西北农村生活污水处理研究及应用示范

董翔 周林成 李静 赵威

(兰州大学淮安高新技术研究院 江苏淮安 223100)

1 背景及现状

随着经济的进步和人民生活水平的提高，严峻的环境污染问题受到越来越多的关注，而水体污染环境问题尤为突出。在发展落后的农村地区，随着城市化的快速推进，村镇水资源的污染和浪费呈现出恶化趋势[1]。近年来，以科学发展为指导、优化人居环境和生态环境为核心、“整治农村卫生，优化发展环境”为主题，全面开展农村环境集中整治活动，加强小城镇的污水处理监管，保护农村水环境，是国家建立农村环境的长效机制，也是改善农村环境质量的关键。而村镇污水处理是当下急需解决的重点及核心部分，也是改善乡村环境、加强生态建设的必要基础。如何根据当地环境、地势、水资源、建设现状和规划等实际情况，选择合适的处理工艺和设施，确保水质稳定同时又能降低耗费、方便管理维护，是农村生活污水处理的关键。按照生态化、节能化、景观化的原则来处理可促进农村水资源环境的健康、可持续发展[2]。

以宁夏某乡镇为例，进行因地制宜式的改造设计。该乡镇位于宁夏南部，总面积3 130 km2，其中耕地242.09 万亩，总人口49.6 万人，其中农业人口42.5 万人，回族28.8 万人，占58%，是少数民族聚居县以及国家和自治区扶贫开发重点县。目前该乡镇农村生活污水处理设施主要采用“预处理+人工湿地”，而污水处理设施只建有格栅+化粪池等预处理，采取人工定期抽吸清运的方式处理，如图1 所示。同时污水处理设施由于缺少专人维护，后续资金支持不够，管网铺设未到位，污水收集量不够充足，设备处于半运行或间歇运行状态。并且由于当地污水处理技术人员稀缺，污水处理站运行过程中出现问题不能够及时解决，设备未能及时有效维护。现有设备设施的自动化程度低，不能够自适应不同的工况要求。

图1 人工湿地和出水口

目前污水处理设施运维现状和管理问题存在以下问题。一是村镇建设缺乏环保规划，基础设施建设滞后。虽已建立废水排放系统，但无废水收集系统，且用来处理污水的设施也无法正常使用。二是当地乡镇无专业的监管机构和专业的人员进行运行操作和维护，污水处理设施一旦发生故障，无法保证其管理维修和出水水质，导致污水设施的运行困难和效果不理想，造成资源和设施的浪费。三是环境管理能力薄弱。人员少，力量弱，造成乡（镇）环境管理严重滞后。四是运维管理未引入第三方运营机制及先进的管理手段，无法达到污水站设计的污水处理预期效果[3]。

在充分考虑污水处理工艺的可靠性、经济性和先进性的前提下，遵循因地制宜、节约高效原则，以当地总体规划为先导，从实际出发，分类治理。结合当地自然环境，充分考虑农村经济社会状况、生活污水排放现状、受纳水体环境容量和农民生产生活习惯等因素，同时尽可能利用现有污水处理设施，确保合理利用资金，科学合理地规划设计出技术成熟、经济实用、管理方便、运行稳定的农村生活污水处理工艺和设备[4]，从而营造出农村“蓝天、碧水、净土”的美好生态环境。

2 处理设施工艺设计及应用

为了保证污水处理项目的稳定和高效，减轻劳动强度，改善操作环境，同时实现污水处理的现代化管理，因地制宜采用高效节能、科学合理的综合污水处理工艺设计，在确保污水处理效果的基础上，节省工程投资和日常运行费用，力求经济合理、管理简单、高效节能、操作方便、成本低，保证该乡镇农村生活污水连片治理后达标排放或回收利用，获得最大的社会效益和环境效益。

根据该乡镇总体规划布局，经过现场考察实际情况，结合当地地形和环境要求，设计在该乡镇新建一座污水处理站和完善配套管网设施，处理生活的污水。污水处理站选址需遵循以下原则：一是在城镇水体的下游；二是便于处理后尾水的排放；三是在当地地势区域内主风向的下风侧；四是工程地质条件良好，无地质问题；五是占地不浪费土地资源；六是地形不应受洪涝灾害影响；七是有方便的交通、运输和水电条件。根据设计的污水处理设施，实行污水综合治理，贯彻近远期结合，分步实施的方针，减轻污水处理站排放对附近地表水、地下水造成的污染，改善附近水体质量。

2.1 水量

笔者根据北方农村生活居民生活污水参考值35～80 L/人·d（《农村生活污水处理项目建设与投资指南》）和《宁夏农村生活污水处理技术指南》中三类地区，结合走访当地的实际情况，考虑气候条件，调取当地自来水公司的用水数据，确定化粪池容量80 m3/d。

2.2 规模

根据实地调研数据，考虑农村饮用自来水工程对当地居民的生活习惯的影响，以及当地村委会的建议确定新建污水处理站的设计处理规模为80 m3/d。

2.3 受纳水体及出水标准

该乡镇生活污水新建处理设施出水尾水排放于废弃河道中且不与饮用水源地接触，其出水标准按照宁夏回族自治区地方标准《农村生活污水处理设施水污染物排放标准》中一级A 标准执行。出水水质指标表如表1所示。

