氧化塘+人工快滲濾工藝對農(nóng)村生活污水處理效果分析
——以祿勸縣撒營盤鎮(zhèn)13個村落為例

起德花，李立雄,2，闞紹遠(yuǎn)，李賽宏，羅維唯，楊愛松，楊偉光

(1. 云南水工源工程設(shè)計有限公司，云南 澄江 652500；2. 云南省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院，云南 昆明 650000；3. 云南三龍工程技術(shù)有限公司，云南昆明 650000；4. 北京國環(huán)清華環(huán)境工程設(shè)計研究院有限公司云南分院，云南 昆明 650000)

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，農(nóng)村居民生活水平不斷提高，農(nóng)村污水排放量日益增長[1]。我國從20世紀(jì)80年代就開展了農(nóng)村污水處理技術(shù)方面的研究[2]，但農(nóng)村污水收集率較低、設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定、后續(xù)維護(hù)和管理困難。目前，我國對農(nóng)村污水水質(zhì)的研究主要集中在重點流域，對云南飲用水源地的關(guān)注相對較少。

農(nóng)村生活污水處理已經(jīng)刻不容緩[3]，很多專家針對云南省農(nóng)村基礎(chǔ)狀況和經(jīng)濟(jì)能力，探索推薦了適宜云南省運(yùn)行成本低、占地面積小、觀賞性強(qiáng)的農(nóng)村生活污水處理技術(shù)模式，包括改良A2O和人工濕地結(jié)合技術(shù)[4]、生物濾池[5]、生物膜、氧化塘[6]等生態(tài)處理技術(shù)，厭氧—跌水曝氣工藝等組合工藝[7]，但是氧化塘+人工快滲濾工藝對污染物去除有很好的效果，對于農(nóng)村生活污水處理方面應(yīng)用前景廣闊。

位于云龍水庫流域的昆明市祿勸縣撒營盤鎮(zhèn)距離縣城62 km，人口相對集中、土地資源緊缺，云龍水庫占昆明主城區(qū)供水量超過70%[8]，環(huán)境敏感性高。祿勸縣云龍水庫重點村落環(huán)境綜合整治工程涉及的13個村落都靠近云龍水庫。由于靠近水體，污水能直接排入河道，間接對水庫水體產(chǎn)生影響。據(jù)研究，云龍水庫主要污染源為農(nóng)村居民生活污水。在流域治理過程中，根據(jù)村落人口分布情況以及土地利用性質(zhì)，采用氧化塘+人工快滲濾工藝，13個村落建立10個小型污水處理站。本文對撒營盤鎮(zhèn)九龍塊、九龍井、本增村等13個村落10個污水處理站進(jìn)出水水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測和分析，可為今后農(nóng)村生活污水的處理提供技術(shù)參考[9]。

2 工藝方案

2.1 工程區(qū)域概況

云龍水庫位于昆明市北部的祿勸彝族苗族自治縣云龍鄉(xiāng)，距縣城 58 km。水庫設(shè)計總庫容 4.84 億m3，正常儲水量 3.97 億m3，年供水量 2.5 億m3，承擔(dān)昆明主城區(qū)主要供水任務(wù)[10]。撒營盤鎮(zhèn)位于云龍水庫流域上游，13個自然村，建設(shè)10座污水處理站，受益居民937戶，4032人。

2.2 處理工藝

10個污水處理站均采用氧化塘+人工快滲濾工藝(圖1)。①生活污水經(jīng)過PVC污水收集管自流進(jìn)入生態(tài)化糞池，在生態(tài)化糞池入口處設(shè)置簡易格柵，除去水中垃圾及懸浮物，水體表面滿鋪生態(tài)浮床，一方面防止臭味散發(fā)，另一方面促進(jìn)厭氧發(fā)酵。②二級微曝氣氧化塘，為了消除溫差和自然分層，高效增氧，快速改善水體的污染，利用低曝氣理論高效去除水中氨氮等營養(yǎng)物質(zhì)，采用太陽能解層曝氣機(jī)，將表層超飽和溶解氧，循環(huán)打入水下。③微曝氣氧化塘出水通過水泵(采用太陽能水泵)提升進(jìn)入生物過濾池，利用生物過濾單元截留水中懸浮物，并高效去除水中氨氮。④尾水進(jìn)入快滲池。快滲池結(jié)構(gòu)設(shè)計采用目前較為先進(jìn)的短程滴濾布水方式，均勻高效，具有流程短、負(fù)荷高、出水水質(zhì)好等優(yōu)點。濕地基質(zhì)上種植兼具凈水和景觀功能的水生植物和陸生花卉植物，與環(huán)境融合。⑤最后尾水流入穩(wěn)定塘資源化利用。設(shè)計參數(shù)如表1所示。

