黃土溝壑區(qū)域農村生活污水處理模式及技術研究

黃子雍 ，張文波，唐小娟，趙慶博

(1.甘肅省水利科學研究院，蘭州 730000；2.甘肅省科學院， 蘭州 730000；3. 甘肅省慶陽市慶城縣白馬鋪鎮(zhèn)政府，甘肅 慶城 745110)

1 黃土地區(qū)農村生活污水特征

根據黃土溝壑區(qū)域人口分布特征和社會經濟發(fā)展水平[1]，我國黃土溝壑區(qū)域農村生活污水源可以分為三大類[2]：鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府所在地、自然村和農村生活小區(qū)。鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府所在地人口集中，一般都在2 000 人以上，且交通暢利，經濟現象繁榮，居戶、餐飲、商鋪、學校及工業(yè)企業(yè)集中，是農村生活污水的主要污水源[3]。在鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府所在地區(qū)域都設有排污管溝體系，依據地形和歷史遺留，一般一個鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府所在地的生活污水排污口在2～5個之間，各排污口控制人口數量相差很大，排污量相差也很大。于自然村，農村居民居住一般是連片的[4]，少則十幾戶，多則上百戶。這類地區(qū)的生活污水基本就是居民生活用水所產生的。在自然村類，根據人口集中程度，一般人口達到200人以上的連片生活區(qū)域，就專設雨污排水管溝，而連片生活區(qū)域人口較少的區(qū)域，基本沒有專門的生活污水排污管溝，居民生活污水的排放一般以地形自然形成的小溝道形成自然排污道，經入滲及溝壑排放。農村生活小區(qū)是社會主義新農村建設的產物，小區(qū)一般都在50戶以上，其整個供水與排水體系與城市小區(qū)基本一致，即有專門的排污管。

在黃土溝壑地區(qū)的農村生活污水中，由于經濟條件受限，鄉(xiāng)鎮(zhèn)僅有衛(wèi)生站級別的醫(yī)療機構，不構成醫(yī)療廢水的產生條件。賓館也均系小型旅館，不構成賓館級別的廢水。對于用水大戶且產生大量污水的企業(yè)，要求其具備完整且獨立的排污及處理體系，不包含在本文所述的農村生活污水處理之中。所以，黃土溝壑地區(qū)農村生活污水的污染源主要是居民生活污水、餐飲污水、學校和企事業(yè)機關單位廢水以及養(yǎng)殖戶排污，污染源相對簡單[5]。

由于黃土溝壑區(qū)域大都屬于經濟欠發(fā)達地區(qū)，降雨偏少，黃土溝壑地區(qū)的排污體系基本是雨污合流，包括農村生活小區(qū)內的排污體系。在雨污合排體系中，雨水的排放量要占整個污水排放量的50%～60%，因此，污水排放量是隨降雨變化而變化的，在每年的雨季，排污量與降雨量呈正相關關系，排污量是生活污水排放量與雨水地面徑流排放量的疊加。而非雨季節(jié)，農村生活污水的排放量年內基本穩(wěn)定[排污量在30～60 L/(人·d)]，年際間的變化呈緩慢增長趨勢。

由于黃土溝壑地區(qū)的農村生活污水的污染源、成污特征、排污方式等特性，排污口污水排放量為10～300 m3/d，且多集中在50～200 m3/d之間。黃土地區(qū)溝壑發(fā)育，無論是自然村落的排污還是鄉(xiāng)鎮(zhèn)修建的排污，包括農村生活小區(qū)的排污，溝壑基本上成為農村生活污水的去處。

經濟收入是導致飲食結構和生活習慣不同的主要原因。黃土溝壑地區(qū)在我國屬于經濟欠發(fā)達地區(qū)，雖然黃土溝壑區(qū)域面積廣大，但經濟發(fā)展水平相差不大，生活習慣也基本一致，因此，黃土溝壑地區(qū)的農村生活污水具有較高的相似性。經對黃土地區(qū)的農村生活污水水質調查，農村生活污水的水質差異，主要與飲食結構、生活習慣和季節(jié)有關。經濟收入高的地區(qū)，飲食結構寬廣，生活污水中動植物油含量高，生活用水量大，COD、BOD5以及氨氮和磷的含量都較高。春、夏、秋季物產豐富，生活用水量也大，生活污水污染相對嚴重。春節(jié)前后，返鄉(xiāng)人員增加，飲食結構與平常相比較為寬廣，生活用水量也略有增加。國家住房和城鄉(xiāng)建設部給出的西北地區(qū)農村生活污水水質參考標準[6]見表1。在現場試驗中，對甘肅省慶陽市慶城縣白馬鋪鎮(zhèn)的鴨溝和馬渠兩個農村生活污水排污口的水質進行了監(jiān)測，結果見表2。

表1 西北地區(qū)農村生活污水水質參考值 mg/LTab.1 Reference value of rural domestic sewage quality in northwest China

表2 甘肅省慶陽市慶城縣白馬鋪鎮(zhèn)農村生活污水水質 mg/LTab.2 The rural sewage water quality in Baimapu town，Qingyang city, Gansu province，China

