中原地區農村污水生態處理系統設計

中原地區農村污水生態處理系統設計

高麗麗， 石志強

(安陽工學院土木與建筑工程學院，河南安陽 455000)

摘要結合中原地區農村污水處理現狀，建立了與農業生產相結合的農村污水生態處理系統模型。采用沼氣池、生物濾池、潛流式人工濕地、生態穩定塘組合工藝，設計了中原地區農村污水生態處理工程。該系統既能夠處理農村生活污水，又改善了生態環境，還實現了水資源的循環利用。

關鍵詞中原地區；農村污水；沼氣池；生物濾池；人工濕地；生態穩定塘

中圖分類號S181.6;X703.1

基金項目安陽工學院院

作者簡介高麗麗(1979- )，女，遼寧盤錦人，講師，碩士，從事工程管理研究。

收稿日期2015-06-02

The Design of Rural Sewage Ecological Treatment System in Central Plains Region

GAO Li-li, SHI Zhi-qiang (School of Civil and Architecture Engineering, Anyang Institute of Technology, Anyang, Henan 455000)

AbstractThe model of rural sewage ecological treatment system was developed, it was based on agriculture production, combined with the present situation of rural sewage disposal in the Central Plains region. Combined process was adopted with methane tank, biological filter, subsurface constructed wetland and ecological stabilization pond, the rural sewage ecological treatment project was designed. The system is capable of disposing both rural sewage, and improving the ecological environment, but also achieves the recycling of water resources.

Key words Central Plains region; Rural sewage; Methane tank; Biological filter; Constructed wetland; Ecological stabilization pond

建設部《村莊人居環境現狀與問題》(2005年10月)調查報告，對我國具有代表性的9個省、43個縣、74個村莊進行了入戶調查。調查顯示，96%的村莊生產生活污水不經處理隨意排放，沒有排水渠道以及污水處理系統；89%的村莊無人負責垃圾收集與處理；目前全國農村每年有超過2 500萬噸的生活污水直接排放，造成河流、水塘污染，影響村民居住環境，嚴重威脅農民的身體健康。我國農村生活污水處理尚處于起步階段，污水處理設施不完善，其建設與運行管理相對滯后[1]。加強對農村污水的處理，避免污水對農村地區水體、土地等自然環境產生污染具有十分重要的理論和現實意義[2]。

1中原地區農村污水處理現狀

中原地區是我國的重要農業生產區域，該區域農業人口相對集中，原有鄉村建筑廚廁污水排放系統設計水平低下，污水橫流，圈廁污染嚴重，進行現有鄉村建筑廚廁污水排放處理系統的改造潛力巨大。

2006年河南省制定了農村改廁項目實施方案，要求農村衛生廁所普及率達到62%以上，提高農村糞便無害化處理率。改廁類型推薦沼氣式戶廁，用三聯式沼氣池與廁所聯接，并給予廁改戶一定的財政資金支持。經過近幾年的發展，河南省農村廁改取得了一定的效果，部分試點村莊沼氣式戶廁已經推廣，覆蓋面較大。

河南省委《關于改善農村人居環境的指導意見》(2014年7月)要求重點治理農村污水，離城鎮較遠且人口較多的村莊，可建設村級污水集中處理設施，人口較少的村莊可建設戶用污水處理設施，因地制宜發展規模化沼氣和戶用沼氣，要求分散居住的村莊建設微動力污水處理設施、生態污水處理設施。

2中原地區生態污水處理系統設計

2.1農村污水來源與生產生活系統分析中原地區農業生產以大田種植業為主部分養殖業為輔，人口集中的縣鎮有工業集聚區。離縣鎮較遠的農村污水主要來自于廚廁生活污水、養殖業污水，污水來源相對單一，污染物類型相對穩定。中原地區又是一個嚴重缺水的農業產區，需要提高節水率、實現水循環利用，提高水利用效率，保障農業生產。結合中原地區的特點，設計建立了與農業生產相結合的農村污水生態處理系統模型，如圖1所示。

