的产品质量不过关。与大型城市污水处理工艺相比，农村分散型污水处理设施与设备的内部高度集成化，外形高度多元化，而专业运维频度要远低于城市污水处理设施。因此，相比于工艺流程，其真实有效的污水处理水平与效率更依赖于产品质量本身。而目前在分散型污水处理设施与设备的选择过程中，由于相关检验手段与标准的缺乏，使得部分企业可以随意夸大设备性能，制造材料因陋就简；在以次充好赚取高额利润的同时，严重削弱了设备的长时有效运行能力，造成一些真正具有长期稳定运行的适用技术与设备的应用现状不容乐观。

我国幅员辽阔，故分散型污水处理设施与设备在选型及使用时需要综合考虑。除关注设备本身质量外，还需要对相关气候、地理及经济因素进行综合考虑。因此，为了保证我国农村污水治理的稳步与高效推进，亟需构建适合我国国情的分散型污水处理设施评价标准与评价体系。欧、美、日等发达国家(地区)从20世纪五六十年代开始，逐步建立与完善了农村污水处理体系，而各具特色的处理工艺评估系统在其中发挥了重要作用^[4-6]。本研究拟系统总结发达国家农村污水处理设施与设备评估体系的完整建立过程；重点剖析各自性能评估过程中的标准化及特色因素对处理效率与公平评价的影响；确认保证长期处理效果符合环境质量要求的关键评估因子，以期为建立我国的分散型污水处理设施与设备评估体系提供有效经验与参考。

1. 发达国家与地区分散型污水处理设施与设备评估的法律法规体系

从历史经验来看，任何国家的某种评估体系的建立都不会一蹴而就，而是伴随着各自国家实际经济与社会发展的需要，在完善法律体系的基础上有针对性地建立，并在实践过程中不断完善而成的。由表1看出，发达国家或地区的水环境保护法律是分散型污水处理设施与设备评估体系建立的法律基础。随着科技与经济的不断发展，政策制定者对于水环境保护经历了从最初的“污染物减少”到目前愈加明确的“可持续保护”理念：欧盟2000年制定的《水框架指令》^[7]中明确指出“各种水体应具有良好的化学和生态状态”；美国《清洁水法》^[8]1987年修订后的保护目的是“恢复和保持国家水体化学、物理和生物的完整性”；日本的《水质污浊防止法》^[9]在1996年修订后提出“为了限制从工厂及企业场所排至公共水域的水及渗透到地下的水，同时推动生活排水对策的实施，进而防止公共水域及地下水水质的污染以保护国民健康、保全生活环境。”因此，在法理上要求最终进入天然水体的分散型污水必须得到相应处理或者达到相应排放标准。

相对于集中收集并进行处理的城市与工业污水，各国的分散型污水均存在着“多、乱、散、小”的现状。如何确定分散型污水处理的适用范围、发布具有可执行度的管理导则，考验着各国管理者的智慧。欧盟以处理容积来定义小型或分散型污水处理设施，同时在《欧盟建筑法规》^[10]中明确指出“分散型或小型污水处理设施与设备(设备规模为≤50人口当量以下)，属于建筑产品范畴中的第18类污水工程产品”，将该类产品的销售使用纳入法律强制评估性能及持续性能认证的范围，从而保证符合《水框架指令》^[7]中的环境要求。美国分散型污水处理适用于农村地区、人口低密度发展区和人口小于1万人的小型社区；在确认分散型污水处理设施作为国家污水基础设施重要组成部分、必须具有排污许可的前提下，由美国环保署负责制定分散型污水处理设施的管理制度^[11]，地方政府依据当地条件决定各自排放标准与设施构型。日本规定城市(人口数量>5万人或人口密度>40人·m⁻²的集中居住地)适用《下水道法》^[12]，农村地区主要适用《净化槽法》^[13]，并修订《建筑基准法》^[14]，规定净化槽的生产与销售应以许可证的方式进行。

