單戶式污水處理設施用于農村污水治理的研究

劉超航 何雨來

1.政策背景

2018年2月，中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發了《農村人居環境整治三年行動方案》，將開展廁所糞污治理，推進農村生活污水治理列為2018-2020年的重點任務。

目前，我國廣大農村地區絕大多數污水是不經過任何處理，直接排放進入水體，使部分河流遭到了污染，同時也對農業生產和農民健康造成了威脅。近年來，越來越多的工程技術人員和專家開始試點農村污水治理。目前農村污水治理應用的模式按集中方式可分為小型污水站處理和并入鄉鎮污水廠處理兩種模式。本文提出單戶式污水處理設施處理的思路，并與上述兩種方式進行比較。

2.治理現狀

農村生活污水與城市生活污水水質相似，但存在水量小，地域分散，變化系數大的特點。小型污水站處理模式即將農村污水以村或居民點為單位集中后，通過小型污水站處理。這種方式存在運行管理繁瑣，噸水建設和處理成本高，由于水量變化系數大造成沖擊負荷大的缺點。目前，很多小型污水站面臨運行成本高，出水水質不穩定的問題。

并入鄉鎮污水廠處理模式即將農村污水由污水收集管網收集后，通過提升泵站泵入最近的鄉鎮污水廠處理。這種方式污水運行管理及出水水質均較小型污水站處理模式要好，但存在污水收集管網及泵站投資巨大的缺點。

針對以上兩種方式的缺點，我們提出單戶式污水處理設施處理的思路，即將單戶農戶生活污水單獨進行處理，該模式克服了小型污水站運行困難和并入鄉鎮污水廠管網投資大的缺點。通過低能耗、無人值守、景觀化的方式，讓農村生活污水在農戶房前屋后就地進行處理。

3.實例分析

湖北某地農村居民點共120戶，平均每戶按5口人計，每人每日污水產量按80L計，污水出水水質要求達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中的一級A標準。以下按新建小型污水站、并入鄉鎮污水廠和單戶污水設施三種模式，從投資和運行等方面進行比較分析。

3.1新建小型污水站

3.1.1概況

根據以上信息，單人污水量按80L計，則該居民點污水水量Q=0.08×120×5=48m3/d。擬新建一座50m3/d的污水站，采用工藝流程為：格柵池→調節池→AO池→二沉池→混凝池→濾布濾池→紫外消毒器→出水。

3.1.2工藝描述

格柵池：利用人工格柵，攔截污水中大塊懸浮物和漂浮物，保證調節池中潛水泵的正常運行。

調節池：設置調節池，調節水質和水量，使后續構筑物不受沖擊負荷。

AO池：設置生化池，分為缺氧段（A段）和好氧段（O段），缺氧段鐘的厭氧菌和兼性菌將水中難降解的長鏈污染物轉化為易降解的短鏈污染物，便于好氧段中好氧菌的利用。好氧段中的好氧菌通過生命活動大幅降解水中的各項污染物。好氧段出水一部分回流至缺氧段在缺氧段中完成反硝化反應，將水中的氮元素污染物轉化為N2排入空氣中，從而完成N的去除。

二沉池：設置二沉池，將AO池出水進行固液分離，上清液進入混凝池，下部污泥一部分回流至AO池的缺氧段，用于補充系統的微生物濃度，一部分作為剩余污泥排出系統。

混凝池：二沉池出水進入混凝池，混凝池中投加混凝劑，如PAC等，一方面PAC可以與水中的磷酸鹽生成難溶物，另一方面，PAC水解為大分子的絮凝體，便于水中的沉淀物的沉淀分離。

