單戶式污水處理設(shè)施用于農(nóng)村污水治理的研究

劉超航 何雨來

1.政策背景

2018年2月，中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《農(nóng)村人居環(huán)境整治三年行動(dòng)方案》，將開展廁所糞污治理，推進(jìn)農(nóng)村生活污水治理列為2018-2020年的重點(diǎn)任務(wù)。

目前，我國(guó)廣大農(nóng)村地區(qū)絕大多數(shù)污水是不經(jīng)過任何處理，直接排放進(jìn)入水體，使部分河流遭到了污染，同時(shí)也對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)民健康造成了威脅。近年來，越來越多的工程技術(shù)人員和專家開始試點(diǎn)農(nóng)村污水治理。目前農(nóng)村污水治理應(yīng)用的模式按集中方式可分為小型污水站處理和并入鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水廠處理兩種模式。本文提出單戶式污水處理設(shè)施處理的思路，并與上述兩種方式進(jìn)行比較。

2.治理現(xiàn)狀

農(nóng)村生活污水與城市生活污水水質(zhì)相似，但存在水量小，地域分散，變化系數(shù)大的特點(diǎn)。小型污水站處理模式即將農(nóng)村污水以村或居民點(diǎn)為單位集中后，通過小型污水站處理。這種方式存在運(yùn)行管理繁瑣，噸水建設(shè)和處理成本高，由于水量變化系數(shù)大造成沖擊負(fù)荷大的缺點(diǎn)。目前，很多小型污水站面臨運(yùn)行成本高，出水水質(zhì)不穩(wěn)定的問題。

并入鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水廠處理模式即將農(nóng)村污水由污水收集管網(wǎng)收集后，通過提升泵站泵入最近的鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水廠處理。這種方式污水運(yùn)行管理及出水水質(zhì)均較小型污水站處理模式要好，但存在污水收集管網(wǎng)及泵站投資巨大的缺點(diǎn)。

針對(duì)以上兩種方式的缺點(diǎn)，我們提出單戶式污水處理設(shè)施處理的思路，即將單戶農(nóng)戶生活污水單獨(dú)進(jìn)行處理，該模式克服了小型污水站運(yùn)行困難和并入鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水廠管網(wǎng)投資大的缺點(diǎn)。通過低能耗、無人值守、景觀化的方式，讓農(nóng)村生活污水在農(nóng)戶房前屋后就地進(jìn)行處理。

3.實(shí)例分析

湖北某地農(nóng)村居民點(diǎn)共120戶，平均每戶按5口人計(jì)，每人每日污水產(chǎn)量按80L計(jì)，污水出水水質(zhì)要求達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。以下按新建小型污水站、并入鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水廠和單戶污水設(shè)施三種模式，從投資和運(yùn)行等方面進(jìn)行比較分析。

3.1新建小型污水站

3.1.1概況

根據(jù)以上信息，單人污水量按80L計(jì)，則該居民點(diǎn)污水水量Q=0.08×120×5=48m3/d。擬新建一座50m3/d的污水站，采用工藝流程為：格柵池→調(diào)節(jié)池→AO池→二沉池→混凝池→濾布濾池→紫外消毒器→出水。

3.1.2工藝描述

格柵池：利用人工格柵，攔截污水中大塊懸浮物和漂浮物，保證調(diào)節(jié)池中潛水泵的正常運(yùn)行。

調(diào)節(jié)池：設(shè)置調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)水質(zhì)和水量，使后續(xù)構(gòu)筑物不受沖擊負(fù)荷。

AO池：設(shè)置生化池，分為缺氧段（A段）和好氧段（O段），缺氧段鐘的厭氧菌和兼性菌將水中難降解的長(zhǎng)鏈污染物轉(zhuǎn)化為易降解的短鏈污染物，便于好氧段中好氧菌的利用。好氧段中的好氧菌通過生命活動(dòng)大幅降解水中的各項(xiàng)污染物。好氧段出水一部分回流至缺氧段在缺氧段中完成反硝化反應(yīng)，將水中的氮元素污染物轉(zhuǎn)化為N2排入空氣中，從而完成N的去除。

