農(nóng)村污水治理助推鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略

方 達(dá) 朱 彬

(1.貴州省環(huán)境工程評估中心，貴陽 550002;2.貴州省環(huán)境科學(xué)研究設(shè)計院，貴陽 550081)

黨的十九大報告把污染防治作為決勝全面建成小康社會的三大攻堅戰(zhàn)之一，而農(nóng)村污水治理又是鞏固脫貧成效、實施鄉(xiāng)村振興、全面建成小康社會的重要環(huán)節(jié)。據(jù)《中國統(tǒng)計年鑒2019》數(shù)據(jù)，2019年中國鄉(xiāng)村人口7.21億人，隨著人均收入和生活水平逐步提高，農(nóng)村生活污水、生活垃圾的產(chǎn)生呈逐年遞增趨勢[1]。由于缺乏適宜處理措施，農(nóng)村生活污水和生活垃圾的隨意排放給當(dāng)?shù)剞r(nóng)村環(huán)境衛(wèi)生帶來了較大的污染隱患[2]。若不采取有效的處理措施，在影響當(dāng)?shù)鼐用裆眢w健康的同時，也會成為鄉(xiāng)村振興及全面建成小康社會的阻礙。《農(nóng)村人居環(huán)境整治三年行動方案》提出“根據(jù)農(nóng)村不同區(qū)位條件,因地制宜采用污染治理與資源利用相結(jié)合、集中與分散相結(jié)合的建設(shè)模式和處理工藝,積極推廣低成本、低能耗、易維護(hù)、高效率的污水處理技術(shù),鼓勵采用生態(tài)處理工藝”的總體要求，因此，選擇合適的農(nóng)村污水處理工藝，對鞏固脫貧成效、實施鄉(xiāng)村振興、全面建成小康社會具有重要意義。

1 貴州省農(nóng)村生活污水的收集與處理

目前農(nóng)村生活污水收集和處理方式主要有兩種，一是接入污水管網(wǎng)由污水處理廠進(jìn)行集中處理，貴州西南部山區(qū)農(nóng)村多處于山脊或坡地，具有面廣、分散的特點，生活污水集中收集難以實現(xiàn)；二是采取就近處理，根據(jù)村莊分布情況建設(shè)小型生態(tài)化的分散式污水處理設(shè)施，污水處理達(dá)標(biāo)后進(jìn)行綜合利用或排入附近水體。生活污水收集方式主要以雨污混流為主，近年來在環(huán)境比較敏感的水源地周邊村寨，已開始采用一部分雨污分流進(jìn)行污水收集。在農(nóng)村生活污水處理技術(shù)上，人工濕地處理系統(tǒng)由于其運行成本低、易維護(hù)、緩沖能力強(qiáng)等特點被廣泛應(yīng)用于各地。此外，由于我國近年來對水環(huán)境質(zhì)量的要求越來越高，省內(nèi)一批經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高、水環(huán)境較為敏感的農(nóng)村地區(qū)已采用小型一體化A2/O污水處理技術(shù)。如貴陽市“兩湖”周邊自2016年起陸續(xù)建立了一批采用微動力的“A2/O+MBR”、“A/O+MBR”、“A2/O+人工濕地”等一體化污水處理技術(shù)示范工程；貴安新區(qū)在近年來也建立了一批采用微動力的一體化MBR工藝和以A/O生物接觸氧化工藝為主體的凈化槽污水處理示范工程；遵義地區(qū)建立了“微動力+一體化設(shè)施+人工濕地+景觀塘的處理工藝”示范工程[3]。

2 現(xiàn)有農(nóng)村主要污水處理技術(shù)

2.1 一體化A2/O 生物脫氮除磷技術(shù)

該工藝生活污水由格柵流入調(diào)節(jié)沉砂池后，泵抽吸至厭氧池，在厭氧狀態(tài)下，聚磷菌釋放磷并吸收易降解有機(jī)物；在缺氧池中，微生物利用有機(jī)碳將好氧池回流混合液中NO2-N、NO3-N 轉(zhuǎn)化為N2，實現(xiàn)反硝化作用，同時去除部分有機(jī)物。在好氧生物接觸氧化池，微生物將有機(jī)物分解成CO2和H2O；硝化菌利用有機(jī)物分解或空氣中CO2作為營養(yǎng)源，將氨氮轉(zhuǎn)化成NO2-N、NO3-N，好氧池出水部分回流到缺氧池，通過反硝化作用最終消除氮污染；同時好氧池聚磷菌超量吸收磷，并通過剩余污泥排放將磷去除。好氧池出水經(jīng)二沉池、消毒池后排放。剩余污泥泵至污泥池，進(jìn)入污泥處理系統(tǒng)。工藝流程見圖1。

