生態(tài)化農(nóng)村污水處理技術(shù)

　　一、農(nóng)村污水及處理

　　1.1 農(nóng)村污水的特點(diǎn)

　　農(nóng)村污水主要指農(nóng)村居民在日常生活中產(chǎn)生的餐飲、清潔、洗衣、沖廁、洗浴等活動(dòng)排出的污水，可能還包括一些農(nóng)事生產(chǎn)排水，如小規(guī)模畜禽養(yǎng)殖糞污、農(nóng)產(chǎn)品初加工等廢水，主要污染物為懸浮物、有機(jī)污染物、氨氮、總氮、總磷等，具有以下顯著特點(diǎn)：①污水量小但排放分散，集中收集難度大，難以集中處理。②排放時(shí)間集中，農(nóng)民生活作息規(guī)律導(dǎo)致污水量時(shí)變化系數(shù)大。③污染物組分相對(duì)簡單，有毒物質(zhì)含量較少，污水可生化降解性好。

　　1.2 農(nóng)村污水處理技術(shù)

　　已有研究多將農(nóng)村污水處理工藝技術(shù)分為生物處理技術(shù)、生態(tài)處理技術(shù)和生物一生態(tài)組合處理技術(shù)。

　　(1)生物處理指利用好氧、厭氧微生物的生化降解作用去除污水中污染物的工藝過程。通常采用的生物處理工藝技術(shù)包括活性污泥法、接觸氧化法等。

　　(2)生態(tài)處理指利用微生物、動(dòng)植物復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的生化一生態(tài)協(xié)同作用去除污水中污染物的工藝過程。通常采用的生態(tài)處理工藝技術(shù)包括人工濕地法(潛流濕地、升流濕地等)、復(fù)合生態(tài)塘法(曝氣氧化塘、微單元生化池等)等。

　　二、例證工程概況

　　本文以河北省邢臺(tái)市邢臺(tái)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)轄區(qū)17座農(nóng)村污水處理站為例展開介紹。

　　2.1 工程建設(shè)背景

　　邢臺(tái)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)位于邢臺(tái)市東南部，為省級(jí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，總面積為208.3km2，下轄6個(gè)鎮(zhèn)(辦)、114個(gè)村(居)、19.3萬人。經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)轄區(qū)內(nèi)農(nóng)村長期缺乏污水處理設(shè)施，污水未經(jīng)處理便自由排放，造成當(dāng)?shù)厮w、土壤受到嚴(yán)重污染，絕大多數(shù)村頭坑塘、路邊小河溝由于長期接納污水完全喪失水體自凈能力，成為黑臭水體，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)氐拇迦荽迕埠蜕鷳B(tài)環(huán)境.帶來極大的衛(wèi)生隱患和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)?；谏鲜鲈?，邢臺(tái)市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)多方籌集資金，于2018年立項(xiàng)建設(shè)農(nóng)村污水處理站。

　　2.2 工程設(shè)計(jì)方案

　　鑒于邢臺(tái)市地處太行山脈南端東麓和華北平原交匯處，經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)位于東部平原區(qū)，全區(qū)地勢高差不足5m，如果將轄區(qū)內(nèi)農(nóng)村污水集中收集處理，則收集管網(wǎng)和中途提升栗站工程量極大，并且考慮到污水處理站的運(yùn)行管理問題，以及污水處理后再生利用做灌溉用水的需要.經(jīng)反復(fù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，設(shè)計(jì)采用了以行政村為單位分散收集、采用微單元生化一生物過濾生化―生態(tài)組合工藝技術(shù)方案，共設(shè)置17座污水處理站，服務(wù)人口約6萬人，工程設(shè)計(jì)總規(guī)模為6600 m3/d，污水處理站多選擇在村頭原有污水垃圾坑塘。

　　根據(jù)各污水處理站設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)，結(jié)合可用地面積，微單元生化池設(shè)計(jì)停留時(shí)間為7?10d，生物過濾池設(shè)計(jì)表面負(fù)荷為0.3?0.m3/(m2?h)。污水處理站工程建設(shè)投資為3000?4000元(m3?d)，工程占地面積為30?80m2/(m3?d)。出水水質(zhì)為：COD≤50mg/L，NH3-N≤5mg/L，TN≤15mg/L，TP≤0.5mg/L

　　2.3 污水處理工藝

　　本文例證工程均采用微單元生化一生物過濾工藝設(shè)計(jì)、建設(shè)。

　　2.3.1 工藝技術(shù)原理

　　微單元生化工藝基于活性污泥法和強(qiáng)化生態(tài)塘法污水處理基本原理，將活性污泥法厭氧一缺氧一好氧(AAO)工藝中的厭氧一缺氧一好氧生化區(qū)，以及泥水分離區(qū)自下而上疊層布置于一個(gè)防滲土工中，池中設(shè)置多個(gè)生化反應(yīng)器.生化反應(yīng)器為一種氣力提升混合溶氧裝置，每個(gè)生化反應(yīng)器下部設(shè)有一組集泥管，在氣力提升抽引作用下，將池底沉降的輕質(zhì)活性污泥吸入生化反應(yīng)器，與污水混合提升并充氧。生化反應(yīng)器將污水、活性污泥混合液提升至池上部好氧生化層，得到充氧活化的生化污泥逐漸下沉進(jìn)入中部缺氧生化層和下部厭氧生化層，每個(gè)生化反應(yīng)器服務(wù)區(qū)域均形成一個(gè)自下而上的厭氧一缺氧一好氧(AAO)生化微單元。微單元生化污水處理工藝技術(shù)模型如圖1所示。

