農(nóng)村生活污水處理系統(tǒng)的構(gòu)建與評估

徐亞同

(華東師范大學(xué)生態(tài)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，上海 200241)

生活污水是指人類在生活過程中所排放的糞尿污水、衣服洗滌、食材清洗和加工廢水等的總稱。據(jù)調(diào)查，農(nóng)村生活污水是農(nóng)村地區(qū)三大主要的面源污染之一，對農(nóng)村地區(qū)地表水體的污染嚴(yán)重，是目前公眾關(guān)注的熱點(diǎn)，為此各級政府已將農(nóng)村生活污水的處理列入實(shí)事工程予以實(shí)施。以上海市為例，目前已有近百萬農(nóng)戶的農(nóng)村生活污水得到了治理，至2020年底，覆蓋率達(dá)到87%左右。與服務(wù)區(qū)域達(dá)數(shù)10 km2以上、污水在輸送管網(wǎng)中的停留時間在數(shù)h～十幾h從而使入廠污水水量和水質(zhì)的峰值趨于平穩(wěn)、水質(zhì)和水量晝夜和年度變化不大的大中型城鎮(zhèn)污水不同，農(nóng)村地區(qū)的青壯年勞動者往往在外務(wù)工謀生以致工作日在外、周末或節(jié)假日回家度假，人員的流動性大；同時，就地污水處理站的服務(wù)區(qū)域狹小、距農(nóng)戶近，早晚和半夜的高、低峰變化明顯，進(jìn)入處理系統(tǒng)污水的水量大小和水質(zhì)的濃度等波動大，不均勻系數(shù)高，對處理系統(tǒng)的沖擊影響大；加上處理站的規(guī)模小，對于大中型污水廠一些常規(guī)的污水處理工藝，如強(qiáng)化除磷、外加碳源以提升脫氮效果、剩余污泥排放濃縮和及時清運(yùn)處理處置等均具有不少難度，影響其穩(wěn)定達(dá)標(biāo)處理，也不利于降低運(yùn)行的費(fèi)用。調(diào)查顯示，部分農(nóng)村生活污水處理系統(tǒng)存在以下主要問題：處理工藝有所缺陷；管網(wǎng)收集和雨污分流不完善；早晚和半夜的高、低峰變化明顯；管網(wǎng)滲漏嚴(yán)重；處理的設(shè)備存在質(zhì)量問題；運(yùn)維不到位，缺乏有效的評價和調(diào)控的方法和手段。雖然對已具有上百年發(fā)展歷史的大中型城市污水廠積累了成套的行之有效的污水處理系統(tǒng)建造與評價的經(jīng)驗，但對處理規(guī)模小、水質(zhì)水量波動大、近十幾年才出現(xiàn)的新的小型農(nóng)村污水處理系統(tǒng)往往缺乏行之有效的經(jīng)驗。為此，試圖在近十幾年對農(nóng)村污水處理的實(shí)踐和對農(nóng)村污水處理系統(tǒng)投運(yùn)后的評估中發(fā)現(xiàn)的一些有益經(jīng)驗或失敗教訓(xùn)等的基礎(chǔ)上，介紹農(nóng)村生活污水處理系統(tǒng)構(gòu)建和評估的方法及建議，以供有關(guān)方面參考。

1 農(nóng)村生活污水處理系統(tǒng)的構(gòu)建

(1)選址

基于農(nóng)村生活污水處理系統(tǒng)的基建投資和運(yùn)維等在管網(wǎng)上的費(fèi)用占比較高，因此，處理站宜選擇在服務(wù)范圍農(nóng)戶所處中心的區(qū)域，同時須考慮地形地勢，還需兼顧用地屬于村民公用的地塊，須由設(shè)計人員與當(dāng)?shù)卮逦瘯黄饏f(xié)商，在數(shù)個后備選址中擇優(yōu)選用。

