農(nóng)村生活污水分散式生態(tài)處理工藝技術(shù)分析

劉君 ，邱敬賢 ，黃安濤

（1.航天凱天環(huán)保科技股份有限公司，湖南長沙410100；2.長沙環(huán)保（服務(wù)）工業(yè)技術(shù)研究院，湖南長沙410100）

近年來，隨著未經(jīng)處理生活污水和農(nóng)業(yè)徑流的增加，顯著提高了氮和磷對水生生態(tài)系統(tǒng)的輸入，如不加以處理，高濃度氮磷會引起水庫、河流、湖泊等生態(tài)水體的富營養(yǎng)化，甚至黑臭[1]。但因我國農(nóng)村地區(qū)，尤其是偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村，因地形的限制，生活污水具有排放分散、不均勻、收集困難等特點，采用集中式污水處理系統(tǒng)會導(dǎo)致管網(wǎng)鋪設(shè)困難、投資成本高、運行維護(hù)難度高等問題，使農(nóng)村地區(qū)因資金困難無法承受[2]。比如一些傳統(tǒng)的工藝技術(shù)活性污泥法，處理成本高，并要求受過培訓(xùn)的專業(yè)人員進(jìn)行操作和維護(hù)，不適應(yīng)農(nóng)村環(huán)境，導(dǎo)致農(nóng)村生活污水處理率很低。因此，廢水通常收集不好，直接排放到水體環(huán)境，從而造成重大的環(huán)境問題和健康風(fēng)險[3]。

為進(jìn)一步貫徹黨的十九大精神，全面落實“鄉(xiāng)村振興”的戰(zhàn)略部署，實現(xiàn)美麗鄉(xiāng)村建設(shè)目標(biāo)，應(yīng)根據(jù)農(nóng)村生活污水的特點和農(nóng)村所處地理位置，因地制宜選擇污水處理工藝。目前，農(nóng)村生活污水的生態(tài)處理技術(shù)主要有以下幾種：（1）人工濕地；（2）生物濾池；（3）穩(wěn)定塘；（4）多級土壤滲濾系統(tǒng)。采用生態(tài)法處理時，占地面積大，出水水質(zhì)受季節(jié)和基質(zhì)影響，大部分生態(tài)處理系統(tǒng)在運行過程中呈現(xiàn)處理效率低，甚至造成二次污染。故在選擇農(nóng)村生活污水生態(tài)處理技術(shù)時，需慎重考察項目背景、了解工藝技術(shù)原理、計算設(shè)計參數(shù)及分析目前存在的問題。

1 農(nóng)村生活污水分散式生態(tài)處理工藝

1.1 人工濕地

人工濕地是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種污水生態(tài)處理技術(shù)，通過系統(tǒng)中填料-水生生物-微生物的物理、化學(xué)、生物的三重協(xié)同作用，通過基質(zhì)過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物降解來實現(xiàn)對污水的高效凈化[4]。水生生物通過光合作用經(jīng)過根莖將氧從上部傳輸至根部，形成一個好氧環(huán)境，遠(yuǎn)離根部位置出現(xiàn)厭氧環(huán)境，根據(jù)植物的分布，人工濕地中依次出現(xiàn)好氧-厭氧環(huán)境，從而為污水處理提供了有利的生物反應(yīng)條件。

人工濕地從單一凈化污染水體，發(fā)展成為可以收集雨水、增加景觀多樣性的生態(tài)綜合系統(tǒng)[5]，應(yīng)用范圍越來越廣。利用高差營造景觀，既有利于因地制宜降低工程成本，也有利于營造豐富的鄉(xiāng)村景觀空間變化。張躍峰等[6]利用厭氧池-接觸氧化渠-新型人工濕地工藝及水解池-脈沖生物濾池-人工濕地工藝，分別在江蘇省300多個村莊應(yīng)用，出水主要水質(zhì)指標(biāo)均可達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級B標(biāo)準(zhǔn)。與其他生物處理技術(shù)結(jié)合，構(gòu)成村莊生活污水處理的主要工藝，同時人工濕地的合理構(gòu)建形成了建設(shè)美麗鄉(xiāng)村的可持續(xù)景觀。

1.2 生物濾池

生物濾池作為經(jīng)典的生物膜反應(yīng)器己成為一種成熟的工藝。通常由填料濾床、布水設(shè)備和排水系統(tǒng)組成，填料表層附著生長各類微生物，形成生物膜。當(dāng)水流經(jīng)填料表面時，填料通過截留、吸附水體中的污染物質(zhì)，同時空氣中的氧氣分子不斷向生物膜內(nèi)部擴散；表層微生物通過氧化分解、降解代謝等作用去除填料截留的污染物，從而使污水得以凈化[7]。

寧波市世行貸款農(nóng)村生活污水項目大都采用生物濾池工藝，寧波市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院[8]對其處理效果進(jìn)行了分析，COD，BOD，SS和TN污染物平均處理率分別為66.9%，68.7%，68.9%和61.5%，且在不同運行年限下，各污染物的年平均處理率基本穩(wěn)定。曹大偉等[9,10]在宜興市大浦鎮(zhèn)采用地埋式一體化生物濾池工藝處理農(nóng)村生活污水，該工藝具有較強的抗沖擊負(fù)荷能力，并能有效去除生活污水中的COD，NH3-N，TN及TP，其中硝化效果尤為突出。對COD的去除效果受溫度的影響小，平均去除率達(dá)73.3%，而該工藝的脫氮除磷效果受溫度的影響顯著，低溫條件下對NH3-N從87.0%降到了66.8%，TN的平均去除率從64.8%降到48.1%，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因主要是硝化作用不完全，故需采用一定的保溫措施對其進(jìn)行處理。其可采用自然通風(fēng)，運行費用少，便于管理，適用于地形坡度大、進(jìn)水水質(zhì)和水量波動大的自然村或中小型聚居點的污水處理，具有一定推廣價值。