二沉池：設(shè)置二沉池，將AO池出水進(jìn)行固液分離，上清液進(jìn)入混凝池，下部污泥一部分回流至AO池的缺氧段，用于補(bǔ)充系統(tǒng)的微生物濃度，一部分作為剩余污泥排出系統(tǒng)。

混凝池：二沉池出水進(jìn)入混凝池，混凝池中投加混凝劑，如PAC等，一方面PAC可以與水中的磷酸鹽生成難溶物，另一方面，PAC水解為大分子的絮凝體，便于水中的沉淀物的沉淀分離。

濾布濾池：通過濾布的過濾作用，將水中的SS分離出系統(tǒng)，保證出水達(dá)標(biāo)。

紫外消毒器：通過紫外線的作用，對(duì)出水進(jìn)行消毒處理，使水中的細(xì)菌指標(biāo)達(dá)標(biāo)。

3.1.3工程設(shè)計(jì)

（1）格柵池：設(shè)計(jì)尺寸為1.0×1.0×2.0m，設(shè)置一個(gè)孔徑為5mm的格柵網(wǎng)。

（2）調(diào)節(jié)池：設(shè)計(jì)尺寸為5.0×2.5×3.5m，停留時(shí)間為12h，設(shè)置2臺(tái)潛水泵為整個(gè)泵站提供所需要的水頭。

（3）AO池：設(shè)計(jì)尺寸為5.0×2.5×3.5m，分為2格，總停留時(shí)間15h，其中A段4.5h，O段10.5h。A段設(shè)置潛水?dāng)嚢铏C(jī)1臺(tái)，O段設(shè)置微孔曝氣器。

（4）二沉池：設(shè)計(jì)尺寸為2.0×2.0×4.5m，采用豎流式沉淀池，設(shè)置中心筒。

（5）混凝池：設(shè)計(jì)尺寸為1.0×1.5×2.0m，停留時(shí)間為45min，設(shè)置槳式攪拌機(jī)1臺(tái)。

（6）濾布濾池：設(shè)計(jì)尺寸為1.6×1.0×2.0m，過濾面積1.2m2，濾速為2.1m/h，功率為1.5kw。

（7）紫外消毒器：處理量為2.5m3/h，功率0.04kw

3.1.4投資估算

根據(jù)以上分析，參考湖北省相關(guān)工程定額，并根據(jù)2018年市場(chǎng)信息，估算結(jié)果如下表：

由上表可知，采用新建小型污水站的方式，總建設(shè)投資約為80.3萬元。

3.1.5運(yùn)行費(fèi)用

污水處理站主要運(yùn)行費(fèi)用包括電費(fèi)、人工費(fèi)、藥劑費(fèi)、污泥費(fèi)等，具體如下。

（1）電費(fèi)

污水站有效功率為3.6kw，功率系數(shù)按0.85計(jì)，按每度電0.6元計(jì)，則噸水電費(fèi)為S1=3.6×0.85×24×0.6÷50=0.88元。

（2）人工費(fèi)

污水站配置操作人員1人，工資及福利按2800元每月計(jì)，則噸水人工費(fèi)用為S2=2800÷30÷50=1.87元。

（3）藥劑費(fèi)

投加混凝劑，噸水藥劑費(fèi)用約為S3=0.05元。

（4）污泥費(fèi)

污水站污泥量較小，作為肥料供污水站綠化使用，無需額外支付費(fèi)用。

由上可知，采用新建小型污水站的方式，噸水運(yùn)行費(fèi)用約為2.8元。

3.2并入鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠

3.2.1概況

鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠距離該居民點(diǎn)約為2.5公里，擬新建一座50m3/d的污水提升泵站，將污水提升至鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水廠并入處理。

3.2.2投資估算

根據(jù)以上分析，參考湖北省相關(guān)工程定額，并根據(jù)2018年市場(chǎng)信息，估算結(jié)果如下表：

由上表可知，采用并入鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水廠的方式，總建設(shè)投資約為169.8萬元。

4.2.3運(yùn)行費(fèi)用

參考《三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)屏障區(qū)污水處理廠建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)研究》[1]，規(guī)模在500-1500m3/d的鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)污水廠噸水運(yùn)行費(fèi)用平均為1.5元。