(2)污水的收集

入戶收集污水的管道須分成兩類，收集糞尿黑水的管道將污水送入化糞池，以去除和截留污水中的手紙、垃圾等雜物，以防止管道堵塞；其余的廚余廢水和洗滌廢水稱之為灰水，可不經(jīng)化糞池直接納入污水收集外排的管網(wǎng)中。農(nóng)村的排水體制應(yīng)采用雨污分流制，嚴(yán)禁雨水流入污水處理設(shè)施。農(nóng)村生活污水的來源一般為廁所污水、廚房污水、洗滌污水。其中：廁所污水應(yīng)先經(jīng)化糞池處理后，再接入污水管網(wǎng)中；廚房污水應(yīng)先經(jīng)廚房清掃井(小型一體化隔油井)處理后，再接入污水管網(wǎng)中；洗滌污水可直接接入污水管網(wǎng)中。在出戶的污水管中，需設(shè)置U型存水管，以防臭氣的泄漏和昆蟲沿管進(jìn)入。

另外，需注意部分農(nóng)村中存在一些高濃度污水，其來源包括：農(nóng)家樂、民宿、餐飲店等產(chǎn)生的含油污水；釀酒作坊、豆腐作坊、小型屠宰作坊、米粉紅薯粉作坊等產(chǎn)生的污水。對于這些來源的污水，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況予以單獨(dú)處理，如不具備單獨(dú)處理條件，應(yīng)先進(jìn)行預(yù)處理，將其排出的污水相關(guān)指標(biāo)控制在設(shè)計水質(zhì)范圍以內(nèi)，再接入污水管網(wǎng)中。

(3)化糞池的設(shè)置及其大小

對于農(nóng)村污水而言，由于水量少，輸水的管道往往口徑較小，加上污水中可能含有較多的垃圾等雜物，一般需設(shè)置化糞池以攔截雜物，否則會引起管網(wǎng)的堵塞。除非在高度城鎮(zhèn)化的近郊農(nóng)村地區(qū)，農(nóng)戶成排成片聚居、污水管道的口徑較大時，方可不設(shè)化糞池?；诨S池對有機(jī)物COD的去除往往在30%以上，多的可達(dá)50%～70%，為防止碳源有機(jī)物在化糞池中停留期間過多導(dǎo)致的消耗造成后續(xù)主體生化處理池中污水反硝化因缺乏碳源對TN去除效果的下降，建議化糞池容積不必過大，可按規(guī)范中設(shè)計值的下限選用。

(4)污水的輸送

一般可采用自流污水管輸送，沿線按一定的距離設(shè)置檢查井。當(dāng)輸水距離較遠(yuǎn)時，因坡降造成的水頭損失，可通過設(shè)置一體化的自控提升泵站以提升水位，也可在農(nóng)戶所在地采用增壓污水泵壓力輸送管輸水。其所用低揚(yáng)程潛污泵的數(shù)量較多，維修養(yǎng)護(hù)的工作量較大，但可確保管道不滲漏；在具體操作時，還可將鄰近的農(nóng)戶污水自流入數(shù)個共用的集水池，再在集水池中設(shè)置增壓的潛污泵用以輸水。目前，還開發(fā)出負(fù)壓輸水的污水輸送系統(tǒng)，其采用負(fù)壓泵站抽吸污水，負(fù)壓污水泵的數(shù)量較少，運(yùn)行較為穩(wěn)定可靠，但與上述2種輸水方法相比，其基建的投資略高，可依據(jù)實(shí)際情況擇優(yōu)選用。

(5)污水管線的走向

污水管線的走向需因地制宜，建議沿農(nóng)村道路的邊緣和河道的岸邊行進(jìn)，避免穿越農(nóng)田造成農(nóng)民在機(jī)械耕作時對管網(wǎng)的損壞。對于部分受地理因素制約而安裝在農(nóng)田旁的檢查井，應(yīng)對檢查井進(jìn)行加固或設(shè)置明顯標(biāo)識，避免農(nóng)耕時期因雜草遮擋收割機(jī)駕駛員視線，造成檢查井被收割機(jī)損毀。管網(wǎng)應(yīng)盡量避免穿越大的河道和高等級的主干交通要道，否則不僅費(fèi)用高昂，且存在輸水不安全的隱患。

