村鎮(zhèn)生活污水處理中存在的問題及分類處理方法

劉秉濤， 張亞龍

(華北水利水電大學 環(huán)境與市政工程學院，河南鄭州 450045)

近年來，隨著經濟的發(fā)展，村鎮(zhèn)地區(qū)生活污水的排放量越來越大，但相應的污水處理設施建設跟不上經濟發(fā)展的速度。據(jù)推算，農村每年產生的生活污水總量約90億t，并且在不斷增加，造成了村鎮(zhèn)地區(qū)的河流湖泊和地下水的嚴重污染，水體富營養(yǎng)化等問題越來越嚴重。目前，國家對農村污水處理的示范性工程主要集中在北上廣、江浙等經濟發(fā)達地區(qū)，中西部地區(qū)雖然也在積極探索適宜的農村污水治理工藝，但經濟發(fā)展仍然是主要的制約因素[1]。現(xiàn)行的城市污水處理技術可以達到出水標準，但污水的處理成本較高，不適合村鎮(zhèn)地區(qū)。因此，當前開發(fā)投資少、運行費用低的污水處理技術成為目前村鎮(zhèn)污水處理發(fā)展的關鍵[2]。

村鎮(zhèn)生活污水包含了建制鎮(zhèn)政府所在地的污水和村莊的污水，因此規(guī)模變化幅度大，地區(qū)差異明顯。很多村莊常住人口僅有數(shù)百人，每天生活污水排放量在數(shù)十立方米范圍內。村鎮(zhèn)地區(qū)居民分布廣且分散，生活污水的水量、成分、污染物濃度與村鎮(zhèn)地區(qū)的生活水平、生活習慣等有關[3]。村鎮(zhèn)地區(qū)的生活污水有機物含量較高，可生化性好，水質水量波動大，基本不含重金屬等有毒有害物質[4]，其水質指標為：生化需氧量(BOD5)180～320 mg/L，化學需氧量(COD)265～520 mg/L，懸浮物(SS)濃度90～225 mg/L，氨態(tài)氮(NH3-N)濃度20～60 mg/L，總氮(TN)濃度25～80 mg/L，總磷(TP)濃度1.5～5.0 mg/L。

1　村鎮(zhèn)生活污水處理存在的主要問題

1.1　技術路線不合理

雖然都是生活污水，但村鎮(zhèn)與城市不同，村鎮(zhèn)的人口規(guī)模小和居住分散、污水水量小、日變化系數(shù)大、水質水量隨地區(qū)差異性大，使得在村鎮(zhèn)生活污水處理項目中不能照搬城市污水處理工程的設計選型經驗。但是在實際工程中，很多設計單位或設計人員不考慮現(xiàn)實情況、敷衍了事直接照搬，把村鎮(zhèn)污水當成了縮小規(guī)模的城市污水處理工程來做，結果項目建成后不能運行或長期穩(wěn)定運行。目前，在村鎮(zhèn)污水處理領域尚沒有規(guī)范的技術規(guī)程，不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)之間采用的處理工藝相差甚遠，導致同一地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)間的污水處理工藝各有不同。應因地制宜，根據(jù)村鎮(zhèn)的功能、人口、地形地貌、地質特點、氣候、排放要求和經濟水平等，通過技術經濟分析和比較，選擇簡單、經濟、有效的處理技術。

1.2　設計規(guī)模過大

村鎮(zhèn)地區(qū)居住人口常發(fā)生較大變化，體現(xiàn)在青年人外出務工現(xiàn)象普遍，使得污水產生量與居住人口不一致，污水流量的季節(jié)性變化特別顯著。大多數(shù)村民使用井水，廚房和衛(wèi)生間沒有完善的水池和下水管道，洗完的水灑在院子路邊，所以收集較為困難?；S池大多數(shù)是無底化糞池，要進行改建，或者糞水用來澆菜，廁所排水很難收集。這些都會影響到污水處理站的設計規(guī)模，但在實際設計時，設計單位或者設計人員沒有考慮現(xiàn)實情況，導致某些村鎮(zhèn)生活污水處理工程設計規(guī)模遠超當?shù)貙嶋H污水產生量，污水處理廠(站)超低負荷運行甚至間歇性運行，沒有取得良好的環(huán)境效益和經濟效益。在實際工程設計中，應充分結合村鎮(zhèn)居民的生活習慣、居住人口的變化特點，合理設計污水處理廠(站)的規(guī)模。

1.3　廠網建設不同步

村鎮(zhèn)地區(qū)管網建設落后并且建成后管網的收集率不高，特別是一些自然村居民產生的生活污水因無管道無法外排，使得一部分污水處理設施建成后無法正常運行，達不到設計要求的運行條件。雖然目前已有很多村鎮(zhèn)建有農村新型社區(qū)，但社區(qū)的入住率低，建成的污水處理設施也無法正常運行。因此，有必要制定村鎮(zhèn)污水收集管網的設計、施工及運行管理的規(guī)程，以保證污水處理設施的正常運行。

