農(nóng)村生活污水分散式處理工藝及在廣東省的應(yīng)用情況

楊 揚(yáng)

（廣東省環(huán)境保護(hù)工程研究設(shè)計(jì)院有限公司，廣州 510030）

地處偏遠(yuǎn)的農(nóng)村地區(qū)，因?yàn)槲鬯芫W(wǎng)難以覆蓋或投資過(guò)大，生活污水未能進(jìn)入城鎮(zhèn)集中式處理系統(tǒng)。因此，應(yīng)考慮以村莊或者農(nóng)村居民聚居點(diǎn)為單元片區(qū)，采用分散式的方式對(duì)片區(qū)內(nèi)的生活污水進(jìn)行處理。因此，筆者分析了常見(jiàn)的、行之有效的污水分散式處理工藝及其在廣東省PPP模式整縣推進(jìn)村鎮(zhèn)污水處理設(shè)施建設(shè)實(shí)際工程中的應(yīng)用。

1 分散式處理技術(shù)

1.1 人工生化強(qiáng)化系統(tǒng)

人工生化強(qiáng)化系統(tǒng)將污水處理工藝流程濃縮在成套設(shè)備或小型構(gòu)筑物中，以方便運(yùn)用于地理?xiàng)l件受限的農(nóng)村地區(qū)。常用工藝包括接觸氧化、SBR、A/O、MBR、生物轉(zhuǎn)盤等。人工生化強(qiáng)化系統(tǒng)高度小型化，通過(guò)多級(jí)的物理、化學(xué)、生物的處理流程以及配備自動(dòng)控制系統(tǒng)，使得系統(tǒng)的處理性能可調(diào)可控，并且具備穩(wěn)定的處理能力。較典型的為源自日本的“凈化槽”，其設(shè)計(jì)處理出水可達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918- 2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，高于一般土地處理方法的出水水質(zhì)，單位造價(jià)（不含管網(wǎng)）為2.4萬(wàn)元/t水，單位占地＜3 m2/t水，單位運(yùn)行成本為0.63元/t水。由于該類系統(tǒng)運(yùn)用大量的人工設(shè)備，相比自然生態(tài)處理手段，造價(jià)高，運(yùn)行費(fèi)用高，而作為小型化系統(tǒng)，單套處理水量常比較小，常見(jiàn)在100 t/d以下。

1.2 人工濕地與土地滲濾

人工濕地在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)均具有表面淺水層，能維持大型水生植物生長(zhǎng)的生態(tài)系統(tǒng)，是由人工制造和監(jiān)督控制的、類似沼澤地的地面[1]。它依靠水生植物根系和土壤膠粒，通過(guò)生物作用實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的凈化作用，如圖1所示。按水流方式，人工濕地可以分為地表流濕地、潛流濕地和垂直流濕地。

與人工濕地類似的污水生態(tài)處理系統(tǒng)還包括土壤滲濾，它是指在人工調(diào)控下將廢水投配于土地上，通過(guò)土壤-植物系統(tǒng)的天然凈化能力和蒸發(fā)作用使廢水得到凈化和再生的土地處理法。

人工濕地與土地滲濾的相同之處是都是淺水層的土地處理系統(tǒng)，主要利用植物、土壤顆粒的污水凈化作用。不同之處是土壤滲濾系統(tǒng)利用的植物以草皮、牧草、花木為主，并且加入很多人工配置的填料以保障滲濾的均勻有效性；人工濕地處理系統(tǒng)則大多利用水生植物，如蘆葦、美人蕉等。

該類土地處理系統(tǒng)單位建設(shè)投資約為600元/t水，具有運(yùn)行費(fèi)用低、運(yùn)營(yíng)簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，處理規(guī)模上可以因地制宜，靈活多變，小至每天幾十立方米，大至每天幾千立方米。但其占地較大，由于僅依靠植物、土壤的生態(tài)作用，出水水質(zhì)一般只能達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)B要求。

圖1 人工濕地處理工藝

1.3 穩(wěn)定塘

穩(wěn)定塘，又稱氧化塘，是人工適當(dāng)修整或修建的設(shè)有圍堤和防滲層的污水池塘，與濕地、土地滲濾系統(tǒng)同屬土地處理系統(tǒng)范疇。污水在池塘內(nèi)流動(dòng)緩慢，儲(chǔ)存時(shí)間較長(zhǎng)，以太陽(yáng)能為初始能源，主要依靠池塘中微生物、藻類的代謝活動(dòng)，使污染物得降解。按照占優(yōu)勢(shì)的微生物種屬和相應(yīng)的生化反應(yīng)，其可分為好氧塘、兼性塘、厭氧塘和曝氣塘。其水深在0.3～5.0 m，隨深度加深能夠產(chǎn)生好氧-兼氧-厭氧的變化。為了強(qiáng)化塘面大氣復(fù)氧作用，可在氧化塘上設(shè)置機(jī)械曝氣或水力曝氣器，使塘水得到不同程度的混合而保持好氧或兼性狀態(tài)[2]。

隨著研究的逐步深入，人們研發(fā)出許多新型塘和組合塘工藝，如高效藻類塘、水生植物塘、高級(jí)串聯(lián)塘和高級(jí)綜合塘系統(tǒng)。在缺水干旱地區(qū)，穩(wěn)定塘是實(shí)施污水資源化利用的有效方法。有水塘的農(nóng)村地區(qū)可通過(guò)適當(dāng)改造，將現(xiàn)有的水塘轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定塘，用于處理農(nóng)村污水。穩(wěn)定塘能適應(yīng)大多數(shù)南方農(nóng)村地區(qū)的地理狀況，但存在占地大、出水水質(zhì)不穩(wěn)定的弊端。出水水質(zhì)一般只能達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)B要求。穩(wěn)定塘運(yùn)行成本低，低于0.1元/t水；投資省，為600～700元/t水。