　　生物過濾采用垂直上向流曝氣生物濾床，濾床上種植有水草、蘆葦?shù)人参?，曝氣生物濾床內(nèi)生物膜、水生植物的根系進(jìn)一步降解、吸收污水中的殘余污染物，實(shí)現(xiàn)污水的深度凈化處理。

　　2.3.2 污水處理工藝流程

　　如圖2所示，進(jìn)站污水經(jīng)格柵格濾后，由提升泵送人微單元生化池池首底部厭氧生化層，經(jīng)微單元生物處理后的污水進(jìn)入曝氣生物濾床下部布水管，自下而上穿過曝氣生物濾床，殘余污染物被濾床內(nèi)生物膜，以及水草、水生植物的根系進(jìn)一步降解、吸收，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的深度凈化處理。達(dá)標(biāo)出水自流外排至路邊、田間溝渠。

　　2.3.3 工藝技術(shù)突出特點(diǎn)

　　(1)微單元生化池、生物過濾池內(nèi)自然生長有大量自養(yǎng)、異養(yǎng)型菌類，輪蟲、線蟲等原生、后生動(dòng)物，放養(yǎng)并大量繁殖有雜食、濾食魚類等高等水生動(dòng)物，以及接種的藻類，種植的水草、蘆蘋等水生植物，構(gòu)成較為完整的食物鏈和生態(tài)體系，實(shí)現(xiàn)污水的生化一生態(tài)聯(lián)合深度處理。

　　(2)微單元生化池下部污泥中的輕質(zhì)可生化降解污泥中的有機(jī)物被反硝化微生物利用作生物脫氮碳源，在確保生物脫氮碳源需求的同時(shí)，大大減少了剩余污泥產(chǎn)生量，少量剩余污泥沉人池底，進(jìn)行長期、充分的無機(jī)化消解，消解后形成無機(jī)灰土的體積大幅縮小，積沉于池底防滲膜上，形成防滲膜保護(hù)層，從而避免了污泥處理問題。

　　(3)進(jìn)池污水、厭氧生化層均處于微單元生化池下部，可以從根本上避免污水處理設(shè)施運(yùn)行過程中產(chǎn)生臭氣污染的問題。

　　(4)微單元生化池、生物過濾池為防滲土工池，配合池內(nèi)魚蝦和水生植物，既可以大量減少工程建設(shè)投資，又可以形成較好的自然景觀效果。

　　(5)微單元生化池開闊的水面可最大限度地接受自然復(fù)氧，減少人工曝氣充氧量，相應(yīng)地節(jié)省污水處理運(yùn)行費(fèi)用。

　　(6)污水處理站出水(充分生態(tài)化的熟水)自流至路邊、田間溝渠，即作為農(nóng)業(yè)灌溉用水.也作為農(nóng)村路邊、田間溝渠補(bǔ)充水，以逐漸恢復(fù)農(nóng)村路邊、田間溝渠潺潺流水、水草滋生、魚蝦歡游的生態(tài)環(huán)境。

　　(7)采用微單元生化一生物過濾設(shè)計(jì)、建設(shè)的污水處理站機(jī)電設(shè)備只有格柵、提升泵、鼓風(fēng)機(jī)，生化反應(yīng)器為免維護(hù)型設(shè)備，污水處理站維護(hù)維修工作量很少，運(yùn)行管理簡單。

　　(8)污水提升泵根據(jù)一體化格柵及提升泵井內(nèi)水位自動(dòng)開停，污水處理站全自動(dòng)化運(yùn)行，無需專人管理只需要定期巡檢。站內(nèi)設(shè)置的影像監(jiān)控系統(tǒng)用于遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控污水處理站運(yùn)行及安保狀態(tài)，以保證污水處理站的安全運(yùn)行。

　　2.4 污水處理站運(yùn)行情況

　　邢臺(tái)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)17座污水處理站自2018年10月開工建設(shè)，2019年1月工程竣工，2019年2月開始調(diào)試，生化一生態(tài)系統(tǒng)啟動(dòng)期約3個(gè)月，生化一生態(tài)系統(tǒng)啟動(dòng)后污水處理效果逐漸顯現(xiàn)，出水水質(zhì)迅速提升。17座污水處理站已連續(xù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)試運(yùn)行超過半年，試運(yùn)行期間核定各污水處理站平均污水處理成本費(fèi)用為0.50?0.75元/m3，17座污水處理站共配備運(yùn)行維護(hù)人員4人(含輪休人員1名)，其中1人為管理人員，2人負(fù)責(zé)各站巡視、維護(hù)