濾布濾池：通過濾布的過濾作用，將水中的SS分離出系統，保證出水達標。

紫外消毒器：通過紫外線的作用，對出水進行消毒處理，使水中的細菌指標達標。

3.1.3工程設計

（1）格柵池：設計尺寸為1.0×1.0×2.0m，設置一個孔徑為5mm的格柵網。

（2）調節池：設計尺寸為5.0×2.5×3.5m，停留時間為12h，設置2臺潛水泵為整個泵站提供所需要的水頭。

（3）AO池：設計尺寸為5.0×2.5×3.5m，分為2格，總停留時間15h，其中A段4.5h，O段10.5h。A段設置潛水攪拌機1臺，O段設置微孔曝氣器。

（4）二沉池：設計尺寸為2.0×2.0×4.5m，采用豎流式沉淀池，設置中心筒。

（5）混凝池：設計尺寸為1.0×1.5×2.0m，停留時間為45min，設置槳式攪拌機1臺。

（6）濾布濾池：設計尺寸為1.6×1.0×2.0m，過濾面積1.2m2，濾速為2.1m/h，功率為1.5kw。

（7）紫外消毒器：處理量為2.5m3/h，功率0.04kw

3.1.4投資估算

根據以上分析，參考湖北省相關工程定額，并根據2018年市場信息，估算結果如下表：

由上表可知，采用新建小型污水站的方式，總建設投資約為80.3萬元。

3.1.5運行費用

污水處理站主要運行費用包括電費、人工費、藥劑費、污泥費等，具體如下。

（1）電費

污水站有效功率為3.6kw，功率系數按0.85計，按每度電0.6元計，則噸水電費為S1=3.6×0.85×24×0.6÷50=0.88元。

（2）人工費

污水站配置操作人員1人，工資及福利按2800元每月計，則噸水人工費用為S2=2800÷30÷50=1.87元。

（3）藥劑費

投加混凝劑，噸水藥劑費用約為S3=0.05元。

（4）污泥費

污水站污泥量較小，作為肥料供污水站綠化使用，無需額外支付費用。

由上可知，采用新建小型污水站的方式，噸水運行費用約為2.8元。

3.2并入鄉鎮污水處理廠

3.2.1概況

鄉鎮污水處理廠距離該居民點約為2.5公里，擬新建一座50m3/d的污水提升泵站，將污水提升至鄉鎮污水廠并入處理。

3.2.2投資估算

根據以上分析，參考湖北省相關工程定額，并根據2018年市場信息，估算結果如下表：

由上表可知，采用并入鄉鎮污水廠的方式，總建設投資約為169.8萬元。

4.2.3運行費用

參考《三峽庫區生態屏障區污水處理廠建設投資和運行費用標準研究》[1]，規模在500-1500m3/d的鄉鎮級污水廠噸水運行費用平均為1.5元。

3.3單戶式污水處理設施

3.3.1概況

對居民點120戶居民生活污水進行分別處理，利用居民房前屋后的邊角空地進行景觀花園式設計，在景觀綠化中使污水得到凈化。單戶式污水處理設施設計規模為0.4m3/d，工藝流程為化糞池泵入→高負荷生物濾池→人工濕地→達標出水。

3.3.2工藝描述

高負荷生物濾池：高負荷生物濾池的濾料間隙中存在大量生物膜，生物膜由外至內分別為好氧菌、兼性菌和厭氧菌，形成一個個微型的A2O系統，當污水從濾料上部流入下部時，這些微型A2O系統通過不同種類的微生物協同作用，大幅降解水中的各項污染物。同時，由于溫差、自然風等作用，系統不斷從外界空氣中轉移氧氣，從而維持系統的正常運行。

人工濕地：采用水平潛流人工濕地，將高負荷生物濾池底部孔板出水進行均勻配水。配置蘆葦、風車草、再力花、美人蕉等生長期長、根系發達、植株美觀的植物，通過植物根系周圍的生物群落的作用，對水中的有機污染物進一步處理，同時將整個系統形成花園景觀。

3.3.3工程設計

（1）高負荷生物濾池：設計尺寸為0.5×0.5×2.0m，設置波形塑料填料層。

（2）人工濕地：設計尺寸為3.4×3.4×1.0m，停留時間為12d。

設置2臺潛水泵由用戶化糞池中取水泵入系統，配置100w的光伏系統用于對潛污泵供電。

3.3.4投資估算

根據以上分析，參考湖北省相關工程定額，并根據2018年市場信息，估算結果如下表：

由上表可知，采用單戶式污水處理設施的方式，總建設投資約為52.8萬元。

3.3.5運行費用

采用單戶式污水處理設施建成后，可將設施移交給該戶居民管理，污水設施無需專業運行經驗，僅需及時將設施故障報告給指定管理部門即可。為此，可按噸水1元的價格對該戶居民進行補貼，提高居民積極性。

3.4 三種模式比較分析

根據以上分析，三種模式在投資、運行、效果等方面均有所不同，以下是三種模式的比較分析

4結論

綜上所述，本文認為，單戶式污水處理設施用于農村污水治理，與新建污水站和并入鄉鎮污水廠處理兩種常用的農村居民點污水處理模式相比，有較為明顯的優勢。

（1）單戶式污水處理設施免去污水管網鋪設，除了大幅降低污水處理工程投資外，也減少了管網鋪設帶來的協調難度，大大提高工程建設效率。

（2）單戶式污水處理設施將污水處理融入景觀花園，在為居民帶來美學享受的同時，利用邊角空地，免去因征地帶來的矛盾。

（3）單戶式污水處理設施無需專業運營，委托居民作為花園看管，既為居民帶來一些收益，又免去專業運營人員的管理，同時幾乎不再產生運行費用。