2 黃土地區(qū)農村生活污水處理技術及模式

黃土溝壑地區(qū)的農村生活污水具有分散、污染源相對簡單一致、雨污合流、排污口污水量大小不一等特征[7]。我國農村生活污水處理的模式有三種[8]，即分散處理模式、村落集中處理模式、入城鎮(zhèn)排水管網模式。城鎮(zhèn)排水管網模式一般適用于污水處理量大且污水水質復雜的城鎮(zhèn)污水，以污水處理廠的方式進行處理。分散式處理模式由于是以“點”的形式面對農村生活污水，不適應規(guī)模處理。所以，村落集中處理模式是黃土溝壑地區(qū)農村生活污水處理的主要模式[9]。

黃土溝壑地區(qū)農村生活污水的排放分散、排污量相對小(一般不超過200 m3/d)的特點，使得單獨使用人工濕地處理系統(tǒng)或地下土壤滲濾凈化系統(tǒng)進行黃土地區(qū)農村生活污水處理時難以與凈化技術系統(tǒng)相匹配[10]，也因其造價高、黃土的強滲透性和易濕陷性，不適于在黃土溝壑地區(qū)推廣使用。而采用小型A/O工藝處理技術[11]，即缺氧、好氧生化處理系統(tǒng)，由于其技術成熟，技術方案的確定、設備的選擇、運行維護以及污水處理效果均能滿足對不同農村生活污水處理量的要求，且不受地形、場地、排污量大小的影響而靈活運用，因此特別適合于黃土溝壑地區(qū)農村生活污水的處理。

傳統(tǒng)的A/O工藝處理技術的一般工藝流程為：污水經調節(jié)池、沉淀池預處理后，進行缺氧、好氧的硝化反硝化以及生物降解和吸附污水處理，附加消毒措施，達標排放。隨著科技的進步，對傳統(tǒng)的A/O工藝處理技術不斷進行技術的集成與創(chuàng)新，主要表現在將傳統(tǒng)的調節(jié)池、沉淀池改變?yōu)槿毖醭?，缺氧池中以提高污水的生化條件為主要目的；更新生物降解填料以針對不同污水水質并提高生物降解效率；添加和更新生化過濾膜，有效去除污水中的有機物、有害微生物、顆粒雜質、懸浮物等；附加微小型人工濕地以過濾污水中難降解的磷等物質。對傳統(tǒng)的A/O工藝處理技術進行集成與創(chuàng)新后的農村生活污水生化處理技術，其工藝流程簡述為：污水在一級缺氧池生化條件下預處理后，經過二級缺氧池以及好氧池的硝化與反硝化、生物降解與吸附，生物膜過濾，中水排放，再經微小型人工濕地或地下土壤滲濾凈化系統(tǒng)的處理，達到農村生活污水處理的目的。

在實踐過程中，農村生活污水中的磷降解和去除困難，為此，多采用添加除磷劑等化學藥品以達排放標準，但此時的污水處理成本較高。為降低設備運行成本，并利用人工濕地以及地下土壤滲濾凈化技術的優(yōu)點，對經過A/O工藝處理過的中水進行再次深度處理，不僅可以有效地降低污水處理成本，并可保證污水的處理達標排放。

實踐證明，采用集成與創(chuàng)新的A/O工藝技術，不僅投資成本低(一般每噸污水設備成本一萬元左右)，設備運行和維護成本低，建設周期短，污水處理后可達到國家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)的一級A要求。表3為甘肅省慶陽市慶城縣2019年建成的一體化A/O生活污水處理站(樣本)的投資和運行成本情況。表中運行成本僅為設備運行的成本，未計入人員工資等管理性成本，建設周期包括土建工程。

表3 慶城縣一體化生活污水處理站(樣本)投資和運行成本表Tab.3 The integrated domestic sewage treatment station (sample) investment and operation cost in Qingcheng county, Gansu province, China

在筆者參與的甘肅省慶陽市慶城縣農村生活污水處理項目中，對現有A/O工藝處理技術進行集成創(chuàng)新后的系統(tǒng)，較好地完成了慶城縣農村生活污水處理示范任務，實踐了黃土溝壑地區(qū)農村生活污水處理技術模式的集成與創(chuàng)新。表4為其中兩個小型排污口污水處理后的水質情況(取樣時間為2019年9月06日，監(jiān)測單位為慶陽市生態(tài)環(huán)境局慶城分局)。需要指出的是，指標中，總磷略有超標(水樣為人工濕地前的)，說明磷的去除僅依靠A/0工藝處理技術是有風險的，采用“A/O+微小型人工濕地”的模式，就完全可以解決磷的去除問題。

表4 慶城縣白馬鋪鎮(zhèn)污水處理水質 mg/LTab.4 The quality of rural sewage treated in Qingcheng county, Gansu province, China

3 結 語

對A/O工藝處理技術進行集成與創(chuàng)新，采用“A/O+微小型人工濕地/地下土壤滲濾凈化”的農村生活污水處理模式，具有建設周期短、投資低、運行和維護成本低、污水處理效果好的特點，適合于黃土溝壑地區(qū)廣泛采用。