在完成法律层面的必须准备以后，发达国家考虑到分散型污水的真正治理合格在于其处理设备与设施的性能能否长效符合标准要求。其中，通过第三方主体对相关设施与设备进行全面的性能评估则是体现法律严肃性和管理高效性的重要方法之一。欧盟为此通过了《小型污水处理设施标准合集》(EN-12566)^[15]，明确规定欧盟成员国须按《欧盟建筑法规》^[10]条款要求成立或资助成立本国的相应第三方机构(notify body)并授予其相应法律地位；承担相关设备的全面与严格的标准化性能评估；并最终出具具有法律效力的评估报告(assessment document)。美国环保署则与一些非政府组织紧密合作，以管理指南和应用手册为基础，加强和完善对分散处理系统的管理监督。其中，成立于1944年的美国全国卫生基金会(NSF)，在分散污水处理系统(OWTS)方面制定了包括原位水回用(NSF 350)^[16]、住宅废水现场处理系统(NSF/ANSI 40)^[17]在内的多项认证标准。日本净化槽的生产则需通过全国合并处理净化槽协会(全净协)的型式认定，保证常规产品符合相关法律规定的型号、结构方法及结构要求，方可获得国家部门颁发的生产许可；对于新开发、不符合法定构造标准的新产品，则必须通过由日本建筑中心(JBC)进行的性能认证，在认证结果合格后方可进行相关型式认定，获取生产许可。值得注意的是，除了日本因历史原因仅有1家第三方性能评估主体外，欧盟与美国的第三方评估主体均为多家。欧盟目前总共有34家评估主体；而美国除NSF外，还有分散式污水处理协会联盟(CIDWT)、全国污水输送协会(NAWT)、国家环境健康协会(NEHA)等8家民间组织，形成了公平及有序的社会化竞争机制。

2. 发达国家与地区分散型污水处理设施与设备评估体系的标准化流程及评估内容

2.1. 评估体系的标准化流程

从欧、美、日等发达国家（地区）的评估过程来看，其分散型污水处理设施与设备评估的标准化流程一般顺序为：1)企业向第三方评估主体提交完整的相关文字材料与设备；2)第三方评估主体对文件进行文字技术审查，对设备进行包括材料、污染物去除性能、设备安全等方面的评估工作；3)若其中一项及几项未通过相关检测，企业可以进行相关整改，直至最终通过评估；4)通过评估后，由第三方评估主体提供测试报告或相关技术文件，证明该类设施与设备具有与实验数据相符合的污染物处理能力；5)设备与设施据此可以在一定时限内在市场进行销售与使用。

发达国家的评估标准化流程之间并无太大差异。值得注意的是，对于评估认证结果的使用时限，所有相关制度相对成熟的国家均不太长，一般为3~5年，并且统一规定在时限内可以进行不定期抽查。若抽查不合格，则取消该批次设备与设施的合格认证结果。这是为保证上位水环境保护法律的执行效果而对设备生产与使用过程起到的有效监督与管理措施。

2.2. 评估体系的评估内容

尽管各国标准化流程大致相同，但在评估内容上则体现出不同的特色，在长效保护水环境的同时，使得分散型污水处理设施与设备的生产和使用成本、处理效果与本国的实际情况更为贴合。