圖1 一體化A2/O生物脫氮除磷工藝流程

2.2 人工濕地污水處理技術(shù)

人工濕地指通過天然濕地的結(jié)構(gòu)與功能，選擇一定的地理位置與地形，根據(jù)人們的需要，人為設(shè)計與建造的濕地。人工濕地污水處理系統(tǒng)是人工建造、可控制的工程化的濕地系統(tǒng)，其設(shè)計和建造是通過對濕地自然生態(tài)環(huán)境中的物理、化學(xué)和生物作用的優(yōu)化組合來進(jìn)行污水處理。人工濕地污水處理系統(tǒng)對污水的凈化是填料、植物和微生物的協(xié)同作用的結(jié)果[4]。植物通過自身的吸收作用和根際微生物的分解作用可以去除部分污染物，不同植物對生活污水中污染物的吸收分解作用不同。一般說來，具有龐大根系和較強(qiáng)的傳氧能力有利于污染物的吸收分解[5]，不同植物對生活污水中污染物的去除作用差別明顯，在選擇人工濕地植物時，需進(jìn)行篩選，選擇去污能力強(qiáng)、成本低、易生長的植物進(jìn)行種植。人工濕地的基質(zhì)對污染物具有一定吸附作用，同時為微生物的成長提供載體，是人工濕地污水處理技術(shù)中不可或缺的組成部分。人工濕地中的微生物對污染物進(jìn)行分解吸收，其中硝化細(xì)菌及反硝化細(xì)菌對人工濕地氮的去除起著重要作用。

人工濕地又分為自由表面流人工濕地、水平潛流人工濕地和垂直潛流人工濕地(圖2)[6]。表面流型人工濕地指水面在介質(zhì)表面以上，污水從池體進(jìn)水端水平流向出水端的人工濕地；水平潛流型人工濕地是水面在填料表面以下，污水從池體進(jìn)水端水平向出水端通過池體中濾料層的人工濕地(圖3)；垂直潛流型人工濕地指污水垂直通過池體中濾料層的人工濕地(圖4)。目前表面流型人工濕地由于去除效果差、占地面積大，且容易滋生蚊蟲而較少采納，農(nóng)村生活污水濕地處理技術(shù)主要以水平潛流人工濕地和垂直潛流人工濕地為主。

圖2 表面流人工濕地[7]

圖3 水平潛流人工濕地[7]

圖4 垂直潛流人工濕地[7]

3 處理工藝選擇

通過比較，一體化A2/O工藝對進(jìn)水水質(zhì)要求較高，脫氮除磷效果好，出水水質(zhì)好，占地較小，運行管理需要專業(yè)人員進(jìn)行，項目一次投資較高，運行費用較高，一般適用于處理200戶左右的集中污水處理需求[8]；人工濕地對進(jìn)水水質(zhì)的波動適應(yīng)最強(qiáng)，對管網(wǎng)要求較低，脫氮除磷效果較好，可利用天然洼地、池塘等天然地形加以人工修整，運行管理簡單，項目一次投資較低，運行費用較低；上述工藝在國內(nèi)農(nóng)村污水治理實踐中均有成功案例，但結(jié)合貴州山區(qū)地形特點、人口分布、當(dāng)?shù)剞r(nóng)村經(jīng)濟(jì)狀況等因素，使用人工濕地最為合適。

4 實際案例

自脫貧攻堅工作開展以來，盤州市把農(nóng)村人居環(huán)境污染治理作為一項重點工作來實施，其中農(nóng)村污水治理是重中之重。人工濕地技術(shù)因地制宜、建設(shè)投資小、維護(hù)成本低，為盤州市從貧困縣隊伍出列后鞏固脫貧成效并有力銜接鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略奠定了堅實基礎(chǔ)。

