贵州省农村生活污水收集及处理技术模式研究王永涛

村乡科技XIANGCUNKEJI120XIANGCUNKEJI2018年7月（上）贵州省农村生活污水收集及处理技术模式研究王永涛梁俐雷薇黄维（贵州省水利科学研究院，贵州贵阳550002）［摘要］农村水环境污染问题是威胁农民健康和物质安全的一个重要因素，也是农村地区可持续发展的一个严重阻碍。目前，贵州省农村水环境污染形势严峻，已成为一个不容忽视的问题。由于贵州省地形地貌破碎，地区人口居住分散，农业人口数量较大，导致生活污水乱排放且难以收集。同时，各种新旧水污染相互交织，工业和城市水污染转移到农村地区，农村环境保护政策、法规、标准体系不健全等，都严重危及农村饮水安全和农产品安全。基于此，本文结合贵州省农村生活污水处理现状，提出农村生活污水收集及处理技术。［关键词］农村生活污水；处理原则；处理技术［中图分类号］X703［文献标识码］A［文章编号］1674-7909（2018）19-120-5贵州省地处我国西南山区，特殊的喀斯特地理环境引发生态脆弱性，其中水资源分布不均和工程性缺水问题突出。区域的发展、人口的增长、工业的进步使得水资源和水环境破坏程度较大，水体污染严重，水土流失加快，生态退化凸显，水生态问题已成为贵州省经济社会发展的“短板”。随着贵州省加速发展、加快转型、推动跨越的经济社会发展进程，推动水生态文明建设成为贵州省发展的关键。建设贵州省水生态文明，必须以落实水利项目为基础。围绕“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水思路，落实最严格的水资源管理制度和水污染防治计划［1］。开展贵州省农村生活污水收集与处理技术模式研究，是顺应国家政策和贵州省发展的要求，用科学合理的手段，解决农村水环境恶化问题，改善农村生产生活环境，提升农民的环保意识，从而提高农村水利管理水平。利用乡镇污水处理厂建设项目，探索污水资源的再利用价值和途径，进而促进水生态文明建设，达到和谐社会发展的目的［2］。1农村污水处理原则根据村的地理位置、人口规模、组成、地形、排水特点、排水要求和承受能力等因素，按照城乡统筹、因地制宜、资源利用、经济适用等原则综合考虑适宜的污水处理技术。此外，在考虑农村污水处理方式时，还应考虑到以下方面：①结合当地地理、气候、水文等条件，并需同时注意节省占地面积，特别是不占用良田，不对居民的日常生活造成影响；②农村缺乏污水处理专业人员，所选择的工艺应运行、管理维护方便，不需要太高的操作水平和太繁琐的操作步骤，尽量选择以农村地区居民薄弱的技术和管理能力就能进行操作、维护的设备工艺；③处理工艺运行稳定，能够使污水稳定排放且出水能够达标，实现循环利用，能用于浇花、灌溉等；④农村经济实力薄弱，污水处理应充分考虑成本低、一次性投资和建设成本相对较少，并在镇、乡、村现有财力范围内进行；⑤运行成本低，不使用或少使用化学药剂，能耗低或不使用能耗工艺，设备运行成本消耗必须与农村居民经济水平相适应［3-5］。2农村生活污水处理技术模式农村地域发展不平衡，不同地区之间存在较大差异。农村生产方式和生活习惯长期存在差异，使废水处理方法难以规范化。与此同时，由于经济差异，污水的性质和污染物也有所不同，农村地区收集和处理废水的方法也各不相同。例如，如果是工业生产废水（如印染、制革、造纸）产生污染，则应考虑采用高负荷的污水处理方式，如生物膜法、活性污泥法等；如果因养殖业生产、人们排泄产生的粪便污染，则应考虑采用将排泄物转化为肥料的污水处理方式，如沼气池法、土地处理法等；如果是有机物含量低的盥洗、厨房排水产生的污染，则应考虑低负荷、低耗能的稳定塘法、湿地法等［6-8］。2.1分户处理模式根据农村生活污水用水量变化比较大、污水中有机物浓度波动范围广、化学需氧量和氨氮浓度高等特点，利用庭院式一体化污水处理设备进行处理。