農(nóng)村生活污水資源化利用技術(shù)模式及工程示范

李 瑜

(上海市水利管理事務(wù)中心,上海 200002)

農(nóng)村生活污水具有有機(jī)污染物含量高的特點,與城市工業(yè)污水不同的是幾乎不涉及有毒有害物質(zhì)的引入,因此,具有良好的資源化利用潛能[1-2]。污水資源化利用是指污水經(jīng)過無害化處理達(dá)到特定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后,作為再生水以代替常規(guī)水源,用于工業(yè)生產(chǎn)、市政雜用、生態(tài)補(bǔ)水和農(nóng)業(yè)灌溉等,對促進(jìn)水資源集約節(jié)約、節(jié)能降碳、推動我國經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。國家發(fā)改委等九部委在2021年1月頒發(fā)的《關(guān)于推進(jìn)污水資源化利用的指導(dǎo)意見》中明確要求穩(wěn)妥推進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村污水資源化利用,推廣種養(yǎng)結(jié)合、以用促治方式,促進(jìn)解決水資源短缺、水環(huán)境污染、水生態(tài)損害問題。上海在深入推進(jìn)農(nóng)村生活污水治理過程中,充分考慮農(nóng)村地區(qū)地理自然條件、環(huán)境消納能力等,把資源化利用作為重要的農(nóng)污治理模式,力爭到2030年,農(nóng)村生活污水資源化利用得到長足發(fā)展,使農(nóng)村生活污水以自然綠色生態(tài)的方式得到治理,助力實現(xiàn)國家“雙碳”目標(biāo)。

1 農(nóng)村生活污水資源化利用背景

1.1 農(nóng)村生活污水治理的主要問題

1.1.1 較高的出水標(biāo)準(zhǔn)要求導(dǎo)致建設(shè)運(yùn)行成本較高

為保障農(nóng)村小微水體的水環(huán)境,滿足現(xiàn)行農(nóng)村生活污水處理出水水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn),多地采用較高等級的生化、生物多級處理工藝。截至2022年年底,上海共有就地處理設(shè)施4 152座,其中以膜生物反應(yīng)器(MBR)、厭氧-缺氧-好氧(AAO)以及接觸氧化為主體工藝的站點共計2 869座,占比約70%。這些工藝某種程度上為出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)提供了保障,但建設(shè)成本較高,設(shè)施運(yùn)行過程中電耗、藥耗、配件消耗以及人工成本均較高,給地方財政帶來不小的壓力[3]。

1.1.2 較高的運(yùn)維要求導(dǎo)致出水水質(zhì)不夠穩(wěn)定

相對市政污水廠,農(nóng)村生活污水具有分布分散、水量波動大及水質(zhì)差異大等特點[4-5],對污水處理站的日常運(yùn)行維護(hù)的技術(shù)要求較高。但農(nóng)污設(shè)施運(yùn)維市場還不完善,部分企業(yè)人員沒有運(yùn)維養(yǎng)護(hù)污水處理設(shè)施的專業(yè)知識背景,不具有實時調(diào)整處理設(shè)施相關(guān)技術(shù)參數(shù)的技能。運(yùn)營管理能力的不足易導(dǎo)致污水處理設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定,進(jìn)而影響出水水質(zhì)。

1.1.3 主流處理工藝和國家生態(tài)低碳要求尚有差距

目前農(nóng)村生活污水采用的處理工藝,主要以滿足達(dá)標(biāo)排放為終極目的,未能充分利用農(nóng)村生活污水中的氮、磷資源,與國家相關(guān)部委要求的綠色低碳發(fā)展和資源化利用要求尚有差距。上海地區(qū)農(nóng)村土地資源緊張、設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)、農(nóng)村生活污水資源化利用的需求迫切,但實施的技術(shù)路線和配套管理要求亟待完善。