在欧盟的标准化评估过程中，主要评估内容包括了外形尺寸(overall dimensions)、进出水及连接(inlets, outlets and connections)、可达性(accessibility)、水密性(watertightness)、结构行为(structure behavior)、污染物处理效率(treatment efficiency)和材料耐久性(durability of material)检测^[15]。与城市和工业污水不同，欧盟的分散型污水处理设施与设备主要以单户小型一体化设备为主，材质、外形及系列型号复杂，长期以地埋方式进行运行与管理。因此，除了考虑到对常规碳、氮、磷等主要污染物质的去除能力外，分散型污水设施与设备本身的材料质量与结构安全也是重点的评估内容。所以，要求外形尺寸、进出水连接、可达性及水密性为所有型号设备的必测项目；结构行为的检测则在同一系列中的最大型号设备下进行；而处理效果则在最小型号设备下获得数据，以便评估设备在最恶劣条件下的真实性能。以《小型污水处理设施标准合集》中第三分集《单元现场组装生活污水处理站》(EN-12566-3)^[15]的评估内容为例，要求设备与设施需在干/湿条件、深坑条件、最大载重负荷及崩溃阈值负荷条件下严格测定其结构的最大稳定性，以保证设备与设施在长期地埋使用时的完好性；同时，考虑到分散型污水具有较大水量与水质的日均变化系数，因此在污染物性能评估过程中，设备需要在碳、氮、磷等污染物标称负荷、超负荷(150%)和负荷不足(50%)的条件下测定其24 h的最低去除效率。

美国的分散型污水处理设施主要以原位的土地处理系统为主，因此并没有像欧盟那样的针对设备本身结构的安全评估内容，而主要以污水处理性能评估为主。住宅废水现场处理系统(NSF/ANSI 40)^[17]将符合处理性能标准的土地处理设施分为两级，即一类系统(class I systems)和二类系统(class II systems)。其中，一类系统需要符合环保署市政污水的二级处理出水指标要求，主要包括：1) CBOD₅的30 d平均出水浓度不超过25 mg·L⁻¹；2) TSS的30 d平均出水浓度不超过30 mg·L⁻¹；3) pH连续6个月应为6.0~9.0。二类系统出水水质需要达到如下要求：1) CBOD₅大于60 mg·L⁻¹的比例不超过10%；2) TSS大于100 mg·L⁻¹的比例不超过10%。在26周(182 d，约6个月)的评估过程中，性能测试内容要包括16周(112 d)的设计负荷测试、7.5周(52 d)的压力负荷测试、以及2.5周(18 d)的设计负荷测试。其中，压力负荷测试是美国评估体系的特色内容，主要包括按照美国生活习惯产生的洗衣日压力测试(wash-day stress)、父母工作条件下的压力测试(working-parent stress)、停电或设备故障压力测试(power/equipment failure stress)以及假期压力测试(vacation stress)这4种类型。这4类测试内容高度模拟了处理系统的未来真实运行环境，给出了处理系统长期可靠的运行性能。当然，除出水水质外，污水处理的附属系统在文档方面也需到达要求，包括安装、运行、维护、故障排除与维修手册等。同时，污水处理系统还必须满足结构完整性、泄漏、噪音、电气认证、接入端口、故障检测与信号设备(视觉和声音报警)、流量设计、数据板以及服务标签等方面的最低要求。

与欧美的性能评估内容类似，日本的评估同样是在明确原水水质、环境温度、评价周期、水量变化系数、合格标准等规定的前提下，对净化槽进行现场污染物处理能力评价的实验^[18]。这是净化槽产品市场推陈出新同时又可以功能稳定的核心保证。由于日本分散型污水处理市场的高度保守性，净化槽产品的材质与外型高度雷同。因此，日本净化槽的评估内容又衍生出独具特色的点检评估和恒温短期污染物去除性能评估两大部分。点检评估主要针对设备是否具有相关66项便于运维硬件，以“是否”形式判断运维时利于人工操作，从而保证净化槽长期地埋使用时的日常操作与维护便利性。由于常规性能评估实验周期较长(48周)，日本净化槽评估提供了恒温短期评估实验(16周)，在环境温度、原水水质、进水流量可以调整的实验室内进行。实验分为恒温设计负荷实验(20 ℃、正常负荷、周期为8周)、低温设计负荷实验(13 ℃、正常负荷、周期为4周)、恒温短期负荷实验(20 ℃、0.5倍负荷及1.5倍负荷、周期为4周) 3个阶段，这样整体评价实验的周期为污泥驯养时间+16周。与现场评价实验相比，恒温短期评估实验的优势在于实验精度高、结果真实可信且可以通过公式计算未测温度时的处理效率，可以大幅缩减实验周期；但缺点是评估成本较高。发达国家与地区分散型污水处理评估标准及主要内容见表2。

