南方某市農(nóng)村生活污水分散式治理研究

李偉博 梁 闊 馬紅憲 趙 芹 袁柯馨

(1.成都銳思環(huán)保技術(shù)股份有限公司，成都 610011；2.廈門市環(huán)境監(jiān)測(cè)站，福建 廈門 361001；3.新鄭市環(huán)境保護(hù)局，河南 新鄭 451100；4.新鄭市規(guī)劃發(fā)展服務(wù)中心，河南 新鄭 451100；5.成都市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，成都 610011)

黨的十九大報(bào)告提出鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略。鄉(xiāng)村要振興，生態(tài)宜居是關(guān)鍵[1]。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，農(nóng)村生活污水的散、亂、無序排放是制約農(nóng)村人居環(huán)境的突出問題[2]。要實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興，建設(shè)生態(tài)宜居美麗鄉(xiāng)村，必須大力推進(jìn)農(nóng)村生活污水治理，切實(shí)改善農(nóng)村人居環(huán)境。

農(nóng)村生活污水主要來自村民日常洗漱、炊事、沖廁、洗浴、零星養(yǎng)殖等活動(dòng)，具有以下特點(diǎn)[3-8]：(1)自然村分布分散，人口不集中，分布密度小，距離城鎮(zhèn)較遠(yuǎn)；(2)人口少，設(shè)計(jì)處理規(guī)模小；(3)生活污水主要集中在早上、中午、晚間排放，時(shí)間變化系數(shù)大，排放不均勻；(4)利用土溝渠、排洪溝、雨水溝等直接排放，排放體制不完善；(5)存在小工業(yè)、小作坊、畜禽養(yǎng)殖等生產(chǎn)性廢水混接、偷排的現(xiàn)象。

1 南方某市農(nóng)村生活污水治理概況

根據(jù)農(nóng)村生活污水的一般特點(diǎn)，該市制訂了《流域污水截流建設(shè)規(guī)劃》，明確治理任務(wù)，要求2020年全市農(nóng)村生活污水治理全覆蓋，做好了規(guī)劃層面的頂層設(shè)計(jì)，為治理工作的開展奠定了基礎(chǔ)。

按照規(guī)劃要求并結(jié)合實(shí)際情況，農(nóng)村生活污水治理采用兩種基本模式，一是截污納管，將城鎮(zhèn)周邊自然村的生活污水接入市政管網(wǎng)，統(tǒng)一送往污水廠處理。該模式具有建設(shè)周期短、投資少、管理簡(jiǎn)單的特點(diǎn)[9]；二是分散式治理，在無法截污納管的自然村就地建設(shè)設(shè)施，收集處理自然村生活污水。該模式具有建設(shè)周期長(zhǎng)，投資較高，管理要求高的特點(diǎn)[10]。

2 分散式治理排放標(biāo)準(zhǔn)和處理工藝

2.1 分散式處理排放標(biāo)準(zhǔn)

排放標(biāo)準(zhǔn)決定了處理工藝。排放標(biāo)準(zhǔn)高，處理工藝復(fù)雜，管理要求高，達(dá)標(biāo)難，投資高，污染物削減量多；排放標(biāo)準(zhǔn)低，則處理工藝簡(jiǎn)單，管理要求低，投資較低，污染物削減量少。

農(nóng)村生活污水分散式治理作為城鎮(zhèn)集中污水廠的補(bǔ)充，受經(jīng)濟(jì)條件、自然環(huán)境、區(qū)域人口、產(chǎn)業(yè)規(guī)模的限制，各地情況不一，條件不同，無法采取統(tǒng)一或者過高的排放標(biāo)準(zhǔn)。在國(guó)家層面尚未出臺(tái)農(nóng)村污水處理相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀下，應(yīng)堅(jiān)持以實(shí)際出發(fā)，按照排放去向和人居環(huán)境改善的要求以及分區(qū)分級(jí)、寬嚴(yán)相濟(jì)、注重實(shí)效的原則，分類確定控制指標(biāo)和排放限值。