該系統建立在現有農業生產生活系統基礎之上，將農業生活生產污水經沼氣池厭氧處理、穩定塘生物處理、人工濕地再處理，最終達到灌溉水標準進行農田灌溉。在該系統中不但實現了農村生產生活污水的處理，還實現了水資源的循環再利用，提高了水資源利用率，實現了節水；該系統中沼氣池產出沼渣，作為有機肥可以投入到農田，從而減少了化肥的使用量；穩定塘和人工濕地產出的植物青飼料可以供給養殖場進行養殖生產，節約了養殖成本；系統中人工濕地提供了漁業生產的空間，可以產出漁業產品。該系統結合了現有農業生產系統，在進行污水生態處理的同時，為傳統種植和養殖業提供了支持。

2.2污水生態處理系統設計污水處理系統由沼氣池、人工濕地、穩定塘3個主要部分構成，污水處理流程如圖2所示。

2.2.1沼氣池厭氧消化一級處理系統。將沼氣池作為一級污水處理系統是結合河南省廁改成果進行的設計。污水進入沼氣池后，大部分有機物經厭氧發酵后產生沼氣，從而達到污水處理的作用，沼氣可以提供燃料，沼渣是很好的有機肥，運用沼氣池進行污水處理，達到了一舉多得的效果。田洪春等1998～2000年監測了88處污水處理沼氣池的出口污水污染物，3年平均COD為189 mg/L；BOD5為86 mg/L；NH3-N為25 mg/L；SS為41 mg/L；色度為45°；pH為7.29；寄生蟲卵為0個/L[3]。監測結果說明運用沼氣池作為農村生活污水處理的第一級處理方式是非常有效的。

2.2.2生態預處理系統。農村分戶沼氣池輸出的污水比較分散，經污水管網收集后需要進行生態處理前的沉淀、過濾、配水等預處理設施。系統設計了格柵井和生物濾池兩個設施進行污水生態處理的預處理，其中格柵井具有過濾漂浮物、沉淀干物質的作用，生物濾池具有過濾、預處理和給人工濕地配水的作用。

格柵井只起到物理過濾和沉淀作用，原理簡單，對污染物沒有凈化作用。生物濾池是生物膜法污水處理的傳統設施，構造簡單、造價低廉、維護方便。復旦大學的黃偉麗等以常州市民豐村為例進行了生物濾池對農村生活污水處理的應用。該處理工藝包括厭氧濾池、復合式生物濾池兩個部分，系統輸入污水COD為155～300 mg/L、BOD5為100～240 mg/L。經過厭氧濾池處理，COD為180 mg/L、BOD5為144 mg/L，COD和BOD5去除率接近40%，總氮總磷去除率10%。經過復合式生物濾池處理后，COD處理率為80%，BOD5去除率為90%，總氮總磷去除率80%[4]。

2.2.3人工濕地-穩定塘污水生態處理系統。人工濕地污水生態處理系統是利用植物根系吸收、微生物降解、填料吸附等綜合生態作用處理污染物的，其投資省、易維護、工藝簡單、處理效果好、生態效益顯著[5]。穩定塘是利用藻類、水生植物、微生物、水生魚類的天然生態系統進行污水凈化的設施，與人工濕地一樣，穩定塘設施簡單、易于維護、有利于污水資源的綜合利用[6]。李松等報道了浙江淳安縣某村建設的人工濕地-穩定塘污水處理系統，經運行監測，該系統對COD、BOD5、SS、TN、NH4+-N、TP、糞大腸桿菌的平均去除率分別達到75.1%～87.3%、75.2%～94.3%、90.2%～97.6%、50.2%～67.8%、65.0%～75.3%、70.6%～85.9%和98.7%～100%[7]。

3工程案例

該案例位于豫北地區某村，該村共有120余戶，有一個存欄20頭左右的養豬專業戶，該村邊有一面積約700 m2天然水塘，水塘與一季節性河流相連，塘外即是農田。該村進行過廁改，80%以上的村民使用沼氣廁所，污水通過水溝自流進入水塘，最終排入河道。經監測，該村日平均污水排放量約35～40 m3/d，經沼氣池廁所處理后排放的污水COD平均含量為237 mg/L、BOD5平均含量為96 mg/L。案例設計污染物去除目標為滿足城鎮污水處理廠2級排放標準要求。