3. 我国的评估体系如何建立

我国幅员辽阔，气候、地理等因素的变化幅度与欧、美类似，乡村经济结构又正在发生着巨大的变化。因此，我国的评估体系可以借鉴发达国家的经验，但又绝不能生搬硬套，必须有所创新，以真正符合我国家现阶段社会与经济需要及农村可持续发展的需要。

发达国家或地区的经验带来的启示是，一个评估体系的根基在于国家具有完整的上位法律。自中共十八大以来，我国水污染防治和农村环境治理走上了科学综合治理的快行道，特别是近年修订与颁布的《水污染防治法》^[19]、《水污染防治行动计划》^[20]、《农村人居环境整治三年行动方案》^[21]等法律文件，已经基本构建完成分了散型污水处理战略指导层面的法律框架。2018年9月生态环境部与住建部联合下发的《关于加快制定地方农村生活污水处理排放标准的通知》^[22]第一次从国家层面确认了分散型污水“因地制宜的排放与处理”，明确了评估体系在全国分散型污水“合格处理、资源化循环”中的作用。未来应着重考虑国家认证与质量监督管理部门中相关法律与法规的制定，特别是第三方评估主体的性质。合格的第三方评估主体体现着评估的过程公平与结果公正，保证认证过程的法律可执行度及评估结果的广泛认可。未来我国第三方评估主体应是独立的、不参与直接销售等营运经济活动的法人组织机构，在技术上有能力完成业务范围内规定的合格评定程序，并能在工作中保持其独立性、公正性及完整性，能定期接受政府主管部门与其认可的组织的监督与检查。

恰当的评估内容既能保证评估结果的普适性，同时也能通过评估过程引导未来分散型污水处理的发展趋势。目前，我国农村分散型污水处理的趋势是根据最终排放去向的“因地制宜”多元化处理形式，性能评估的结果将是设备与设施在复杂工艺外形下重要的使用判断依据。但在性能评估过程中，应避免以简单达到某类排放标准为结果进行一刀切，而是提倡在标准进水及变化条件下对多类污染物的去除效率。比如，强调在进水水量与水质高变化系数下及贴近实际运行环境温度条件下的分散型污水处理设施与设备对污染物的去除能力数值。这样的结果，一是便于不同地域标准下对设备与设施的选择使用；同时，也为未来工艺组合中提供准确的单元污染物削减能力，以排放去向为导向，保证进入不同水体的合格排放。从一些发达国家的经验也可以发现，保证阶段稳定性的生物处理过程是获得准确数据的前提，而运维的可操作与便利性则是设施与设备长时运行的关键，这些均应体现在我国的评估内容中。

建立我国的分散型污水处理设施与设备的评估体系，不仅能为当前各项繁杂技术的比对提供统一的客观依据，亦可为农村分散型污水处理设施与设备提供其长效稳定运行的衡量标准；同时，还可以进一步地规范污水处理技术与设施设备的市场化选择运行，并可以有效推广低成本、低能耗、易维护、高效率污水处理技术的实际应用，进而为农村人居环境改善中“梯次推进农村生活污水治理”的目标奠定坚实的技术评价基础。

参考文献 (22)

我国农村分散型污水处理设施与设备性能评估体系的建立

作者简介: 齐嵘(1975—)，男，博士，助理研究员。研究方向：污水生物处理。E-mail：qirong@rcees.ac.cn

通讯作者: 刘俊新(1957—)，男，博士，研究员。研究方向：污水生物处理。E-mail：jxliu@rcees.ac.cn;