目前，省級(jí)制定了農(nóng)村生活污水處理設(shè)施水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(表1)，對(duì)于規(guī)模大于500 m3/d (含)的處理設(shè)施水污染物排放應(yīng)執(zhí)行GB 18918的規(guī)定；對(duì)于規(guī)模小于500 m3/d (不含)的處理設(shè)施水污染物排放應(yīng)執(zhí)行表1的規(guī)定: a)出水排入GB 3838地表水II類功能水域(劃定的保護(hù)區(qū)和游泳區(qū)除外)、GB 3097海水二類及三類功能水域以及湖泊等封閉水域或水庫(kù)等半封閉水域的處理設(shè)施應(yīng)執(zhí)行一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；b)出水排入 GB 3838地表水IV類及V類功能水域、GB 3097海水四類功能水域或村莊附近池塘等環(huán)境功能未明確水體的處理設(shè)施應(yīng)執(zhí)行二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其中規(guī)模在20 m3/d (含)～500 m3/d (不含)的處理設(shè)施應(yīng)執(zhí)行A標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)模小于20 m3/d(不含)的處理設(shè)施應(yīng)執(zhí)行B標(biāo)準(zhǔn)。整體上看，省級(jí)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)低于GB 18918國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)A，與一級(jí)B類似。從實(shí)際運(yùn)行效果看，在建立完善的管養(yǎng)機(jī)制體制，處理設(shè)施能夠正常運(yùn)行的條件下，該市有動(dòng)力、無動(dòng)力處理設(shè)施均能達(dá)標(biāo)排放。

2.2 分散式處理工藝

按照生化處理是否進(jìn)行曝氣充氧，分為“有動(dòng)力”和“無動(dòng)力”兩類工藝[11-12]。有動(dòng)力處理具有處理效果好、出水水質(zhì)優(yōu)、運(yùn)行穩(wěn)定、占地面積小的優(yōu)點(diǎn)，但其投資相對(duì)較高，運(yùn)行成本偏高，運(yùn)營(yíng)管理要求高；無動(dòng)力處理的工藝簡(jiǎn)單、能耗低、應(yīng)用范圍廣、運(yùn)行費(fèi)用較低、運(yùn)營(yíng)管理難度小，但其污染物去除效率較低、占地面積較大、人工濕地處理效果易受季節(jié)影響、出水水質(zhì)不穩(wěn)定。

表1 農(nóng)村生活污水處理設(shè)施水污染物排放限值 單位：mg/L

通過對(duì)該市建成的278座處理站點(diǎn)進(jìn)行分析，有動(dòng)力設(shè)施共180座，占比65%；無動(dòng)力設(shè)施共98座，占比35%。

2.2.1 有動(dòng)力處理工藝

對(duì)現(xiàn)狀180座有動(dòng)力設(shè)施工藝和規(guī)模進(jìn)行匯總分析，具體見圖1、圖2。

從圖1a可以看出，有動(dòng)力設(shè)施大部分采用AO、生物接觸氧化處理工藝，共142座，占比79%；少部分采用MBR、生物濾池、SBR工藝等，共38座，占比21%。

從圖1b可以看出，有動(dòng)力設(shè)施的設(shè)計(jì)處理規(guī)模小，大部分在150 m3/d以下。具體為：(1)150 m3/d及以下的共有137座，占比76%。其中，60～150 m3/d的數(shù)量最多，共76座，占比42%；50 m3/d及以下的共61座，占比34%；(2)160～300 m3/d的共32座，占比18%；(3)個(gè)別可達(dá)1 000 m3/d，共2座，占比1%。

a.不同處理工藝的數(shù)量和占比

b.不同處理規(guī)模的數(shù)量和占比圖1 有動(dòng)力設(shè)施的數(shù)量和占比情況

a.生物接觸氧化+人工濕地(150m3/d)

b.一體式MBR(50 m3/d)圖2 有動(dòng)力設(shè)施實(shí)例

可以看出：(1)設(shè)施的設(shè)計(jì)規(guī)模符合農(nóng)村污水水量的一般特征，60～150 m3/d的設(shè)施數(shù)量最多；(2)村鎮(zhèn)、人口集中的農(nóng)村區(qū)域設(shè)計(jì)規(guī)模可達(dá)1 000 m3/d；(3)采用市場(chǎng)上成熟可靠的工藝。