1.4　施工質量不合格

大多數(shù)村鎮(zhèn)生活污水處理項目規(guī)模較小，資質較高的大型施工企業(yè)參與意愿不高，導致村鎮(zhèn)生活污水項目的實際施工隊伍水平參差不齊，工程質量不合格，構筑物和設備跑冒滴漏嚴重，直接影響項目運行。

1.5　運營監(jiān)管措施不到位

目前我國農村污水處理設施主要有3種運營模式：(1)建設單位負責運營；(2)專業(yè)運營公司負責運營；(3)村委會負責運營。實際運行中，由于村委會缺乏專業(yè)技術人員指導，其負責運營的設施出水基本不能達標。同時，由建設單位和專業(yè)運營公司負責的污水設施也存在出水水質不達標的問題。大多數(shù)農村污水處理設施只是在建成驗收時進行進出水質的測量，而對后期的運行維護措施監(jiān)管不到位，使得一些設施建成后基本無法正常運行，只是在檢查時開啟。因此，處理設施的維護是非常重要的，應盡快制定農村污水處理設施的運營監(jiān)管政策，以使污水處理設施能正常運營[5]。

1.6　資金不足導致停用

市縣級政府負責工程建設和設備購買安裝，運行維護的費用需要當?shù)卮彐?zhèn)籌備。而大多數(shù)村鎮(zhèn)財政都比較困難，無法落實運營經費，建好的污水處理設施只好停運或閑置。在城市生活污水和工業(yè)廢水雙重治理的壓力下，國家財政也很難顧及村鎮(zhèn)的污水治理領域[1]。因此，建立村鎮(zhèn)污水處理設施運行資金保障機制，是當前農村污水處理的迫切任務。

2　村鎮(zhèn)生活污水分類處理

2.1　處理方式上“集中處理+分散處理”

按照是否有管網收集，村鎮(zhèn)生活污水的處理可分為集中處理和分散處理。集中處理與城市生活污水類似，集中處理的服務范圍廣、處理水量大、需要居民參與的程度低[6]；但集中處理需要大量鋪設污水管道，污水管網的建設費用一般占工程總費用的50%以上，在村鎮(zhèn)等人口密度較小的地方管網所占的費用將會更高[7]。因此，集中式污水處理模式在村鎮(zhèn)等地區(qū)的應用受到很大的限制。分散處理的方式是由于村鎮(zhèn)人口密度小且不集中，污水收集管網建設費用高，且建成后的污水管道也可能因為水量小產生沉積導致堵塞。所以村鎮(zhèn)生活污水還可以在居民家中或居民點小范圍收集后進行直接處理，呈分散處理狀態(tài)。

近年來，分散式污水處理模式在發(fā)達國家迅速發(fā)展。日本從1977年開始，實行農村生活污水分散處理計劃，對不同形式的小型一體化污水分散處理設施進行了研究，后來開發(fā)的凈化槽技術在分散式生活污水處理中得到了廣泛應用。1987年，美國國會通過了清潔水法的修正案，增補了非點源污染的控制大綱，同時美國國家環(huán)境保護局還于2002年出版了分散污水處理系統(tǒng)應用手冊。目前，美國至少1/4的人口是由分散式污水處理系統(tǒng)提供生活污水處理服務的[8]。澳大利亞已有12%的居民采用化糞池進行村鎮(zhèn)生活污水處理[9]。德國從2003年起實施“分散市鎮(zhèn)基礎設施系統(tǒng)”項目研究，利用膜生物反應器凈化偏遠村鎮(zhèn)生活污水[10]?？梢姡稚⑹轿鬯幚砟Ｊ皆诎l(fā)達國家發(fā)展迅速。

我國于20世紀80年代開始，對分散式污水處理模式同樣進行了探索和實踐，如在太湖流域農村生活污水開展了“厭氧水解+跌水充氧接觸氧化+生態(tài)塘+折板潛流式人工濕地組合技術”，“初沉池+蚯蚓生態(tài)濾池+潛流式人工濕地組合技術”及“厭氧發(fā)酵+生態(tài)土壤處理系統(tǒng)+蔬菜種植組合技術”為核心的示范工程建設，并且取得了良好的有機物降解和脫氮除磷效果[11]。