1.2 上海市農(nóng)村生活污水治理現(xiàn)狀

上海市農(nóng)村污水治理工作自開展至今共經(jīng)歷3個階段。第一階段(2007年—2010年)為試點摸索階段,此階段采用納管和就地處理兩種技術(shù)路線,以土壤滲濾等生態(tài)型就地處理工藝為主;第二階段(2011年—2016年)為全面鋪設(shè)階段,工藝選擇更為多元化,主要采用生物濾池、接觸氧化、AAO、MBR、人工濕地和土壤滲濾六大類工藝,在此期間建成的設(shè)施以生物型處理工藝與組合型處理工藝為主;第三階段(2017年至今)為高速發(fā)展階段,MBR與一體化AAO等出水水質(zhì)易穩(wěn)定達(dá)標(biāo)、占地面積少的生態(tài)型工藝占就地處理工藝的50%以上[6]。

根據(jù)調(diào)查,截至2022年年底,上海市已完成84.32萬農(nóng)戶的生活污水處理,處理率達(dá)94.7%,其中,約36.83萬戶以就地分散的方式進(jìn)行處理。

目前,上海市農(nóng)村生活污水率雖然總體較高,但各區(qū)的污水處理率仍具有一定差別,例如嘉定區(qū)和奉賢區(qū)的農(nóng)村污水處理率仍然不足90%,較其他地區(qū)偏低,擁有廣闊的發(fā)展提升空間。此外,上海市農(nóng)村地區(qū)生活污水仍然以納管集中處理的方式為主,分散式就地處理規(guī)模相對較小,而資源化利用只進(jìn)行了試點探索。

1.3 農(nóng)村生活污水資源化利用可行性分析

首先,我國提出了實現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的時點目標(biāo),這是我國推進(jìn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展,全面建成社會主義現(xiàn)代化強(qiáng)國的重大決策。在國家“雙碳”目標(biāo)背景下,農(nóng)村生活污水資源化利用、就地消納的理念不斷加深,國家與地方推進(jìn)并鼓勵農(nóng)村生活污水資源化利用的政策陸續(xù)推出。2019年7月,中央農(nóng)辦、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部和生態(tài)環(huán)境部等9部門聯(lián)合印發(fā)《推進(jìn)農(nóng)村生活污水治理的指導(dǎo)意見》,其中強(qiáng)調(diào)農(nóng)村生活污水治理的基本思路為“因地制宜、尊重習(xí)慣,應(yīng)治盡治、利用為先,就地就近、生態(tài)循環(huán),梯次推進(jìn)、建管并重,發(fā)動農(nóng)戶、效果長遠(yuǎn)”,以污水減量化、分類就地處理、循環(huán)利用為導(dǎo)向。2022年6月,生態(tài)環(huán)境部等發(fā)布《減污降碳協(xié)同增效實施方案》,針對農(nóng)村生活污水提出“以資源化、生態(tài)化和可持續(xù)化為導(dǎo)向,因地制宜推進(jìn)農(nóng)村生活污水集中或分散式治理及就近回用”的方略。因此,實現(xiàn)農(nóng)村生活污水資源化是促進(jìn)“雙碳”目標(biāo)順利實現(xiàn)、推動我國經(jīng)濟(jì)綠色協(xié)調(diào)發(fā)展的重要措施和必然要求。

其次,農(nóng)村生活污水本身具有氮、磷含量高及有機(jī)質(zhì)含量高的特點,如果將其直接排放至水體中,則會有引起水體富營養(yǎng)化,產(chǎn)生黑臭水體的風(fēng)險,而若以適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行處理便可變?yōu)榱己玫奶镩g灌溉水資源,其富含的氮、磷元素可成為作物生長的營養(yǎng)源。農(nóng)村地區(qū)擁有豐富的土地資源,具備強(qiáng)大的氮、磷接納能力,并且農(nóng)村生活污水水量小、排放分散,具備良好的可生化性。同時,有別于市政污水的是,農(nóng)村生活污水中的重金屬等有毒有害物質(zhì)含量極少,所以在安全性上考慮,農(nóng)村生活污水也具有巨大的資源化利用潛能。若將治理目的由達(dá)標(biāo)排放改為生態(tài)利用,既可大大緩解農(nóng)村污水處理設(shè)施出水氮、磷難以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的問題,促進(jìn)其長效運(yùn)行,又可節(jié)約污水處理設(shè)施建設(shè)成本、運(yùn)行成本,還可節(jié)約水資源和各類添加肥料等額外成本,同時還可減少由各類污水調(diào)理劑帶來的環(huán)境次生污染。