(6)調(diào)蓄池的設(shè)置

因農(nóng)村生活污水變化系數(shù)大、水質(zhì)水量沖擊大，為達(dá)到穩(wěn)定的運(yùn)行，調(diào)節(jié)池的設(shè)置十分必要。調(diào)節(jié)池的容積一般設(shè)計在進(jìn)水流量達(dá)到停留12 h以下為宜，過大的調(diào)節(jié)池不僅占地大、造價高，且在污水長期停留期間會消耗過多的優(yōu)質(zhì)碳源，不利于后面的生化處理工藝對氮、磷的去除。

(7)就地生化處理工藝的選擇

由于生活污水中的污染物大多易被生物降解，主體處理系統(tǒng)一般采用生物法、生態(tài)法或?qū)⑸锖蜕鷳B(tài)法組合后予以處理。各地的專業(yè)技術(shù)人員和環(huán)保企業(yè)已開發(fā)出上百種生物、生態(tài)及其組合處理系統(tǒng)用于處理農(nóng)村生活污水，并取得了較好的處理效果。從投運(yùn)后觀察，生物法處理站占地一般較為節(jié)省，而生態(tài)法處理站占地較多，因此，在人口密集的農(nóng)村地區(qū)一般推薦采用生物法處理；對于日處理水量小于10 t/d的處理系統(tǒng)或遠(yuǎn)離中心的村落、集中處理時管網(wǎng)建設(shè)費(fèi)用較高的零星居住農(nóng)戶，以及周邊有較多可用閑置空地的區(qū)域，可以采用生態(tài)法予以處理。

從目前各地的農(nóng)村就地處理站規(guī)模看，日處理污水水量大多在數(shù)十～100 t/d，為保證處理構(gòu)筑物的質(zhì)量，并降低制造的費(fèi)用，推薦使用模塊化、系列化的一體化處理構(gòu)筑物，在企業(yè)基地的廠內(nèi)成批制造，運(yùn)到現(xiàn)場后組裝而成。

對于上述生物法的處理構(gòu)筑物，其設(shè)計的工藝參數(shù)可參照設(shè)計手冊。在實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)對于二沉池的設(shè)計，由于構(gòu)筑物較小，如按設(shè)計手冊的參數(shù)設(shè)計時，二沉池的高度往往不夠，表面水力負(fù)荷過高，造成出水飄泥較多，影響處理效果，建議采用低于設(shè)計規(guī)范中的表面水力負(fù)荷值予以設(shè)計[1-3]。

(8)氮的強(qiáng)化處理工藝和措施

生物法中對氮素的去除主要是通過微生物的硝化、反硝化作用，此時需利用占氮素3倍重量的碳源作為其反硝化的電子供體，從而達(dá)到反硝化脫氮的目的。農(nóng)村污水處理系統(tǒng)將糞尿黑水納入化糞池進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)水的水質(zhì)和水量不均勻，在調(diào)節(jié)池停留時間太長，導(dǎo)致污水中的碳源濃度下降極多，進(jìn)入到生化池后往往因碳源不足而造成TN的去除效果較差，為此需補(bǔ)充碳源[4-6]。

常規(guī)的外加液體碳源的做法是有效的，但需采用計量泵投加，同時在半夜往往沒有進(jìn)水，因此很難控制，費(fèi)用也較貴。替代方法為在反硝化的處理池中放置固體碳源，可選用廢棄的玉米芯、植物秸稈等制成的固體緩釋碳源供作反硝化的碳源，具體操作時可采用分批少量投加和定期置換的方法達(dá)到均衡緩釋碳源的目的。同時，固體碳源也可具有生物填料同樣的作用，其上可附著生長生物膜，起到同時處理污染物的作用。

研究報道，在反應(yīng)器中放置含硫填料，如廢棄后被粉碎成顆粒狀的硫化橡膠輪胎顆粒等，利用硫自養(yǎng)反硝化作用脫氮，此時硫自養(yǎng)反硝化菌可利用零價硫作為反硝化的電子供體進(jìn)行反硝化脫氮，達(dá)到既不需碳源，又可脫氮的目的[5]。同樣，目前已發(fā)現(xiàn)存在鐵自養(yǎng)反硝化作用，鐵自養(yǎng)反硝化菌可利用零價鐵作為電子供體進(jìn)行反硝化脫氮。鐵基質(zhì)也可作為反應(yīng)器中的填料予以利用[5]。