表1 设计出水指标

2.4 主体工艺

根据《宁夏农村生活污水处理技术指南》三类地区水质指标和乡镇的三类地区水质指标和乡镇的实际情况，生活污水水质水量变化大，B/C 较高，污水中含有油脂、食物残渣、粪便和泥沙等污染物，故按照当地实际污水成分，其进水指标如表2所示。

表2 设计进水水质指标

按照该乡镇目前污水处理设施的运行数据和要求，为确保出水水质，结合现有设施的实际条件，从整体出发，选择工艺可靠、技术成熟、操作简单、管理维护方便的方案；同时所采用的工艺需保证污水处理站占地面积小，工艺紧凑，投资省、能耗少，运行费用低。综合考虑当地乡镇的实际情况，污水中污染物的成分，尽量选择无害化、资源化的的工艺路径，所采用的工艺应运转灵活，能适应一定的水质、水量的变化；在此基础上需要提高项目社会效益、环境效益及综合经济效益。主体工艺流程图具体如图2所示。

图2 主体工艺流程图

对于一体化污水处理设备采用固定化微生物工艺。固定化微生物技术是通过附着在载体（填料）上的生物膜为主，净化污水的一种水处理工艺。固定化微生物的载体平均密度与水的密度十分接近，可在曝气池中构成一种流化态、滤层态或浮动态等多种形态的污水处理介质，不需进行反冲洗，摆脱了传统意义生物膜的概念。因此，该技术处理污水基质的降解速度快、停留时间短、具有较高的污水处理效率，并在运行中无不良气味。同时其填料的浮动状态，保证了污水处理系统均匀传质、不易结膜及氧气的利用率高等特性，这些都非常有利于通过生物化学过程处理污水。与传统生化处理技术相比，该技术由于处理容积负荷高、占地面极小、运行稳定、管理方便以及运行成本较。通过该工艺定制的一体化污水处理设备可以根据对排放水的标准进行配置的定制。

一体化设备由污水收集、调节模块、水解酸化模块、好氧生化和混凝沉淀等模块组成。其中，调节模块可将化粪池中的土著微生物的作用充分发挥出来，协助后端生化模块。水解酸化模块可实现硝化和反硝化作用，可将好氧生化所产生的硝酸盐和亚硝酸盐转化为氮气等，从而除去污水中的氨氮，该环节还有解毒、开环、断链的作用，使得难降解的大分子有机物得以充分的破坏，提高污水的可生化性。好氧生化的建立是因为生活污水可生化性好、污染物易被好氧微生物所降解，微生物群体易建立、种群消化能力强。在好氧生化模块，有机物分子可直接降解为二氧化碳和水；好氧生物是将高效微生物在高效载体上有效固定化，体系中生物密度高，在载体的不同部位固定不同的微生物菌群，从而形成丰富的微生物群落，提高对污染物去除的广谱性，可有效去除有机污染物、总氮、氨氮、磷以及重金属等。混凝沉淀模块主要是去除污水中的悬浮物和微生物死泥等，确保SS 达标排放，同时实现去除磷的作用，通过混凝剂PAC、PAM，使得污水中难以沉淀的颗粒互相聚合形成胶体，然后与水体中的杂质结合形成更大的絮凝体。絮凝体具体强大吸附力，不仅能吸附悬浮物，还能吸附部分溶解性物质，污水中的磷、悬浮物可被有效吸附沉淀去除。

2.5 管网

根据当地实际情况，该乡镇及周边已经建有较为完善的污水收集管网，敷设主管道至新建污水处理站即可，并将污水站及敷设管道开挖周边绿化恢复。配套管网包括收集干管，即敷设DN600Ⅱ级钢筋混凝土排水管道，主干道为村子主要通行道路，主干道下采用砖砌检查井[5]。在管网布置中在设置φ1000 排水检查井，污水处理站的选址位于地势低洼处，污水管线尽量采用重力流布置。

3 提标改造应用

提标改造是根据该乡镇目前的污水处理湿地，由于周边村落分布较散，所以无法集中处理，只能通过吸粪车抽。通过收集进入化粪池，经过化粪池的厌氧发酵后排放。但现有的化粪池容量已经不能够满足实际需求，且以前化粪池收集的污水经过简单处理发酵后排放到后山崖内的废弃河道内，对周围环境以及周围居民的人居环境造成一定的影响。原有的污水处理工艺为“预处理+人工湿地”为主体，废水直接经过管道排入沟渠。

体表改造设计是通过在原有化粪池附近新增设一套玻璃钢化粪池，两组化粪池并联运行。对化粪池的上清液溢流经过细格栅通过管道输送至新建污水处理站。定期将化粪池进行清掏与污水站的污泥一起至污泥池中堆肥使用。针对出水水质要求分析，因为出水经过人工湿地或者直接灌溉于农田，对尾水中的氮磷等元素要求不高，对于水中的病毒有害物质控制严格。经过一体化设备处理后的水通过管道流至修葺后的人工湿地或者灌溉储水池内。考虑到宁夏当地的气候和温度，为保证一体化设备稳定持续运行，一体化设备作为地埋式，设备顶部加盖并绿化，既能降低投资又能美化环境[6]。

4 结语

污水处理站的建设和完善，对促进当地经济快速发展，改善人居环境，保护人民身体健康，防治水污染，充分利用水资源等方面都有促进作用。污水处理站的建设也可保护当地河流水质，改善农民人居环境质量，这是落实科学发展观，建设社会主义新农村，转变乡村发展理念，促进人与自然和谐，促进经济繁荣和社会进步的内在需要和改善农民人居环境的必然需求。