最后,雖然農(nóng)村生活污水治理率不斷提高,但在處理模式確定、工藝技術(shù)選擇等方面存在不匹配、不夠生態(tài)綠色以及不太符合農(nóng)村實際需求的現(xiàn)象,再加上運(yùn)維養(yǎng)護(hù)專業(yè)性不強(qiáng)、資金量偏少,與實際運(yùn)維成效之間還有差距。目前,據(jù)統(tǒng)計上海有46個行政村、4萬余農(nóng)戶未實施農(nóng)村生活污水治理,有1 600余座老舊低標(biāo)設(shè)施需要更新改造,應(yīng)優(yōu)先采用還林、還田灌溉或尾水排入周邊濕地等資源化利用方式開展治理工作。對于正常運(yùn)行的設(shè)施,可開展資源化利用可行性調(diào)查,綜合評估設(shè)施使用年限、運(yùn)行能耗、維養(yǎng)成本和資源化利用改造投入的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益,為農(nóng)污治理提供決策依據(jù)。綜上,上海仍具有很大的資源化利用潛能。

2 農(nóng)村生活污水資源化利用基本原則

根據(jù)農(nóng)村生活污水的水質(zhì)特征、用水需求以及農(nóng)村農(nóng)業(yè)環(huán)境質(zhì)量的要求,選擇最佳的資源化利用方式,應(yīng)遵循以下基本原則。

2.1 因地制宜原則

根據(jù)當(dāng)?shù)厮Y源稟賦、水環(huán)境承載力、發(fā)展需求和經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平、農(nóng)民生產(chǎn)生活習(xí)慣、污水資源化利用條件等因素分區(qū)分類開展污水資源化利用,實施差別化措施,合理確定農(nóng)村生活污水資源化利用方案、污水處理工藝流程、建設(shè)與運(yùn)行模式。

2.2 以用促治原則

對已有的農(nóng)村生活污水處理設(shè)施進(jìn)行更新改造,盡量有效利用農(nóng)村生活污水中的潛在物能資源,通過原料回收、無害化處理后,可實現(xiàn)低功能使用或生物營養(yǎng)利用及水資源回補(bǔ)等資源化利用途徑,也可幾種利用模式進(jìn)行組合。

2.3 經(jīng)濟(jì)合理原則

考慮到農(nóng)村地區(qū)的經(jīng)濟(jì)條件有限,在農(nóng)村生活污水資源化利用的過程中應(yīng)遵守經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)化,不應(yīng)產(chǎn)生負(fù)效益,選擇建設(shè)成本低、運(yùn)行穩(wěn)定、低碳節(jié)能和維護(hù)簡單的技術(shù)措施,鼓勵結(jié)合老舊低標(biāo)設(shè)施提標(biāo)增效改造工作開展,實現(xiàn)污水生態(tài)循環(huán)利用,保證其經(jīng)濟(jì)合理性和可持續(xù)性。

2.4 生態(tài)安全原則

污水治理和資源化利用需要始終把握以人為本的思想,一切工作都需要以改善人民生活質(zhì)量為出發(fā)點和落腳點,對農(nóng)村生活污水的任何資源化利用方式都必須滿足區(qū)域生態(tài)環(huán)境目標(biāo)的要求,不得出現(xiàn)水體、土壤和農(nóng)產(chǎn)品等遭受污染及危害人體健康等現(xiàn)象。