3.3單戶式污水處理設(shè)施

3.3.1概況

對(duì)居民點(diǎn)120戶居民生活污水進(jìn)行分別處理，利用居民房前屋后的邊角空地進(jìn)行景觀花園式設(shè)計(jì)，在景觀綠化中使污水得到凈化。單戶式污水處理設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)模為0.4m3/d，工藝流程為化糞池泵入→高負(fù)荷生物濾池→人工濕地→達(dá)標(biāo)出水。

3.3.2工藝描述

高負(fù)荷生物濾池：高負(fù)荷生物濾池的濾料間隙中存在大量生物膜，生物膜由外至內(nèi)分別為好氧菌、兼性菌和厭氧菌，形成一個(gè)個(gè)微型的A2O系統(tǒng)，當(dāng)污水從濾料上部流入下部時(shí)，這些微型A2O系統(tǒng)通過不同種類的微生物協(xié)同作用，大幅降解水中的各項(xiàng)污染物。同時(shí)，由于溫差、自然風(fēng)等作用，系統(tǒng)不斷從外界空氣中轉(zhuǎn)移氧氣，從而維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

人工濕地：采用水平潛流人工濕地，將高負(fù)荷生物濾池底部孔板出水進(jìn)行均勻配水。配置蘆葦、風(fēng)車草、再力花、美人蕉等生長(zhǎng)期長(zhǎng)、根系發(fā)達(dá)、植株美觀的植物，通過植物根系周圍的生物群落的作用，對(duì)水中的有機(jī)污染物進(jìn)一步處理，同時(shí)將整個(gè)系統(tǒng)形成花園景觀。

3.3.3工程設(shè)計(jì)

（1）高負(fù)荷生物濾池：設(shè)計(jì)尺寸為0.5×0.5×2.0m，設(shè)置波形塑料填料層。

（2）人工濕地：設(shè)計(jì)尺寸為3.4×3.4×1.0m，停留時(shí)間為12d。

設(shè)置2臺(tái)潛水泵由用戶化糞池中取水泵入系統(tǒng)，配置100w的光伏系統(tǒng)用于對(duì)潛污泵供電。

3.3.4投資估算

根據(jù)以上分析，參考湖北省相關(guān)工程定額，并根據(jù)2018年市場(chǎng)信息，估算結(jié)果如下表：

由上表可知，采用單戶式污水處理設(shè)施的方式，總建設(shè)投資約為52.8萬元。

3.3.5運(yùn)行費(fèi)用

采用單戶式污水處理設(shè)施建成后，可將設(shè)施移交給該戶居民管理，污水設(shè)施無需專業(yè)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，僅需及時(shí)將設(shè)施故障報(bào)告給指定管理部門即可。為此，可按噸水1元的價(jià)格對(duì)該戶居民進(jìn)行補(bǔ)貼，提高居民積極性。

3.4 三種模式比較分析

根據(jù)以上分析，三種模式在投資、運(yùn)行、效果等方面均有所不同，以下是三種模式的比較分析

4結(jié)論

綜上所述，本文認(rèn)為，單戶式污水處理設(shè)施用于農(nóng)村污水治理，與新建污水站和并入鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水廠處理兩種常用的農(nóng)村居民點(diǎn)污水處理模式相比，有較為明顯的優(yōu)勢(shì)。

（1）單戶式污水處理設(shè)施免去污水管網(wǎng)鋪設(shè)，除了大幅降低污水處理工程投資外，也減少了管網(wǎng)鋪設(shè)帶來的協(xié)調(diào)難度，大大提高工程建設(shè)效率。

（2）單戶式污水處理設(shè)施將污水處理融入景觀花園，在為居民帶來美學(xué)享受的同時(shí)，利用邊角空地，免去因征地帶來的矛盾。

（3）單戶式污水處理設(shè)施無需專業(yè)運(yùn)營(yíng)，委托居民作為花園看管，既為居民帶來一些收益，又免去專業(yè)運(yùn)營(yíng)人員的管理，同時(shí)幾乎不再產(chǎn)生運(yùn)行費(fèi)用。