調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，部分處理站長期進(jìn)水水量較少、進(jìn)水濃度較低，造成處理系統(tǒng)中的溶解氧濃度居高不下。雖出水氨氮很低，但由于碳源不足，TN的去除很差，此時可適當(dāng)減少曝氣的氣量，控制生化池內(nèi)的溶解氧在1 mg/L以下，為同步硝化反硝化和短程硝化反硝化營造一個合適的環(huán)境條件，以提升TN的去除效果。

(9)磷的強(qiáng)化處理工藝

基于生化處理法對磷的去除有一定的限度，對于運(yùn)行正常的處理系統(tǒng)，當(dāng)BOD5/TP>20時，除磷效果好，通過將富含磷的剩余污泥外排而達(dá)到除磷的目的；當(dāng)BOD5/TP<20時，其出水往往難以達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)中一級A標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)較嚴(yán)值所需的0.5 mg/L以下的排放標(biāo)準(zhǔn)，因此，需采用化學(xué)或外加碳源等方法予以強(qiáng)化除磷。常規(guī)的化學(xué)法除磷是投加混凝劑與污水中溶磷作用生成不溶性的磷鹽，并通過排泥從系統(tǒng)中去除[1-3]。農(nóng)村污水處理系統(tǒng)的排泥量本身不多，排泥的頻率更低，生成的化學(xué)污泥沉淀物長期在處理系統(tǒng)中循環(huán)流動，不溶性的磷鹽沉淀物被重新轉(zhuǎn)化成溶磷而釋放出來，達(dá)不到除磷的目的，因此，化學(xué)混凝沉淀處理方法對小型的污水處理站不適用。對于小型的污水處理系統(tǒng)，一般推薦采用吸附除磷的方法進(jìn)行強(qiáng)化除磷，可在出水流程中設(shè)置吸附除磷裝置模塊，其內(nèi)放置除磷的填料或濾料，如火山巖或爐渣等，吸附飽和后予以更換新的填料。在土地條件允許時，也可后置生態(tài)法處理系統(tǒng)，予以強(qiáng)化對氮和磷的去除，可參見生態(tài)法處理系統(tǒng)的介紹[2-3]。

(10)污泥干化池的設(shè)置

農(nóng)村生活污水的處理工藝以生化處理工藝為主，該類型工藝或多或少均有污泥產(chǎn)生，且剩余污泥長期不排出污水處理系統(tǒng)，會造成污泥老化和出水飄泥，對污水處理站的處理效果影響明顯。目前，農(nóng)村生活污水處理設(shè)施剩余污泥的去向是農(nóng)村污水處理中的一個老大難問題，因此，建議在農(nóng)村污水處理設(shè)計之初，考慮以村或鎮(zhèn)為單位，設(shè)置污泥干化池。污泥干化池用于對剩余污泥進(jìn)行干化處理，可設(shè)置在某個較大型的污水處理站內(nèi)，或另外設(shè)置在距離各農(nóng)村污水處理站近中心的地方。農(nóng)村生活污水處理站定期排放剩余污泥，或當(dāng)污水處理構(gòu)筑物底部剩余污泥厚度大于30 cm時，即可對污泥進(jìn)行清理。污泥干化池內(nèi)的干化污泥經(jīng)檢測合格后，可用于園林綠化或送至垃圾填埋場進(jìn)一步處置，還可設(shè)置流動的污泥脫水機(jī)、污泥濃縮池。污泥濃縮池用于對剩余污泥進(jìn)行濃縮處理，然后將污泥濃縮池的剩余污泥運(yùn)到某個較大型污水處理站的脫水機(jī)進(jìn)行處理，處理后的污泥可運(yùn)到有能力的單位進(jìn)一步處置。