3 農(nóng)村生活污水資源化利用技術(shù)模式研究

全國已有多地開展了農(nóng)村生活污水資源化利用試點建設(shè),根據(jù)農(nóng)村不同的地理自然條件、環(huán)境消納能力(包含水環(huán)境容量、土地消納能力),經(jīng)過無害化處理,總結(jié)分析了多種資源化利用方式。根據(jù)分析,適合上海地區(qū)的3種主要處理模式包括:灌溉利用、生態(tài)消納和分散就地利用。根據(jù)各個試點的應(yīng)用情況,3種利用模式具有不同的適用條件、技術(shù)要點,但污水資源化利用流程均涵蓋了預(yù)處理和輸送兩個環(huán)節(jié)。

3.1 利用技術(shù)模式

3.1.1 灌溉利用模式

農(nóng)戶生活污水經(jīng)收集系統(tǒng)收集至處理設(shè)施后,經(jīng)無害化處理達(dá)到《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084—2021),通過灌溉系統(tǒng)輸送至周邊一定范圍內(nèi)的農(nóng)田、林地、草地、花圃等進(jìn)行灌溉。通過植物生長吸收尾水中氮、磷等成分,不僅促進(jìn)植物的生長,還有效降低了污水處理設(shè)施的處理能耗。當(dāng)存在每日產(chǎn)生的尾水無法完全消納時,可將多余的水接入達(dá)標(biāo)處理站,達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后排入自然水體。

灌溉利用技術(shù)模式完整的流程如圖1所示。該類模式下預(yù)計實現(xiàn)20%～100%的污水資源化利用率,并降低農(nóng)村生活污水治理能耗物耗10%～50%。

圖1 灌溉利用模式流程

綜合考慮農(nóng)污資源化利用的經(jīng)濟(jì)合理原則,其收集運(yùn)輸成本不宜過高。經(jīng)分析計算,目標(biāo)灌溉區(qū)域與污水設(shè)施的距離應(yīng)保持在300 m以內(nèi),距離過長則會導(dǎo)致能耗過高。根據(jù)計算,以6 mm/(m2·d)為林地常規(guī)灌溉量,3 mm/(m2·d)為草地、苗圃常規(guī)灌溉量。有自然降雨時,當(dāng)日灌溉水量應(yīng)視降雨量減半[>6 mm/(m2·d)]至停止[>10 mm/(m2·d)];冬季蒸騰作用較低,灌溉量應(yīng)調(diào)整至1/4～1/2。當(dāng)用于農(nóng)田灌溉時,要充分考慮灌溉季節(jié)性,需建設(shè)一定的蓄水空間或接入周邊站點,避免非灌溉期對農(nóng)田造成污染。

3.1.2 生態(tài)消納模式

生態(tài)消納技術(shù)模式主要是指充分利用已建或擬建處理站周邊坑塘、濕地,經(jīng)過生態(tài)化提升改造,利用坑塘、濕地水環(huán)境中的微生物、水生植物、水生動物的共同作用,實現(xiàn)污染物的消解和去除,進(jìn)而達(dá)到深度處理的目的。根據(jù)處理站的排水量,以及坑塘的池容、季節(jié)、水體大小、水質(zhì)狀況等邊界條件,可適當(dāng)布置浮島、人工水草、納米曝氣等無動力或微動力輔助強(qiáng)化處理設(shè)施。經(jīng)生態(tài)消納處理的污水進(jìn)入外部河道等自然水體時,要達(dá)到相應(yīng)排放標(biāo)準(zhǔn)。生態(tài)消納技術(shù)模式的應(yīng)用優(yōu)勢在于能夠充分利用污水處理站點周邊的生態(tài)資源,充分發(fā)揮農(nóng)村地區(qū)的生態(tài)優(yōu)勢和土地優(yōu)勢,是立足于農(nóng)村生活污水資源化利用和消納實際情況的低碳利用方式。