3.1工程設計

3.1.1格柵井。格柵井采用沉淀、過濾復合功能設計，如圖3所示。格柵井設置在地平面以下，有效深度為1.5 m，井壁和井底用混凝土澆筑而成，平面外包尺寸為2.4 m×2.4 m，格柵高度為0.9 m，格柵條凈間距10 mm，格柵及其下部支持墻將格柵井分為進水沉淀室和出水沉淀室兩個部分。

3.1.2生物濾池。格柵井出水自流進入地埋式生物濾池，如圖4所示。生物濾池埋置深度3.25 m，平面尺寸為3.6 m×3.6 m，池壁及池底均用混凝土澆筑而成。生物濾池中部用一混凝土隔板分為進水室和出水室兩個部分，進出水室下部連通，池內填充物為級配碎石和爐渣混合物，填充料孔隙率>40%、水力傳導系數>0.02 mm/s，出水室中部設1 mm孔徑的不銹鋼篩網一道。

3.1.3人工濕地。該工程中人工濕地選用的是水平潛流型人工濕地，長30 m、寬15 m、深1.2 m，如圖5所示。濕地底部為150 mm厚混凝土墊層，外圍護墻采用磚砌結構，外墻內部及混凝土墊層底部抹20 mm厚防水砂漿，內部砌筑兩道均勻透水隔墻，進水端形成布水槽，出水端形成沉淀槽。

人工濕地的填料選用碎石、砂、爐渣和種植土，進水配水區和出水集水區的填料采用粒徑為5～20 mm的碎石分布于整個床寬，處理區填料表層選用240 mm厚種植土以利于植物種植，表層之下以5～10 mm碎石、粗砂、爐渣混合材料組成，污水處理區填料孔隙率>50%、水力傳導系數>0.004 mm/s。人工濕地進水端設計選用蘆葦，種植密度為12～18株/m2；其余部分種植蒲草和燈心草，種植密度為20～25株/m2。

3.1.4生態穩定塘。將原有水塘經清淤后改造成穩定塘，塘深為1.5～2.2 m，設計面積約350 m2。穩定塘進水口附近較淺，種植一定密度的挺水植物；塘邊種植蒲草、水葫蘆等植物；塘中放養草魚、鰱魚和鯉魚，要控制魚類密度，使其保持在8尾/m2以下；塘中投入少量河蚌和田螺，建立起動物、植物、微生物生態系統。

3.2工程投資及效益分析工程占地面積約為820 m2，是在原有水塘的基礎上改造的污水生態處理系統，工程總造價8.31萬元。該污水處理系統無需動力設備，管理簡單維護方便，村衛生清潔人員可以進行管理，運行管理費用低。人工濕地和氧化塘可以為養殖戶提供部分蒲草、水葫蘆等青飼料，穩定塘提供了漁業養殖空間。系統余水可以進行農田灌溉、補充生態用水，沼渣清理后可以為農田提供有機肥。

4結語

采用沼氣廁所作為農村污水的一級處理方式，使輸出污水COD含量降低為237 mg/L、BOD5含量降低為96 mg/L。生物濾池去除COD、BOD5近40%，人工濕地-穩定塘污水生態處理系統去除COD 75%～85%、去除BOD575%～90%。該污水處理系統結合了中原地區特點和現有廁改成果，可以因地制宜靈活運用，不但美化了環境，還可以實現污水資源化利用。

參考文獻

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[3] 田洪春，謝紅，唐中玖,等.城鎮凈化沼氣池處理生活污水效果評價[J].中國沼氣，2002，20(4)：33-36.

[4] 黃偉麗，吳江濤，張繼彪，等.復合式生物濾池處理農村生活污水工程實例[J].環境工程，2012,30(5)：47-49.

[5] 付融冰，楊海真，顧國維，等.潛流人工濕地對農村生活污水氮去除的研究[J].水處理技術，2006,32(1)：18-22.

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[7] 李松，單勝道，曾林慧，等.人工濕地/穩定塘工藝處理農村生活污水[J].中國給水排水，2008,24(10):67-69.