(11)生態(tài)處理系統(tǒng)的構(gòu)建

生態(tài)法處理系統(tǒng)一般適用于處理水量較小的處理站或分散居住的農(nóng)戶。從氣候的角度來看，對于南方溫暖以及人口稀少的地區(qū)、丘陵或山地等地勢有一定坡度有利于污水自流的地區(qū)較為適用。常用的各種人工濕地、生態(tài)塘、土壤滲濾池的設(shè)計與建造可參見相關(guān)的設(shè)計手冊或?qū)Ｖ诖瞬灰灰毁樖鯷4]。對于生態(tài)法處理系統(tǒng)，可在土壤基質(zhì)中添加人工強(qiáng)化除磷或吸附氨氮的火山巖、沸石等填料，除可增加基質(zhì)的孔隙度、避免基質(zhì)的堵塞、延長基質(zhì)的使用壽命外，還可提升對營養(yǎng)物去除的效果。在生態(tài)系統(tǒng)中植被的選用時，以生長快速、對氮磷吸收利用率較高的土著適生種以及常綠物種為好；對于落葉的植物，須在冬季注意植株的采收和對枯枝殘葉的收集和處置，以免產(chǎn)生二次污染，避免將枯枝殘葉留在地下到來年后又將其中的營養(yǎng)物釋放出來影響處理的效果。

(12)農(nóng)村生活污水的資源化回用

早先我國農(nóng)村地區(qū)大都采用旱廁，用廁后的糞尿污水在糞坑內(nèi)經(jīng)發(fā)酵后用于農(nóng)田莊稼的肥料，其雖有一定的經(jīng)濟(jì)利用價值，但對環(huán)境的危害和疾病的傳播等造成嚴(yán)重的不利影響；其他生活用水往往就地被土壤滲濾后排放，可導(dǎo)致地下水的污染，并影響農(nóng)戶建筑物周邊環(huán)境的衛(wèi)生狀況。目前，隨著新農(nóng)村建設(shè)和農(nóng)村廁所的革命化改造，旱廁已被逐漸棄用，可將生活污水收集，將糞尿污水采用改良的化糞池進(jìn)行預(yù)處理后，輸送到周邊的林地或農(nóng)田附近，再經(jīng)沉淀或過濾等處理，去除污水中大部分有機(jī)物和懸浮物(SS)，保留其中的氮、磷等營養(yǎng)物，并經(jīng)消毒殺滅病原微生物，達(dá)到林地和農(nóng)田灌溉回用水標(biāo)準(zhǔn)后，用于資源化利用。如此，既可節(jié)省農(nóng)業(yè)林地用水對水資源的消耗，又可節(jié)省生活污水中氮、磷營養(yǎng)物深度處理時所需的大量費(fèi)用，還可使回用水中的氮、磷營養(yǎng)物起到肥料的效用，可謂一舉多得。目前，上海崇明地區(qū)正利用林地占比高的特點(diǎn)進(jìn)行試驗和生產(chǎn)性實(shí)施和應(yīng)用。

2 農(nóng)村生活污水處理系統(tǒng)的評估

投運(yùn)一段時間后，對處理系統(tǒng)的運(yùn)行情況等做全面的評估有助于發(fā)現(xiàn)工藝的設(shè)計、建造或運(yùn)維中存在的問題，以供后續(xù)農(nóng)村污水處理工程參考和借鑒。通過評估，可將農(nóng)村生活污水處理系統(tǒng)中存在的問題予以整改，以便確保長期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)運(yùn)行，并節(jié)省運(yùn)行的費(fèi)用。在具體的評估中可測定和評估以下內(nèi)容。

(1)進(jìn)出水水質(zhì)及達(dá)標(biāo)情況

處理系統(tǒng)的出水能否達(dá)標(biāo)是評估工作中的一個最為重要的指標(biāo)，但并非唯一的指標(biāo)。如出水未達(dá)標(biāo)，需進(jìn)一步了解：是否為進(jìn)水濃度過高所致；觀察出水的透明度，是否為出水中飄泥所致。如TN超標(biāo)，需了解系統(tǒng)中溶解氧的狀況，是否為缺氧段溶解氧過高所致；了解污泥的濃度，是否為污泥因流失造成污泥的濃度過低，導(dǎo)致反硝化不足所致；同時，需了解是否為碳源不足導(dǎo)致反硝化因電子供體缺乏而造成TN去除效果的下降。如出水磷超標(biāo)，需了解強(qiáng)化除磷模塊的運(yùn)行情況，吸附除磷填料是否堵塞、是否吸附飽和，除磷的藥劑投加是否到位等。