生態(tài)消納技術(shù)要充分勘查和調(diào)研周邊的土地環(huán)境、政策約束、鄉(xiāng)風(fēng)民俗、土地性質(zhì)、季節(jié)影響和地質(zhì)水文等情況,要因地制宜、一站一策,根據(jù)水環(huán)境容量的計算結(jié)果,適當(dāng)調(diào)整處理站出水的水質(zhì)控制范圍,最大限度提升節(jié)能、減排、降碳的效果。生態(tài)消納技術(shù)模式流程如圖2所示。

圖2 生態(tài)消納技術(shù)模式流程

根據(jù)實際情況可將生態(tài)消納技術(shù)模式分為以下兩類。

第一類,當(dāng)站點周邊用地不足、可利用土地資源較少時,需要建造占地面積小的適度強(qiáng)化人工濕地來滿足生態(tài)消納技術(shù)的要求。針對農(nóng)村污水站點可采用“復(fù)合型人工濕地+生態(tài)強(qiáng)化”技術(shù)。傳統(tǒng)人工濕地主要分為表流式人工濕地、垂直流人工濕地和水平潛流人工濕地3種,而復(fù)合型人工濕地則是將以上多種工藝的有機(jī)組合[7]。例如垂直流人工濕地表面栽種改良型挺水植物,表面漫流人工濕地搭配掛膜型生態(tài)浮島,通過生物載體和微動力增氧,實現(xiàn)微生物的去除能力強(qiáng)化,再結(jié)合水生植物的共同作用,實現(xiàn)生物與植物的有機(jī)結(jié)合。

第二類,當(dāng)站點附近存在面積合適的可利用坑塘、濕地等用地時,可按照標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)凈化坑塘的消納能力設(shè)置。根據(jù)計算,1 m3排水需配置30 m2,其有效水深為0.5 m,水力停留時間為15 d。以處理站處理量為20 m3/d為例,需要坑塘水面面積為600 m2。自然化的生態(tài)坑塘采用水生動植物來自然降解去除污染物,建設(shè)成本和運(yùn)行成本低廉,但是常存在占地面積大、站點周邊尋找有難度的問題。

坑塘或濕地在消納污水站出水的同時,不僅進(jìn)一步改善水質(zhì),還有效降低污水處理站的處理負(fù)荷與運(yùn)行能耗,延長原站點的使用壽命。但為保證生態(tài)消納系統(tǒng)的長期穩(wěn)定與良好的污水凈化效果,其入水(即處理站點出水)需達(dá)到《上海市農(nóng)村生活污水處理工程出水水質(zhì)暫行規(guī)定》二級標(biāo)準(zhǔn),出水需達(dá)到《農(nóng)村生活污水處理設(shè)施水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A標(biāo)準(zhǔn)(DB 31/T 1163—2019),主要的水質(zhì)指標(biāo)限值如表1所示。

表1 生態(tài)消納系統(tǒng)進(jìn)水、出水水質(zhì)指標(biāo)限值

3.1.3 分散就地利用模式

當(dāng)農(nóng)戶居住分散、距離就地處理站或市政管網(wǎng)較遠(yuǎn),可以利用農(nóng)戶周邊的“四小園”——菜園、果園、花園與公園進(jìn)行回收利用。收集農(nóng)戶化糞池中的上清液,通過聚氯乙烯(PVC)穿孔管或陶土管自流至滲濾溝,經(jīng)布水系統(tǒng),分配到園地的每條滲濾溝中;再通過礫石層的重新分布,污水中的營養(yǎng)成分被土壤中的微生物及根系吸收利用(圖3)。據(jù)計算,毛細(xì)管滲濾溝系統(tǒng)收集處理3～10戶的農(nóng)戶生活污水,日處理污水量為1 m3以內(nèi),日處理負(fù)荷為0.03～0.04 m3/m2,處理裝置的噸水建設(shè)成本小于2 000元。該處理系統(tǒng)裝置置于地下,沒有改變地表土壤原有功能,適用于居住分散的單戶或多戶,具有運(yùn)行維護(hù)成本較低的特點。