　　各污水處理站試運(yùn)行期間主要技術(shù)數(shù)據(jù)(已剔除突高、突低值后的通常范圍值)見表1。

　　三、總結(jié)與展望

　　3.1 農(nóng)村污水處理的基本原則

　　基于農(nóng)村污水的特點(diǎn)以及與城市污水的顯著差別，若將城市污水的處理技術(shù)直接推廣到農(nóng)村污水仍存在著較大的不適用性。農(nóng)村污水的處理工程需要在大量實(shí)地調(diào)研工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行“一村一策”定制化的方案設(shè)計(jì)。

　　基于本文例證工程的設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，農(nóng)村污水處理的基本原則應(yīng)為：

　　(1)居住條件不同的農(nóng)村，尤其針對(duì)正在進(jìn)行“新農(nóng)村改造”的村莊，改造模式和改造前后的污水排放特點(diǎn)和水質(zhì)差異很大，需要根據(jù)農(nóng)村現(xiàn)狀和規(guī)劃情況，盡可能滿足改造期間、改造前后的污水處理需要。

　　(2)供水條件不同的農(nóng)村，尤其是免費(fèi)與收費(fèi)供水、連續(xù)與定時(shí)供水的農(nóng)村污水量差異很大，需要根據(jù)各村的實(shí)際污水量，盡可能地合理地確定污水處理工程規(guī)模。

　　(3)灌溉用水條件不同的農(nóng)村，尤其是南方豐水地區(qū)農(nóng)村與北方干旱缺水地區(qū)的農(nóng)村，對(duì)污水處理再生灌溉用水的需求差異很大，需要根據(jù)當(dāng)?shù)貙?duì)再生灌溉用水的需求情況，有針對(duì)性地選擇污水處理設(shè)施設(shè)置方案。

　　(4)經(jīng)濟(jì)實(shí)力不同的農(nóng)村，尤其是集體經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平差異較大的農(nóng)村，需要根據(jù)各村的經(jīng)濟(jì)承受能力，在滿足污水處理量和排放標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，合理選擇經(jīng)濟(jì)可行的污水處理工藝技術(shù)。

　　(5)農(nóng)村污水處理，尤其是平原地區(qū)、居住分散地區(qū)農(nóng)村污水處理，應(yīng)以分散式收集處理方式為主，續(xù)的技術(shù)改進(jìn)及推廣應(yīng)用提供參考依據(jù)。隨著農(nóng)村污水處理工程建設(shè)的不斷突進(jìn)，生物一生態(tài)組合型工藝技術(shù)將會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用，污水處理的資源化再生利用將會(huì)越來越受到重視。將農(nóng)村污水處理和水體生態(tài)修復(fù)、生態(tài)環(huán)境改善，以及與生態(tài)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合，才能實(shí)現(xiàn)真正意義上的環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)多重效益，實(shí)現(xiàn)三生(生態(tài)、生產(chǎn)、生活)共贏。以節(jié)約大量污水輸送管道、提升泵站工程建設(shè)投資。

　　(6)在滿足污水處理量和排放標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，盡可能選擇工程建設(shè)投資較少、運(yùn)行維護(hù)成本較低的污水處理工藝技術(shù)。

　　(7)應(yīng)充分考慮到農(nóng)村缺乏施工、運(yùn)行專業(yè)人才和隊(duì)伍，力使農(nóng)村污水處理設(shè)施的建設(shè)施工、運(yùn)行管理盡可能簡單方便。

　　(8)盡量選擇生物一生態(tài)組合型工藝技術(shù)，并力使污水處理設(shè)施具備較好的景觀效果和生態(tài)效益。

　　3.2 農(nóng)村污水處理適用技術(shù)及發(fā)展

　　本文例證工程的設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，微單元生化一生物過濾組合式工藝技術(shù)適用于農(nóng)村污水處理，能夠以較低的經(jīng)濟(jì)代價(jià)滿足農(nóng)村污水處理要求，污水處理設(shè)施建設(shè)施工、運(yùn)行管理簡單便捷。出水有利于再生為農(nóng)田灌溉和生態(tài)景觀用水。受冬季氣溫限制，組合式工藝技術(shù)的適用地區(qū)為北京以南，尤其是缺水地區(qū)，以及廣大南方地區(qū)農(nóng)村污水處理。邢臺(tái)經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)17座農(nóng)村污水處理站將作為試點(diǎn)工程，在日后的運(yùn)行實(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)的技術(shù)改進(jìn)及推廣應(yīng)用提供參考依據(jù)。

　　隨著農(nóng)村污水處理工程建設(shè)的不斷突進(jìn)，生物一生態(tài)組合型工藝技術(shù)將會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用，污水處理的資源化再生利用將會(huì)越來越受到重視。將農(nóng)村污水處理和水體生態(tài)修復(fù)、生態(tài)環(huán)境改善，以及與生態(tài)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合，才能實(shí)現(xiàn)真正意義上的環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)多重效益，實(shí)現(xiàn)三生(生態(tài)、生產(chǎn)、生活)共贏。(來源：(北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院)