1.3 氧化塘

氧化塘又稱為穩(wěn)定塘或生物塘，是一種類似池塘的處理設(shè)備，其對污水的凈化過程類似水體自凈，通過水體的稀釋、微生物的降解使污水得到凈化。水體中的溶解氧主要由于藻類植物的光合作用及水體表面與空氣直接接觸的復(fù)氧提供。基于農(nóng)村的特點，可以有效利用坑塘設(shè)計出集內(nèi)在養(yǎng)殖、調(diào)節(jié)水源、防洪抗旱、污水處理等重要作用于一體符合農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的多功能氧化塘。坑塘是農(nóng)村地區(qū)顯著的自然特征之一，但現(xiàn)在的農(nóng)村由于環(huán)境污染幾乎找不到有水的坑塘，廢棄坑塘的重新使用具有明顯的生態(tài)、環(huán)境或經(jīng)濟(jì)效益，故坑塘整治也成為農(nóng)村環(huán)境整合整治的重要部分。

近年來，我國安達(dá)市、齊齊哈爾市和番禺市等利用生態(tài)塘對污水進(jìn)行了處理，且運行和處理結(jié)果都比較成功[11，12]。如能將坑塘整治和農(nóng)村生活污水治理有效結(jié)合，不僅有效解決了坑塘水環(huán)境和周圍環(huán)境問題，而且還使得農(nóng)村養(yǎng)殖業(yè)和水生植物種植業(yè)更好地發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益，帶動當(dāng)?shù)鼐用竦慕?jīng)濟(jì)發(fā)展。

1.4 多級土壤滲濾系統(tǒng)

近年來，多級土壤滲濾系統(tǒng)（Multi-soil-layering system，MSL）作為一種新型的生活污水處理工藝已在泰國、日本、美國和中國推廣和應(yīng)用[13-16]。其主要原理是內(nèi)部交替設(shè)置滲濾層和土壤模塊層，使其形成一個類似“多級A/O”系統(tǒng)，通過厭氧和好氧交替處理能有效去除污水中有機物、N和P等污染物，曝氣相關(guān)參數(shù)成為影響MSL系統(tǒng)凈化效率的關(guān)鍵因素。且其具有占地面積小、液壓容量大、維護(hù)簡單、使用壽命長等特點，與其他土地處理系統(tǒng)相比具有明顯的優(yōu)勢，故有潛力成為發(fā)展中國家可持續(xù)的農(nóng)村生活污水處理工藝之一。

LahbibLatrach等[17]采用兩級垂直流MSL系統(tǒng)，高效去除干旱農(nóng)村地區(qū)生活污水中的TSS，BOD5，COD，TN，TP，以及大腸桿菌和病原體，去除效率均達(dá)到了91%，但該系統(tǒng)的長期處理效果是有待驗證的。且將其應(yīng)用到實際工程項目中還存在一定的不足，如針對低濃度有機污水因碳源不足影響反硝化作用，進(jìn)而降低氮的去除率。為解決這一問題，可以選擇含碳源滲濾層補充碳源，但目前有關(guān)MSL系統(tǒng)滲濾層材料的研發(fā)還未見報道。因此，研發(fā)出滲濾層材料是MSL系統(tǒng)推廣應(yīng)用的一大亮點。

2 存在的問題

由于農(nóng)村地區(qū)地勢廣闊但不平整，資金缺乏，人員專業(yè)管理能力有限等，對農(nóng)村污水處理技術(shù)，應(yīng)根據(jù)其特點選擇分散式、建設(shè)投資和運行成本省、運行管理方便但處理效率高的處理方法。

總體來說，生態(tài)處理技術(shù)具有成本低、運行管路方便、占地面積大的特點，更符合農(nóng)村生活污水的處理，但在運行過程中還是存在很多問題。生態(tài)處理技術(shù)由于受氣候溫度因素、進(jìn)水懸浮物、植物和基質(zhì)搭配、后期維護(hù)管理的影響較大，基質(zhì)堵塞、出水不能達(dá)到預(yù)期效果，甚至造成二次污染，是生態(tài)處理技術(shù)在實際運行過程中常見的問題。

3 結(jié)論

針對目前存在的問題，應(yīng)采取對應(yīng)的措施進(jìn)行處理和維護(hù)，常見的處理措施是污水處理技術(shù)聯(lián)用，尤其是在污水進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)之前，對其進(jìn)行預(yù)處理以降低污水中的懸浮物防治基質(zhì)堵塞或氧化塘的復(fù)氧效果，如格柵、沉沙池、化糞池等。為避免問題再現(xiàn)，針對項目需優(yōu)先分析項目地勢背景、污水水質(zhì)條件，對其分析設(shè)計出因地制宜的生態(tài)處理技術(shù)或組合生態(tài)處理技術(shù)，以提高生態(tài)處理技術(shù)的處理效率。在實際應(yīng)用中，生態(tài)處理技術(shù)還與市場上正廣泛推廣和應(yīng)用的分散式污水處理設(shè)備組合使用，以提高出水水質(zhì)，達(dá)到更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，減少污水對河流湖泊的污染。生態(tài)處理技術(shù)與其他污水處理技術(shù)相比，在表現(xiàn)出諸多優(yōu)越性的同時，還存在許多問題限制了其推廣。