圖3 就地回用技術(shù)模式流程

分散就地利用模式工藝簡單、生態(tài)環(huán)保且建設(shè)運(yùn)行成本低,適合處理農(nóng)村生活污水戶數(shù)少、水量小、分布分散且不具備集中收集處理條件的農(nóng)戶。該模式要充分結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶的實際情況選擇,待水質(zhì)達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)之后進(jìn)行灌溉利用。

3.2 資源化利用流程分析

3.2.1 預(yù)處理環(huán)節(jié)

3種資源化利用模式無法直接利用直排的污水,對于灌溉利用和分散就地利用模式,一般情況下黑水先進(jìn)入化糞池,與灰水在調(diào)節(jié)池進(jìn)行混合。表2對調(diào)節(jié)池的水質(zhì)進(jìn)行分析,并與《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084—2021)進(jìn)行對比分析,生活污水中的懸浮物、BOD5和CODCr以及糞大腸菌群數(shù)存在超標(biāo)風(fēng)險,因此,需要先對其進(jìn)行穩(wěn)定及無害化處理,再用于灌溉。其中,污水中的固體懸浮物可通過格柵攔截、沉淀池和沉渣池的物理沉降等方式進(jìn)行有效去除,而糞大腸菌群可通過紫外燈照射的方式進(jìn)行滅殺。

表2 《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》限值與農(nóng)污處理站調(diào)節(jié)池水質(zhì)均值對比

對于生態(tài)消納利用模式,農(nóng)村生活污水進(jìn)入就地處理站點進(jìn)行處理后,再排入坑塘或濕地。污水處理過程,相當(dāng)于完成了污水的預(yù)處理工作。

3.2.2 輸送環(huán)節(jié)

對于灌溉利用模式,宜采用管道灌溉、滴灌、微灌等灌溉方式,不宜漫灌、噴灌等方式,嚴(yán)禁直排。根據(jù)天氣、季節(jié)等情況調(diào)整灌溉用水量,避免林地、草地出現(xiàn)積水、板結(jié)等現(xiàn)象,多余尾水應(yīng)經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后排放。對于分散就地利用,除了對化糞池和排水管道進(jìn)行改造,也要對“四小園”進(jìn)行適度改造,增設(shè)毛細(xì)管滲濾系統(tǒng)以及滲濾坑等,提高土地滲水性以及凈化能力。生態(tài)消納模式必須建立站點至外部水體的排放通道,當(dāng)末端消納水體水環(huán)境質(zhì)量變差、出水不能達(dá)標(biāo)排放時,站點出水須處理至達(dá)標(biāo)水質(zhì),不得經(jīng)末端消納水體排放。

3.3 示范案例

3.3.1 灌溉利用示范案例

金山區(qū)亭林鎮(zhèn)農(nóng)村生活污水提標(biāo)增效過程中,結(jié)合各污水處理設(shè)施的實際情況,選擇附近有林地、具備較好資源化利用條件的3座農(nóng)村生活污水處理站進(jìn)行試點,基本情況如表3所示。

表3 亭林鎮(zhèn)改造設(shè)施基本信息

該站點的主要資源化利用措施為:生活污水在經(jīng)沉渣池、沉淀池,粗、細(xì)過濾格柵及紫外燈消毒系統(tǒng)處理后,在各項水質(zhì)指標(biāo)符合《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084—2021)后,由加壓設(shè)備輸送至附近的林地內(nèi),通過微灌設(shè)施進(jìn)行灌溉,污水資源化利用率約為55%。

該站點污水未完全利用,原有設(shè)施均為組合式生物濾池工藝,一定時間內(nèi)污水處理量不足,也會導(dǎo)致濾料表面的生物菌群死亡,后續(xù)效果會偏差。因此,合理調(diào)整運(yùn)行方式,污水需要定期經(jīng)過生物濾池處理,以保證生物菌群活性。