1.4 組合工藝

我國(guó)各農(nóng)村實(shí)際情況不同，污水排放標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)濟(jì)投入存在差異，上述單一工藝未必能適應(yīng)實(shí)際情況，可因地制宜選擇人工強(qiáng)化和自然降解的組合方式進(jìn)行污水處理，以達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，如以厭氧穩(wěn)定塘作為預(yù)處理段、后續(xù)人工濕地或土壤滲濾，生物濾池、厭氧工藝后續(xù)人工濕地等方式。

圖2為一套典型的運(yùn)用一體化生物接觸氧化+土地滲濾的組合污水處理工藝，目前在郊區(qū)農(nóng)村得到廣泛的應(yīng)用[3]。

圖2 一體化生物接觸氧化-土地滲濾處理工藝

農(nóng)戶糞便污水首先進(jìn)入化糞池，污水經(jīng)厭氧發(fā)酵作用，有機(jī)物得到部分分解，降低了污染物負(fù)荷，提高了污水中速效養(yǎng)分的含量。污水經(jīng)過(guò)重力管道輸送至格柵井，攔截污水中粗大的漂浮物，保護(hù)后面處理池中的水泵不受損害。然后，污水流入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池兼具調(diào)節(jié)水量及水解酸化的預(yù)處理作用，厭氧池內(nèi)裝有填料，污水經(jīng)厭氧反應(yīng)后再溢流到生物接觸氧化池，內(nèi)均裝填料及曝氣裝置，污水中的有機(jī)物大部分在此得以去除。氧化池的出水溢流至沉淀池，并兼作后續(xù)土地滲濾池的配水井。污水在土地滲濾系統(tǒng)中進(jìn)行深度處理，經(jīng)過(guò)池內(nèi)層層填料的過(guò)濾、吸附等作用后，最終達(dá)標(biāo)排放。

2 分散式處理技術(shù)的特點(diǎn)比較

分散式處理技術(shù)類型多樣，是由排放標(biāo)準(zhǔn)的不同決定的，歸根到底是人們對(duì)自然水環(huán)境質(zhì)量的要求和污水處理要求程度不一，從而考慮采用不同的處理工藝。排放標(biāo)準(zhǔn)較低或規(guī)定不夠明確時(shí)，運(yùn)用自然生態(tài)法處理農(nóng)村污水，具有建設(shè)投資少、運(yùn)營(yíng)成本低、運(yùn)行難度較低的優(yōu)勢(shì)，但以占地大、處理效果穩(wěn)定性差為代價(jià)。而近年來(lái)不斷嚴(yán)苛的出水標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水處理設(shè)施提出了進(jìn)一步強(qiáng)化處理效果的要求，城鎮(zhèn)生活污水處理技術(shù)逐步應(yīng)用到農(nóng)村，各種人工生化強(qiáng)化工藝系統(tǒng)處理效果穩(wěn)定，節(jié)約建設(shè)用地，然而經(jīng)濟(jì)成本高，運(yùn)營(yíng)水平要求高，對(duì)農(nóng)村地方的經(jīng)濟(jì)支付能力是極大的考驗(yàn)。將人工手段和自然手段組合起來(lái)形成的組合工藝對(duì)各自特點(diǎn)取得了折中，提供了更多樣化的工藝技術(shù)。上述各種工藝的特點(diǎn)歸納如表1所示。

3 分散式處理技術(shù)在廣東省農(nóng)村生活污水處理中的工程應(yīng)用

廣東省的粵東西北地區(qū)農(nóng)村分布廣泛，早期建設(shè)的污水處理設(shè)施近100%使用了人工濕地工藝，局部地區(qū)使用氧化塘或者其他自然處理法，排放標(biāo)準(zhǔn)較低。2016年開(kāi)始，隨著廣東省啟動(dòng)了粵東西北地區(qū)以PPP模式整縣推進(jìn)村鎮(zhèn)污水處理設(shè)施建設(shè)，要求新建農(nóng)村污水處理設(shè)施出水標(biāo)準(zhǔn)不得低于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)B。該年度在粵東西北范圍內(nèi)有18個(gè)縣（市、區(qū)）啟動(dòng)了有關(guān)設(shè)施的建設(shè)，其中15個(gè)為全省的示范縣，污水處理設(shè)施規(guī)?？傆?jì)達(dá)33萬(wàn)t/d，共34個(gè)企業(yè)或以聯(lián)合體方式中標(biāo)參與項(xiàng)目建設(shè)，各中標(biāo)社會(huì)資本運(yùn)用不同的污水處理工藝，代表了工程行業(yè)對(duì)于廣東省農(nóng)村污水治理的工藝選擇理念。有5個(gè)縣運(yùn)用了人工生化強(qiáng)化+自然處理組合工藝，類型為厭氧+人工濕地、好氧+人工濕地、人工濕地+生物濾池；有3個(gè)縣運(yùn)用了自然處理工藝，類型為人工濕地或穩(wěn)定塘；有9個(gè)縣運(yùn)用了純粹的人工生化強(qiáng)化工藝，均以一體化設(shè)備的形式實(shí)現(xiàn)，工藝包括厭氧、缺氧、接觸氧化、A2O、SBR、BAF，充分說(shuō)明三類工藝在實(shí)際工程中得到廣泛應(yīng)用。

表1 分散式農(nóng)村污水主要處理工藝對(duì)比