通过在村民房前屋后闲置地安装庭院式一体化污水处理设备，将收集的生活污水进行过滤，通过设备上方种植的花草根系对污水进行净化，形成“庭院式一体化设备+人工湿地”工基金项目：贵州省水利厅科技专项经费项目“贵州农村生活污水收集与处理技术模式研究”（KT201607）。作者简介：王永涛（1986—），男，硕士，高级工程师，研究方向：水资源、水环境。DOI:10.19345/j.cnki.1674-7909.2018.19.067XIANGCUNKEJI2018年7月（上）121艺，对农村生活污水进行治理。2.2分散处理模式农民生活污水按不同地区收集，宜将规模稍大的村庄或邻近村庄合并，各地区污水分开处理。农村污水采用中小型污水处理设备或自然处理。该模式一般有人工湿地、稳定塘、土壤渗透等适合农村地区的污水处理技术。这一模式的特点是设计灵活、结构简单、易于管理和有保障的水质量。而且污水处理设施通常不需要专门管理，电力设备的维修也比较容易，可由当地村民操作。2.3集中处理模式卫生设施收集所有农村家庭的污水，统一建造一个设施处理村里的所有污水。卫生设施采取自然处理、传统生物处理等形式。这一模式的特点是土地面积小、抗冲击、操作安全和有水可用。由于使用的设备很多，而且操作复杂，需要专门设计中央废水处理厂，以便于对基础设施、设备等进行中央管理和维护。目前需要专业人员管理污水处理厂。为了确保操作的稳定性和水质监测质量，通常需要同时建立能够监测主要污染物的实验室。该模式适用于布局较密集、规模较大、相应污水收集管网较完善、条件较好的村庄。此类农村经济水平较高，农村企业或旅游业发达，或处于水源保护区内。2.4接入市政管网统一处理模式农村所有农民的废水都集中通过污水管道收集，这些管道与附近的城市污水系统连接在一起。村里的污水通过城市污水处理厂进行统一处理。这种模式只需要污水处理系统（在某些情况下还需要改良的抽水站），因此，该模式具有投资低、建设周转时间短、效率高、综合管理方便的特点，适用于城市污水处理系统附近（不超过5km）符合垃圾收集要求的村庄的污水处理。而且这一模式在城市废水处理厂统一运行，无须增加与废水处理设施有关的行政和业务费用。对比分析上述4种处理模式如表1所示，不同的村庄可以结合地区实际来选择适宜的处理模式。3农村生活污水出路控制农村污水处理工程并非出水水质标准越高越好，而应与当地用水需求结合起来，“够用”就好。目前，我国还没有专门针对农村污水处理的排放标准，而且由于我国农村具体情况千差万别，农村污水处理设施出水的用途不同，排放标准也不一致。农村污水处理设施出水水质应根据其出水去向选择适宜标准，若效仿城镇污水处理厂采取统一的排放标准，对于一些经济基础薄弱的农村而言建造成本和运行成本太高，容易给地方政府和居民带来过大的压力，进而出现污水处理设施“建不起”或者“建得起，用不起”等现象。位于国家控制的流域或者环境保护热点地区的农村，应严格规定排放标准。例如，在封闭和半封闭水域，可以提高对税收、脱氮除磷的要求；而在农业灌溉和绿化的开阔水域或污水中，可以适当降低氮磷等指标，从而简化工艺、节约投资，降低运行成本，便于管理。农村污水处理出水出路主要有排放水体、再生利用两方面。由于缺乏农村污水排放标准及回用标准，宜根据其具体出路有关现行标准以及各个地区对排水水质的具体要求来选择出水标准。根据当地污水处理后的实际出路选择相应的处理标准，进而选择适宜的处理工艺技术进行农村污水的处理工作，体现“够用”的原则，即处理后出水满足在相应用途下的标准，不盲目追求高标准，增加污水处理工程的建设和运行成本。农业生产特点决定了其需要大量的水资源进行灌溉，尤其是对于北方缺水地区，农田灌溉质量直接决定了粮食的产量和质量。而由于水资源短缺和水污染使得北方缺水地区大量农田得不到有效灌溉，污水作为一种非常规水资源，其处理后进行回用蕴含着巨大的潜力。4贵州省农村生活污水处理现状通过资料收集与调研的方法，分别对贵州省的农村基本情况、生活污水排放特征、组成、排放方式、污水治理情况以及存在问题进行了梳理与统计。结果表明，贵州省农村人口较多，占全省总人口的58.0%。