3.3.2 生態(tài)消納示范案例

金山區(qū)水庫村1、2號MBR處理站作為生態(tài)消納技術(shù)模式的示范案例。以上兩座站點位于金山區(qū)漕涇鎮(zhèn)水庫村,建設(shè)于2017年,總處理能力為300 m3/d。兩座處理站出水匯集后進(jìn)入深度凈化池,深度凈化池采用強(qiáng)化耦合生物膜(EHBR)和鐵碳微電解填料對總氮、氨氮、CODCr進(jìn)行提標(biāo)凈化,深度凈化池出水進(jìn)入表流濕地(約2 000 m2),通過構(gòu)造水底地形,結(jié)合多品種挺水、沉水植物的搭配種植和水生動物的投放,構(gòu)建生態(tài)位豐富的生態(tài)系統(tǒng)。土壤和植物根系上附著的微生物對水中的污染物有良好的吸附、降解作用。在去除水體污染物的同時,使排放水更接近于自然水體。相對于潛流濕地而言,表流濕地不存在填料堵塞需要更換等維護(hù)問題,同時還有利于營造良好的親水景觀。經(jīng)深度凈化池和人工濕地深度處理后出水水質(zhì)由站點排放的一級A提升至Ⅲ類或Ⅳ類水,部分指標(biāo)可以穩(wěn)定達(dá)到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn),資源化利用率為100%。

兩站點生態(tài)消納利用,不僅對出水進(jìn)行了深化處理,還有效補(bǔ)充了周邊環(huán)境水量。生活污水經(jīng)處理后,出水可達(dá)到現(xiàn)行地標(biāo),并未減輕前端處理的能耗和費用,生態(tài)效益遠(yuǎn)大于經(jīng)濟(jì)效益。對于兩個站點可進(jìn)行運(yùn)行模式調(diào)整,并開展長期觀測,在保證不影響自然水體水質(zhì)的前提下,探索消納與處理、適度處理和高標(biāo)準(zhǔn)處理以及生物處理和生態(tài)處理等協(xié)同處理方式。

3.3.3 分散就地利用示范案例

江蘇蘇南、浙江湖州、福建漳州等地,對于特別分散的農(nóng)戶,采用就地回用處理模式(圖4)。廁所糞污經(jīng)三格式化糞池處理后,與廚房污水、洗滌污水等其他生活污水進(jìn)行混合,然后進(jìn)入人工濕地或生物凈化器處理,最后達(dá)標(biāo)排放或澆灌利用。利用地形優(yōu)勢,將人工濕地建在低洼處,化糞池出水,管道溢流入毛細(xì)管滲濾溝。村民根據(jù)自身需求,在滲濾溝上面種植小花園、小果園或者小菜園,系統(tǒng)無電力損耗,基本不需要養(yǎng)護(hù),尾水資源化利用率幾乎達(dá)到100%。

圖4 毛細(xì)管滲濾溝土壤凈化系統(tǒng)

該案例將化糞池污水和廚房污水、洗滌污水進(jìn)行混合,如進(jìn)行灌溉利用,要合理調(diào)整灌溉水量和頻次,盡力降低對土壤、地下水和農(nóng)作物的影響。建議后期利用時,有條件的地區(qū)可開展黑、灰分離處理,黑水用于灌溉、灰水用于庭院綠化或清掃等。

綜上,對3種資源化利用模式的6個參數(shù)進(jìn)行比較,如表4所示。

表4 農(nóng)村生活污水資源化利用模式

在實際應(yīng)用中,應(yīng)根據(jù)處理站點周邊條件,采用多種資源化技術(shù)模式優(yōu)化組合的方式確定該站點的污水治理資源化利用具體方案。在最大化利用污水氮、磷資源的同時,最大程度降低污水治理過程中的能耗和物耗,實現(xiàn)低碳節(jié)能治理的目標(biāo)。

