在我国，农村污水处理率很低，绝大部分生活污水不经处理直接排放，是引起湖库富营化的重要原因。

城市污水集中处理技术，因能耗高和管理维护要求高而成为农村地区推广应用的制约因素。因此，低耗的污水处理技术，是当今污水分散处理技术的研究热点。

本文采用光伏电板与直流气泵直接连接，用于污水厌氧处理设施的改进，气泵同时曝气和回流，实现系统简化。通过光伏A/O池和厌氧池的生活污水处理效果的比较，同时对实际工程进行能效分析，考察光伏技术在农村生活污水处理中的适用性。

1．2 工程试验

在云南省大理市银桥镇西城尾村污水处理设施的厌氧池加装光伏曝气系统，对光伏曝气系统的能效进行分析。

西城尾村污水处理设施于2010年6月建成并投入运行，工艺流程为：隔油池-厌氧池-土壤净化槽，设计处理能力为60m3/d。2011年5月在西城尾污水处理设施厌氧池（有效容积60m3，HRT24h）上加装光伏曝气系统，将其改造成光伏A/O池。通过能效分析，考察光伏曝气的适用性。

2．1 氮去除效果

中试装置进出水氮浓度的变化如图2～图4所示。在运行期内，厌氧池和光伏A/O池对NH3-N的平均去除率分别为6．4％和29．2％。厌氧池对NH3-N的去除效果不稳定。在前100d的运行期内，光伏A/O池对NH3-N的平均去除率为21．5％，出水NO3--N较低，但随后NH3-N去除率明显上升，平均为52．2％，zui高为77．0％，出水NO3--N显著升高，此时可认为光伏A/O池启动成功。

污水处理池中较常见的硝化细菌为亚硝化单胞菌（Nitrosomonas），在生长条件下，其世代周期为8h。光伏曝气系统只在白天天晴时工作，一天中池内DO波动较大，停曝约1h后池内DO即被耗尽，与间歇曝气类似，但由于曝气时间短（晴天≤9h/d），停曝时间长（≥15h/d），又具有与常规间歇曝气工艺不同的特征。在停曝阶段，反应池长时间处于（≥14h）缺氧甚至厌氧状态，在此状态下氨氧化细菌生长受到抑制。由图2和图4可以看出，光伏A/O池发生了明显的氨氧化作用，由此推测，在光伏A/O池中可能存在具有高O2亲和力的氨氧化古生菌，能够适应较长时间的缺氧环境同时与异养菌竞争O2，通过氨氧化获得能量，实现增殖。

厌氧池主要通过吸附、沉淀、微生物同化作用等去除污水中的TN。启动成功后，光伏A/O池通过硝化反硝化作用将污水中还原态NH3-N转化成N2，实现脱氮的目的，故其对TN的去除率明显高于厌氧池。

2．2 磷去除效果

中试装置进出水磷的变化如图5和图6所示。在整个运行期内，厌氧池和光伏A/O池对SRP的平均去除率分别为46．0％和66．3％，对TP的平均去除率为39．3％和66．2％。

2．3 COD去除效果

中试装置进出水COD的变化如图7所示。在整个运行期内，厌氧池和光伏A/O池对COD的平均去除率分别为64．2％和79．1％，厌氧池和光伏A/O池出水COD平均浓度分别为62．95mg/L和38．67mg/L。厌氧池去除率随进水浓度变化波动较大，而光伏A/O池的去除率相对稳定，说明光伏曝气接触A/O池抗COD冲击负荷能力强。

2．4 工程能效分析

大理市年均降雨量1 078．9mm，冬干夏雨，冬半年（11月至次年4月）干季雨量仅占全年降雨量的5％～15％，夏半年（5～10月）雨季降雨量占全年的85％～95％，年均日照时数2 276．6h，年均晴天数230天，太阳能资源丰富。

西城尾村污水处理设施设计处理量为60m3/d，于2010年6月建成并投入运行，2011年5月在其厌氧池加装光伏曝气系统，将厌氧池改造成光伏A/O池。选用150W单晶（12VDC）光伏电板和120W直流气泵（12VDC，120L/min），气水比取8∶1，无蓄电池，直流气泵直接连接光伏电板。晴天曝气系统正常工作时间一般可达7～9h，阴雨时停止工作。

气泵数量为8台，光伏电板总功率为1 200W。目前（2012年2月）市场光伏电板（单晶硅）价格为8元/W，系统光伏电板购置费计9 600元（1 200W×8元/W）。在相同的时间和曝气量下，以当地用电费用1元/kW·h，常规曝气系统年电费为1 987．2元（0．12kW×8台×9h×230d）。

光伏曝气系统和常规曝气系统相比，只增加光伏电板的购置成本（直流泵和交流泵的购置成本相当），而无运行电费。若按2012年2月的成本计算，光伏曝气系统使用4．8年后，其购置成本便可抵消常规曝气系统电费（光伏电板寿命为10～15年）。随着技术的进步，光伏电板成本还会进一步降低，故光伏曝气代替常规曝气应用于中小型农村污水处理，在技术上和经济上都具有广阔的发展前景，尤其是在太阳能资源丰富的地区。

目前，西城尾村光伏曝气系统已正常运行10个月，但在光照较强的条件下，直流气泵会出现过载现象，可考虑加装直流稳压器实现直流气泵的稳定运行。

3 结论

（1）将光伏电板与直流气泵直接连接，气泵同时实现曝气和回流，大大降低了光伏曝气系统的设备数量和建设成本。

（2）光伏A/O池在运行约100d后，完成自启动，对氨氮的zui高去除率达到77．0％，系统中可能存在具有高O2亲和力的氨氧化古生菌。

（3）两套中试装置对磷的去除有一定的特异性，可能是通过镀锌铁皮腐蚀形成的Fe（Ⅲ）氢氧化物和非晶态亚铁化合物的吸附除磷。

（4）通过对实际工程改造后的能效分析，光伏曝气代替常规曝气应用于中小型农村污水处理设施上具有广阔的发展前景，但在光伏间歇曝气条件下的脱氮机理仍需进一步研究。