2.2.2 無動(dòng)力處理工藝

對(duì)現(xiàn)狀98座無動(dòng)力設(shè)施工藝和規(guī)模進(jìn)行匯總分析，具體見圖3、圖4。

從圖3a可以看出，無動(dòng)力處理基本采用厭氧+人工濕地工藝，共92座，占比94%；個(gè)別采用厭氧+沉淀或厭氧+氧化塘，共6座，占比6%。

從圖3b可以看出，無動(dòng)力設(shè)施的設(shè)計(jì)規(guī)模小，均小于等于300 m3/d，大部分在150 m3/d以下，具體為：(1)10～50 m3/d的數(shù)量最多，共66座，占比67%；(2)60～150 m3/d的共21座，占比22%；(3)160～300 m3/d的共11座，占比11%。

a.不同處理工藝的數(shù)量和占比

b.不同處理規(guī)模的數(shù)量和占比圖3 無動(dòng)力設(shè)施的數(shù)量和占比情況

圖4 無動(dòng)力設(shè)施實(shí)例(厭氧+人工濕地)

通過有動(dòng)力、無動(dòng)力設(shè)施的匯總分析可以看出，為確保處理效果，該市采用的有動(dòng)力設(shè)施數(shù)量較多，約為無動(dòng)力的兩倍。從設(shè)計(jì)規(guī)模上看，60～150 m3/d的有動(dòng)力設(shè)施數(shù)量最多，而在10～50 m3/d范圍內(nèi)的無動(dòng)力設(shè)施數(shù)量最多，這是因?yàn)橛袆?dòng)力設(shè)施的服務(wù)范圍覆蓋絕大多數(shù)人口相對(duì)密集、自然環(huán)境較敏感的村莊，而無動(dòng)力設(shè)施的服務(wù)范圍為相對(duì)較偏遠(yuǎn)地區(qū)以及人口較少的村落。

3 建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用

3.1 設(shè)施建設(shè)投資

對(duì)該市已建成的設(shè)施按照工藝、規(guī)模進(jìn)行匯總，并按照公式(1)、(2)計(jì)算不同設(shè)計(jì)規(guī)模的設(shè)施建設(shè)平均投資，結(jié)果如圖5所示。

(1)

(2)

其中：M為設(shè)施建設(shè)總投資(萬(wàn)元，包含前期、土建、設(shè)施設(shè)備、安裝等一類和二類費(fèi)用，不含配套管網(wǎng))；

Q為設(shè)施的日處理設(shè)計(jì)規(guī)模(m3)；

N為設(shè)施的建設(shè)投資(萬(wàn)元/ m3)；

n為設(shè)施數(shù)(個(gè))；

圖5 平均建設(shè)投資情況

3.2 村內(nèi)配套收集管網(wǎng)建設(shè)投資

建設(shè)村內(nèi)污水收集系統(tǒng)是農(nóng)村生活污水治理的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，完善的收集系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)污水有效、全面的收集及處理。實(shí)踐證明，只建設(shè)設(shè)施，不配套建設(shè)收集管網(wǎng)會(huì)導(dǎo)致設(shè)施閑置“曬太陽(yáng)”，造成無水處理的情況。該市要求建設(shè)村內(nèi)配套收集管網(wǎng)，采用雨污分流的模式，確保生活污水應(yīng)收盡收。

對(duì)已建成的設(shè)施的配套收集管網(wǎng)長(zhǎng)度、投資進(jìn)行匯總，并按照公式(3)、(4)計(jì)算配套收集管網(wǎng)建設(shè)投資，結(jié)果如圖6所示。

(3)

(4)