(2)進(jìn)水水量及其與設(shè)計污水水量的差距

如進(jìn)水污水水量小于設(shè)計水量的70%，需了解進(jìn)戶收集系統(tǒng)是否有漏接、污水的輸送管網(wǎng)是否有滲漏、農(nóng)戶數(shù)量及居住的人員生活和流動狀況。

如發(fā)生進(jìn)水流量小于設(shè)計流量的70%造成大馬拉小車時，在評估時需予以扣分。

(3)運(yùn)行成本

如水量小于設(shè)計水量，須計算出實(shí)際的噸水處理成本。以生活污水噸水處理成本為1.00元/t作為本項得分60分，則每降低0.01元/t時增加1分，每升高0.01元/t時減少1分。

(4)污泥的排放及處理處置

說明排泥的頻率、數(shù)量、處理處置方法以及去向，如長期不排泥需說明理由。

(5)管網(wǎng)

處理系統(tǒng)中污水管網(wǎng)的完好程度、堵塞和滲漏情況等。

(6)設(shè)備的完好率、維修頻率及其費(fèi)用

(7)臺賬完整情況

檢查臺賬是否按時逐項予以記錄及其記錄內(nèi)容與運(yùn)行狀況的吻合情況。

(8)二次污染情況

如臭氣、噪聲、污泥的處理處置、生態(tài)處理單元中植物殘體的處理處置、運(yùn)行過程中擾民的情況等。

(9)遠(yuǎn)程監(jiān)控

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的有無，是否具有人工調(diào)控溶解氧，以及曝氣系統(tǒng)的啟閉等手段。

(10)服務(wù)區(qū)內(nèi)民眾的投訴以及整改響應(yīng)的情況

(11)其他存在的問題

除以上問題外，對污水處理系統(tǒng)存在不利的影響及其造成的后果。

(12)評估結(jié)論

如表1所示，按上述評估的結(jié)果，對所參評的就地處理系統(tǒng)的評估結(jié)論分成以下等級。

表1 就地處理系統(tǒng)評估結(jié)論Tab.1 Assessment Conclusion of In-Situ Processing System

(13)整改建議

對處理系統(tǒng)存在的問題逐一提出整改措施，需如期達(dá)到整改目標(biāo)的時限、所需的費(fèi)用等，并予以一一落實(shí)和實(shí)施。

3 結(jié)語

農(nóng)村生活污水處理系統(tǒng)包括將所在區(qū)域農(nóng)戶日常生活中所產(chǎn)生的污水分別收集后通過污水管網(wǎng)輸送到附近的就地處理站進(jìn)行妥善的處理，需防止錯接漏接，切實(shí)做到雨污分離，避免直排進(jìn)入地表水體。在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，污水管網(wǎng)的合理布局、精心設(shè)計和建造是關(guān)鍵，避免因管網(wǎng)的滲漏使污水污染地下水體或因堵塞而使處理站無水可以處理。最后，在污水輸送進(jìn)入就地處理站時，需因地制宜地采用既能確保達(dá)到預(yù)定排放標(biāo)準(zhǔn)又經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法和工藝予以設(shè)計和建造。對于選用的處理工藝設(shè)計和建造，可參照相關(guān)的規(guī)范和設(shè)計手冊，并依據(jù)農(nóng)村生活污水的特點(diǎn)做必要的調(diào)整和修改。另外，還需對處理系統(tǒng)進(jìn)行精心的運(yùn)維，對處理系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，以確保長期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)運(yùn)行。在投運(yùn)一段時間、處理系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行后，可對處理系統(tǒng)從處理的效果、運(yùn)維費(fèi)用、處理污水水量、處理工藝、設(shè)備保障率、長效運(yùn)維等方面開展全面的評估，從中發(fā)現(xiàn)問題并加以改進(jìn)。