分散型污水處理模式可以與集中型污水處理模式相結合，如在廣東省揭陽市近年來大力推動農村污水處理，采用“雨污分流”+無動力厭氧處理技術(圖1)。要求各家各戶都建設1個三級化糞池，糞渣在此沉淀，之后通過鋪設排污管網把各家各戶的污水收集到一起進行集中處理，管網采用PVC管材，并且對污水和雨水進行分流，已有678個村建設了“雨污分流”工程。系統(tǒng)無動力消耗，零成本運營，節(jié)省耕地，并且可以快速改變地下水質，出水可以達到GB 5084—2005《農田灌溉水質標準》、GB 18918—2016《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》。農村環(huán)境衛(wèi)生得到了進一步的整治。

2.2　處理技術上“因地制宜，經濟適用”

具體處理技術可以分為3種情況：經濟較發(fā)達、基礎設施完善、環(huán)境敏感度高的村鎮(zhèn)生活污水處理技術；村鎮(zhèn)規(guī)模大、環(huán)境敏感度較高的村鎮(zhèn)生活污水處理技術；村鎮(zhèn)規(guī)模較小、環(huán)境敏感度一般的村鎮(zhèn)生活污水處理技術，可以采用組合工藝及集成技術，盡量滿足處理工藝簡短，設備簡單，維護需求低，出水水質穩(wěn)定。

2.2.1人工濕地人工濕地是在構筑物內中填充有利于微生物附著和植物生長的介質(礫石、沸石、鋼渣等)，地表種植蘆葦、美人蕉、菖蒲等水生植物，污水沿一定方向流過人工濕地，在微生物、土壤和植物的聯(lián)合作用下得到凈化。按結構不同可將其分為表面流、潛流和垂直流3種類型，并各具優(yōu)缺點。其中，用于農村生活污水處理的主要是表面流和潛流2種形式人工濕地[12]。人工濕地污水處理系統(tǒng)具有建設成本低、出水水質好、維護簡單、幾乎沒有運行費用、生態(tài)環(huán)境良好等優(yōu)點(表1)。我國于1987年在天津首次建成占地6 hm2、處理規(guī)模為1 400 m3/d的蘆葦床濕地工程，其后該技術在我國得到了快速發(fā)展。目前，國內利用該技術處理小城鎮(zhèn)污水、農村污水及面源污水的成功實例頗多，同濟大學在上海市崇明區(qū)采用強化預處理一高負荷人工濕地處理生活污水，處理規(guī)模為3 000 m3/d，主要指標達到一級A排放標準。孫亞兵等對自動增氧型潛流人工濕地處理農村生活污水的研究表明，COD、NH3-N、TP進水濃度分別在132.4～392.6、21.58～50.26、3.60～13.17 mg/L范圍內變化時，COD、NH3-N、TP的去除負荷隨著進水濃度的升高而增大，其最高去除負荷分別為226.38、44.40、10.44 kg/(hm2·d)，相應的去除率分別為89.45%、88.93%、90.25%，且系統(tǒng)有較強的抗沖擊負荷能力[13]。

表1　人工濕地的比較

2.2.2土地處理系統(tǒng)土地處理是將經過預處理的污水投配到地面下一定距離，在滲透性良好的地層中，通過土壤的毛細力、重力的作用下使得污水擴散運動，通過土壤物理截留、物化吸附、化學反應、生物降解、動植物的作用而被凈化的處理系統(tǒng)。污水土地處理系統(tǒng)根據(jù)污水的投配方式及處理對象的不同，可以分為慢速滲濾(SR)、快速滲濾(RI)、地表漫流(OF)和地下滲濾(UG)系統(tǒng)4種類型(表2)。

表2　土地處理系統(tǒng)的工藝特征

土地滲濾系統(tǒng)建設容易，基建投資少，維護管理簡單，運行費用低，實際應用可免提升。該技術設在地下，能保證冬季穩(wěn)定運行，不產生臭氣，便于污水就地處理和回用，該技術在國內外得到廣泛應用。鄭彥強等對地下滲濾系統(tǒng)處理農村生活污水的研究結果顯示，對COD、總磷、氨態(tài)氮、總氮、懸浮物在正常運行時出水平均濃度均滿足城鎮(zhèn)污水綜合排放標準的一級A標準，并且可以經受一定的負荷變化[14]。該技術在國外也得到了廣泛的應用，如日本已建成地下滲濾系統(tǒng) 20 000 余套；俄羅斯制定了工藝流程及相應的技術規(guī)范。澳大利亞發(fā)展了“FILLTER”的高效污水灌溉系統(tǒng)。我國對土壤滲濾處理系統(tǒng)日益重視，在江浙、滇池和太湖等地區(qū)村鎮(zhèn)污水的治理工作中，較為廣泛地應用了該技術[15-17]。但存在堵塞現(xiàn)象，并且對土質的要求較高，如土質通透性能、活性、水力負荷、處理效率等。因此，應開發(fā)更加經濟合理的人工濾料來達到更好的處理效果。