农村生活污水量较大，农村人口最少的贵阳市的农村生活污水达到12.67万m3/d；全省范围内约有13.24%的行政村生活污水进行了集中处理或部分集中处理（指本村地域内有污水表1处理模式对比对比选项占地面积管网建设运行成本处理效果出水处置污泥处理常用技术分户处理模式单块很小管网很少，投资极低，维护费用低很低需进一步处理还田回用农田处理槽、小型湿地、生物滤池分散处理模式占地面积大，单块面积小官网量大，投资高，维护费用高低需进一步处理还田回用农田处理槽、人工湿地、生物滤池集中处理模式占地面积相对较大，单块面积大管网量小，投资低，维护费用低高能达标排放排放水体农用或脱水填埋活性污泥法、生物膜法、人工湿地等接入市政管网较大官网量很大，投资高，维护费用高较高能达标排放排放水体脱水填埋活性污泥法、生物膜法村乡科技XIANGCUNKEJI122XIANGCUNKEJI2018年7月（上）处理设施进行污水集中处理，或者虽然没有污水处理设施，但是对污水实行统一集中收集，由其他单位处理），污水处理程度相对较低。另外，通过对近5年的农村环境综合整治项目资料的归纳汇总得到，贵州省共实施了1632项农村环境整治项目，其中有992项都涉及污水处理设施建设，总投资共计16.49亿元，覆盖村的平均污水处理率在67.8%以上。而且这些生活污水处理项目以人工湿地和一体化污水处理技术为主。通过对贵州省农村生活污水处理模式和常见农村生活污水处理技术的全面调查显示，贵州省农村生活污水多采用集中处理模式，常用的技术有人工湿地技术和一体化污水处理设备。其中人工湿地多采用潜流式，一体化污水处理多采用MBR和AO设备。5贵州省常用农村生活污水处理技术近年来，随着小城镇建设速度的加快，数百户农村家庭聚集起来。调查统计结果显示，目前贵州省农村生活污水多采用管网收集集中处理模式，同时，基于贵州省人口聚集形式及地形的独特性，人工湿地和一体化设计污水处理设备是贵州省应用最广泛的农村生活污水处理技术。5.1人工湿地5.1.1概述。人工湿地是人类设计或改造的一种半液体污水处理系统，主要由土壤基质、水生植物和微生物组成。由于人工湿地具有有机物去除效果好、氮磷去除能力强、运转管护管理方便、工程基建和运转费用低以及负荷变化适应能力较强等优点，适用于技术管理水平低、处理规模小的乡村［9］。5.1.2类型和结构。人工湿地按照其内部的水位状态可以分为表面流湿地和潜流湿地，其中，潜流湿地又可以按水流方向分为水平潜流湿地和垂直潜流湿地。表面流人工湿地，是指水面在人工湿地填料表面以下，水流从池体进水端水平流向出水端的人工湿地。表面流湿地处理系统的优点是投资及运行费用低，建造、运行和维护简单，但占地面积大，冬季表面流湿地地面易结冰，夏季易繁殖蚊虫且有臭味。水平潜流人工湿地，是指水位于人造湿地填充的表层之下，从盆地末端流向填充的孔隙平面上的人工湿地。垂直潜流人工湿地分为两类：单方向的人工湿地和复合垂直流动的人工湿地。单方向的人工湿地通常使用间歇水流系统，而混合的人工湿地则使用连续不断的水流系统。这些人工湿地在贵州省被广泛用于污水处理。组合式人工湿地，是指由多个同类型或不同类型的人工湿地池体组合构成的湿地处理系统。双层人工湿地法，主要由进水配水调节池、双层人工湿地（上层人工湿地、下层人工湿地）和集水池三部分组成。配水调节池内设有预曝气系统，上层湿地采用土壤结合新型陶粒与煤渣复合填料，下层湿地采用砾石与火山岩复合填料。夏季运行上层人工湿地，利用填料和植物的复合作用去除水中的污染物，达到水体净化效果；冬季运行下层潜流系统，结合生物技术，采用吸附作用及高效工程菌剂共同作用去除水中污染物，同时上层湿地载体以及植物保温作用能够有效提高冬季低温期净化效果，使整个系统能全年稳定运行。5.1.3基质材料与植被选择。人工湿地系统多采用碎石、沙子、矿渣等基质材料作为填料。对于养分不足或孔隙过大不利于植物稳定生长的基质，应在基质上覆盖15～25cm厚的土壤，作为利于植物生长的基质。不同类型的基质对湿地的影响不同。中性基质对生物处理的影响不大，但矿渣等偏碱性基质则在某