其中：

T為設(shè)施配套的管網(wǎng)建設(shè)總投資(萬(wàn)元，包含前期、土建、設(shè)施設(shè)備、安裝等一類和二類費(fèi)用)；

L為管網(wǎng)長(zhǎng)度(m)；

P為管網(wǎng)長(zhǎng)度建設(shè)投資(萬(wàn)元/m)；

n為設(shè)施數(shù)；

圖6 配套管網(wǎng)平均建設(shè)投資情況

3.3 工程投資與管網(wǎng)投資綜合比較

以有動(dòng)力處理設(shè)施為例，按照公式(5)、(6)計(jì)算不同規(guī)模處理系統(tǒng)的平均建設(shè)投資(含管網(wǎng))和管網(wǎng)投資并進(jìn)行比較，結(jié)果如圖7所示。

(5)

(6)

其中：

B為有動(dòng)力處理工藝的總投資(萬(wàn)元，包含管網(wǎng)、前期、土建、設(shè)施設(shè)備、安裝等一類和二類費(fèi)用)；

U為有動(dòng)力處理工藝的平均投資(含管網(wǎng))；

O為有動(dòng)力處理工藝配套管網(wǎng)的平均投資。

圖7 有動(dòng)力工藝平均投資和管網(wǎng)投資比較

可以看出，有動(dòng)力處理工藝平均投資和管網(wǎng)平均投資隨設(shè)計(jì)規(guī)模的增大而增加，規(guī)模越小，投資越低；規(guī)模越大，投資越高。同時(shí)，管網(wǎng)投資占了處理系統(tǒng)總投資的很大比重。不同設(shè)計(jì)規(guī)模有動(dòng)力處理工藝的管網(wǎng)投資占比分別為69.8%(10～50 m3/d)、71.5%(60～150 m3/d)、70.3%(160～300 m3/d)、70.1%(310～450 m3/d)、74.2%(500～650 m3/d)、78.4%(1 000 m3/d)，整體呈上升趨勢(shì)。

3.4 運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用

通過對(duì)部分設(shè)施實(shí)際發(fā)生的費(fèi)用進(jìn)行匯總分析，無動(dòng)力設(shè)施的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用約為0.43元/m3，主要為人工費(fèi)用和材料費(fèi)用(濾料更換、植物收割補(bǔ)種)；有動(dòng)力設(shè)施的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用約為1.2元/m3，主要為電費(fèi)、人工費(fèi)、藥劑費(fèi)、檢修維護(hù)費(fèi)、材料費(fèi)等。

4 結(jié)論和建議

(1)農(nóng)村生活污水分散式治理應(yīng)堅(jiān)持以實(shí)際出發(fā)，按照排放去向和人居環(huán)境改善的要求，按照分區(qū)分級(jí)、寬嚴(yán)相濟(jì)、注重實(shí)效的原則，分類確定控制指標(biāo)和排放限值，并選用相應(yīng)的處理工藝，同步建設(shè)配套收集管網(wǎng)。

(2)設(shè)施的平均建設(shè)投資與設(shè)計(jì)規(guī)模具有相關(guān)性，規(guī)模越大，平均建設(shè)投資越低，規(guī)模效應(yīng)明顯。

(3)配套管網(wǎng)的平均建設(shè)投資與設(shè)計(jì)規(guī)模具有相關(guān)性，規(guī)模越大，平均建設(shè)投資越高，管網(wǎng)投資約占總投資的70%以上。

(4)實(shí)際建設(shè)中可考慮將鄰近村莊串聯(lián)，集中建設(shè)設(shè)施，增大管網(wǎng)的收集覆蓋范圍，提高污水收集處理率。

(5)建議針對(duì)位于環(huán)境敏感區(qū)、不便敷設(shè)管網(wǎng)的零星村落開發(fā)以戶為單位的小型就地處理工藝，降低工程投資，確保污水的收集與達(dá)標(biāo)排放。

(6)建議優(yōu)化已建成農(nóng)村生活污水處理設(shè)施的運(yùn)行維護(hù)，探索符合實(shí)際情況的運(yùn)行管養(yǎng)模式，降低運(yùn)行成本并達(dá)標(biāo)排放。