3.4 上海地區(qū)應(yīng)用前景分析

目前,上海農(nóng)村生活污水處理率約為95%,位居全國前列。國家生態(tài)環(huán)境部2023年11月審議通過《關(guān)于進(jìn)一步推進(jìn)農(nóng)村生活污水治理的指導(dǎo)意見》,提出了農(nóng)村生活污水治理要遵循“應(yīng)管盡管、應(yīng)治盡治、應(yīng)用盡用”的原則。上海農(nóng)村生活污水資源化利用主要有以下3個方向。

針對尚未完成治理的農(nóng)戶,一般為規(guī)劃不保留或居住分散農(nóng)戶,建議結(jié)合房前屋后的自留地或小菜園、小果園或小花園,采用分散就地利用方式。

針對納入提標(biāo)增效計劃的區(qū)域,原有站點處理標(biāo)準(zhǔn)偏低,氮、磷等指標(biāo)未達(dá)到現(xiàn)行的出水水質(zhì)地方標(biāo)準(zhǔn),處理規(guī)模不大,如周邊有農(nóng)田和林地等,可對原有設(shè)施設(shè)備進(jìn)行適度改造,然后因地制宜優(yōu)先選擇灌溉利用方式,以達(dá)到地方標(biāo)準(zhǔn)的要求。

針對目前正常運(yùn)行且符合地方出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)施,要對其開展全面評估,對位于非環(huán)境敏感區(qū)且周邊的自然、區(qū)位條件符合資源化利用條件的,在后續(xù)更新改造時,可根據(jù)三類資源化利用模式的適用范圍,科學(xué)選擇治理模式,促使農(nóng)村生活污水治理更加低碳綠色生態(tài),達(dá)到降本增效的目的。

4 結(jié)論

(1)農(nóng)村生活污水資源化利用是通過低成本的處理方式對生活污水進(jìn)行有效處理的同時,將其轉(zhuǎn)化為可供農(nóng)業(yè)利用的寶貴資源,在一定程度上減少了農(nóng)業(yè)中水資源及氮、磷的投入成本,體現(xiàn)了低碳背景下水污染治理中“節(jié)能減排”和“以用促治”的思想,可帶來巨大的生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會效益。

(2)農(nóng)村生活污水資源化利用要從可行性出發(fā),結(jié)合農(nóng)村情況、排水特點、利用需求以及建設(shè)管理成本等,考慮采用污水分散利用還是尾水集中利用,并合理選擇還田、還林灌溉利用還是生態(tài)消納等。

(3)農(nóng)村生活污水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果顯示,出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的指標(biāo)多為總氮、總磷和氨氮等,不能長期達(dá)標(biāo)的工藝多為生物濾池為主的工藝,還有早期建設(shè)的MBR工藝。提標(biāo)增效中可結(jié)合前端不能穩(wěn)定達(dá)到現(xiàn)行地標(biāo)的設(shè)施,結(jié)合周邊環(huán)境特點,均可考慮資源化利用模式。

(4)上海農(nóng)村生活污水資源化利用開展了試點,積累了一定經(jīng)驗,但市級層面缺乏統(tǒng)一的指導(dǎo),需要抓緊編制農(nóng)村生活污水資源化利用指導(dǎo)意見,形成部門合力,會同生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)農(nóng)村、綠化市容等部門協(xié)同推進(jìn)。同時,要抓緊研究相關(guān)導(dǎo)則和標(biāo)準(zhǔn),具體指導(dǎo)資源化利用的規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)施工以及設(shè)施管護(hù)等工作。

(5)要建立資源化利用后評估機(jī)制,重點評估村莊及周邊環(huán)境質(zhì)量、資源化利用設(shè)施維護(hù)、村民滿意度等內(nèi)容。區(qū)級主管部門每年開展一次資源化利用成效評估并報市級主管部門,市級主管部門對評估結(jié)果進(jìn)行抽查復(fù)核,并將復(fù)核結(jié)果納入各區(qū)年度河長制考核,確保資源化利用取得實效。