盤州市A村為新建移民新村，居民建筑形式以低層樓房為主，每棟樓房均設(shè)置有化糞池，樓房集中布置在村內(nèi)街道兩側(cè)，排水露天溝渠直接流入附近小河，對環(huán)境造成影響。為解決居民生活污水處理問題，盤州市A村于2018年新建農(nóng)村污水處理系統(tǒng)一座，處理規(guī)模10 m3/d，服務(wù)人口122人(生活污水產(chǎn)生量：7.32 m3/d)，生活污水水質(zhì)見表1，處理工藝采用潛流人工濕地技術(shù)，工藝流程見圖5，生活污水經(jīng)各樓房污水支管(采用UPVC管，總長270 m)收集后匯入污水主管(采用HDPE雙波紋管，總長340 m)經(jīng)過格柵渠，去除污水中的大顆粒懸浮物，避免堵塞后續(xù)處理單元；之后流入多功能調(diào)節(jié)池，對水量及水質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，防止系統(tǒng)水力負(fù)荷急劇變化，影響后續(xù)處理效果，同時多功能調(diào)節(jié)池可對生活污水進(jìn)行沉淀、水解、酸化等預(yù)處理，最后進(jìn)入潛流人工濕地進(jìn)行生物處理，濕地內(nèi)植物(主要有千屈菜、水蔥、菖蒲和風(fēng)車草，以20株/m3布設(shè))、填料(砂石和土壤)和微生物協(xié)同作用，去除污水中的COD、氨氮、磷等主要污染物，處理后的出水用于農(nóng)田灌溉、景觀綠化等綜合利用。人工濕地安排管理人員1人，由新村公益崗位村民兼任。

表1 進(jìn)水水質(zhì) 單位：mg/L

圖5 工藝流程圖

該套處理系統(tǒng)于2018年10月建成并試運行，于2019年5月至2019年9月對出水進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測，進(jìn)水水質(zhì)見表1；監(jiān)測指標(biāo)為COD、NH3-N、TN、TP。每月采樣2次，檢測分析方法如表2所示，具體操作步驟參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》[9]，污染物去除效果見圖6。

圖6 盤州市A村人工濕地污水處理系統(tǒng)主要污染物去除率

由圖6可知，監(jiān)測期間人工濕地去除效果與季節(jié)溫度呈現(xiàn)正相關(guān)，分析原因是人工濕地對污染物的去除主要依靠植物的吸收與微生物的分解，夏季溫度較高，植物生長速度快，微生物活性高，導(dǎo)致夏季人工濕地去污效果較好。所有監(jiān)測因子中，COD去除效果最佳，監(jiān)測期間去除率呈現(xiàn)上漲趨勢，最高可達(dá)80%；氨氮去除效果良好，春季到夏季去除率由45%升至69%，9月溫度下降后，去除率呈現(xiàn)略微下降趨勢；TN去除效果與氨氮相同，去除效果整個監(jiān)測期間呈現(xiàn)上升趨勢并于8月達(dá)到峰值，9月由于溫度下降，去除率有所降低；整個監(jiān)測期間TP去除效果不佳，分析原因是人工濕地中TP的去除主要依靠植物的吸收，當(dāng)植物對TP的吸收量不能滿足污水處理的要求時，需要額外添加除磷藥劑達(dá)到除磷效果。

通過2019年5月至9月監(jiān)測結(jié)果得知，盤州市A村人工濕地污水處理系統(tǒng)對該村生活污水COD、氨氮、總氮處理效果良好，出水水質(zhì)可滿足《貴州省農(nóng)村生活污水處理污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB52/1424-2019)二級標(biāo)準(zhǔn)。TP去除效果不佳，達(dá)不到《貴州省農(nóng)村生活污水處理污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB52/1424-2019)二級標(biāo)準(zhǔn)。后續(xù)可采用出水添加除磷劑方式提高去除效果。出水水質(zhì)見表3。

表3 出水水質(zhì) 單位：mg/L

5 結(jié)語

貴州省農(nóng)村污水處理主要有一體化A2/O生物脫氮除磷技術(shù)和人工濕地污水處理技術(shù)，后者較前者具有建設(shè)投入低、運行費用低、適應(yīng)性強(qiáng)等特點。從盤州市A村人工濕地處理生活污水效果來看，大部分指標(biāo)去除效果較好。結(jié)合脫貧攻堅鞏固，在實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略背景下，推廣人工濕地處理農(nóng)村污水具有顯著的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。在后續(xù)的運行中不斷總結(jié)經(jīng)驗，為今后技術(shù)改進(jìn)，實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略、鞏固脫貧成效提供參考。