2.2.3穩(wěn)定塘穩(wěn)定塘是一種利用天然凈化能力對污水進行處理的構筑物總稱，主要利用菌藻共同作用處理廢水中的有機污染物和營養(yǎng)物質。分為好氧塘、兼性塘和厭氧塘(表3)。目前，全世界已經有近60個國家在使用穩(wěn)定系統(tǒng)，德國和法國分別有各類穩(wěn)定塘3 000、2 000余座，而美國也有各類穩(wěn)定塘上萬座。我國有關穩(wěn)定塘的研究始于20世紀50年代末，目前該技術幾乎遍布全國各個地區(qū)(表4)。

表3　不同穩(wěn)定塘運行結果比較

表4　穩(wěn)定塘去除污染物機理

在對穩(wěn)定塘進行改良的過程中，出現(xiàn)了許多新型塘，包括高效藻類塘、水生植物塘和養(yǎng)殖塘、高效復合厭氧塘、超深厭氧塘、生物濾塘等塘型。如同濟大學在太湖考察了高效藻類塘(high rate algae pond，HRAP)處理農村污水的效果，水力停留時間為8 d，該系統(tǒng)對CODcr、TN、TP的平均去除率分別為69.4%、41.7%、45.6%，該工藝對NH3-N的處理效果很好，平均去除率達到了90.8%，具有良好的脫氮除磷效果[21-23](圖2)。研究人員還開發(fā)了許多組合塘工藝，與傳統(tǒng)生物法組合的UNITANK工藝+生物穩(wěn)定塘、水解酸化+穩(wěn)定塘工藝和折流式曝氣生物濾池+穩(wěn)定塘工藝等，各類塘型組合的多級串聯(lián)塘、生態(tài)綜合塘、高級綜合塘系統(tǒng)等。

2.3　小型一體化水處理裝置

一體化污水處理裝置技術起源于日本，在日本被稱為凈化槽技術。日本的凈化槽主要在排水管網不能覆蓋、污水無法納入集中處理設施進行統(tǒng)一處理的偏遠地區(qū)推廣使用。凈化槽與城市污水管網系統(tǒng)、農業(yè)村落排水設施、社區(qū)污水處理設施等共同構成日本四大污水處理系統(tǒng)。凈化槽技術在治理日本的分散型生活污水、實現(xiàn)環(huán)境保護目標方面發(fā)揮了重要作用。

凈化槽的發(fā)展經歷了單獨處理凈化槽、合并處理凈化槽、深度處理凈化槽等幾個階段。單獨處理凈化槽為僅處理糞便的凈化裝置，隨著經濟的發(fā)展，已經禁止生產和安裝[24]。合并處理凈化槽既能處理糞便又能處理生活雜排水，出水BOD5<20 mg/L，TN濃度<20 mg/L以下(圖3)，通過安裝合并處理凈化槽可以實現(xiàn)生活污水的就地處理達標排放[25]。

目前深度處理凈化槽技術已經非常成熟，出水可以達到BOD5<10 mg/L、TN濃度<10 mg/L、TP濃度<1 mg/L的水平(圖4)。采用浸沒式平板膜組件，依靠先進的MBR工藝，

在1個反應系統(tǒng)內實現(xiàn)對COD、BOD5、氨態(tài)氮、總磷和懸浮物的有效去除，處理出水達到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》規(guī)定的一級A標準[26]。

凈化槽等一體化污水處理裝置投資少、見效快，可以實現(xiàn)污水的就地處理和達標排放，在排水管網不能覆蓋的地區(qū)推廣使用，可以減少地表水的污染負荷，是治理分散型生活污水的有效方法。深度處理設施還可以實現(xiàn)污水的就地處理、就地回用，有利于解決缺水地區(qū)的用水問題。

3　結語

隨著環(huán)境問題的加劇，村鎮(zhèn)地區(qū)的生活污水和工業(yè)廢水已成為環(huán)境的主要污染源，村鎮(zhèn)地區(qū)已成為污水治理的新陣地。由于社會經濟發(fā)展水平以及地域的差異，不同類型村鎮(zhèn)的村委會和鎮(zhèn)(鄉(xiāng))政府以及當?shù)鼐用駥ι钗鬯幚淼囊庠赋识鄻踊煌饔虻呐欧艠藴?、村?zhèn)周圍的水體環(huán)境敏感度也有差別，因此開發(fā)適合于村鎮(zhèn)地區(qū)污水處理的技術時，應遵循“因地制宜，經濟適用，維護簡單”的原則。隨著污水處理進程的推進，村鎮(zhèn)地區(qū)污水處理產生的污泥也日益增多，應加快研發(fā)適合村鎮(zhèn)的分散型污泥處理處置方法與技術政策，避免出現(xiàn)城市污水處理廠的污泥處理處置問題在村鎮(zhèn)污水處理中重復出現(xiàn)。

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