圖1 氧化塘+人工快滲濾工藝流程

表1 主要構(gòu)筑物設(shè)計參數(shù)

2.3 設(shè)計水量

將氧化塘+人工快滲濾工藝應(yīng)用于云南省昆明市祿勸縣撒營盤鎮(zhèn)農(nóng)村生活污水處理。按排水定額人均日排水量為 90 L[11]，污水收集率為 80%，污水處理率不低于90%，根據(jù)不同村人口情況，設(shè)置處理規(guī)模為 3 座30 t/d，4 座50 t/d，1 座65 t/d，1座100 t/d，1 座150 t/d。

2.4 工藝進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)和排放標(biāo)準(zhǔn)

污水中除了本村居民的生活污水外，還含有部分農(nóng)業(yè)面源的污水和居民養(yǎng)殖廢水，因此設(shè)計進(jìn)水有機(jī)物濃度較高。出水標(biāo)準(zhǔn)可達(dá)《云南農(nóng)村生活污水處理設(shè)施水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB53/T 953-2019)一級A標(biāo)準(zhǔn)[12]。設(shè)計化學(xué)需氧量CODcr進(jìn)水濃度≤200 mg/L，出水濃度≤60 mg/L；設(shè)計懸浮物SS 進(jìn)水濃度≤100 mg/L，出水濃度≤20 mg/L；設(shè)計生化需氧量BOD5進(jìn)水濃度≤120 mg/L，出水濃度≤10 mg/L；設(shè)計總氮TN進(jìn)水濃度≤30 mg/L，出水濃度≤20 mg/L；設(shè)計氨氮NH3-N進(jìn)水濃度≤50 mg/L，出水濃度≤8 mg/L；設(shè)計總磷TP進(jìn)水濃度≤3 mg/L，出水濃度≤1 mg/L。

2.5 水樣采集與分析

(1)水樣采集。項目建成后，于2019 年2月27日、2020年4月10日、2021年8月10日，用注射器采集撒營盤鎮(zhèn)九龍塊、九龍井、本增村等13個村落的10個污水處理站進(jìn)、出水口水面下10 cm處水樣。采集后樣品置于5 ℃的保鮮箱保存，并3 h內(nèi)送往云南環(huán)綠環(huán)境檢測技術(shù)有限公司進(jìn)行測樣，48 h 內(nèi)測樣完畢。

(2)測定方法。水樣測定方法：單個水樣每項指標(biāo)測定6次，采用重鉻酸鹽法(HJ828-2017)測COD，最低檢出限4 mg/L；采用納氏試劑分光光度法(HJ 535-2009)測NH3-N，最低檢出限0.025 mg/L[13]；采用重量法(GB11901-1989)測SS，最低檢出限4 mg/L。

(3)計算去除率。

(1)

式(1)中，C0為進(jìn)水口水樣濃度， mg/L；Ca為出水口水樣濃度， mg/L。

(4)數(shù)據(jù)分析方法。所獲得數(shù)據(jù)用 Excel 2010 軟件進(jìn)行處理和計算，用SigmaPlot 10軟件繪圖。

3 處理效果分析

對該處理工程近3年(2019～2021年)的進(jìn)出水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測分析[14]，結(jié)果如圖2～圖4所示。用氧化塘+人工快滲濾工藝處理撒營盤鎮(zhèn)13個村落生活污水，CODcr進(jìn)水水質(zhì)為：96.5～103.90 mg/L，出水水質(zhì)為：25.86～29.55 mg/L，去除率在69.46%～74.11%之間；SS進(jìn)水水質(zhì)為：69.86～86.85 mg/L，出水水質(zhì)為：14.10～16.66 mg/L，去除率在76.15%～83.76%之間；BOD5進(jìn)水水質(zhì)為：32.36～38.16 mg/L，出水水質(zhì)為：9.24～10.60 mg/L，去除率在67.26%～75.79%之間；TN進(jìn)水水質(zhì)為：18.61～24.19 mg/L，出水水質(zhì)為：5.77～7.75 mg/L，去除率在63.69%～71.56%之間；NH3-N進(jìn)水水質(zhì)為：9.49～15.50 mg/L，出水水質(zhì)為：3.09～5.28 mg/L，去除率在62.90%～69.10%之間；TP進(jìn)水水質(zhì)為：1.70～1.82 mg/L，出水水質(zhì)為：0.59～0.72 mg/L，去除率在60.33%～66.05%之間；進(jìn)水pH值在6.85～7.39之間，出水pH值在7.32～7.62之間，出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，本工藝對云南農(nóng)村生活污水處理效果好。此外，近3年各污染物去除率波動范圍小，氧化塘+人工快滲濾工藝運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定。

圖2 2019年02月27日進(jìn)出水水質(zhì)和去除率

圖3 2020年04月10日進(jìn)出水水質(zhì)和去除率

圖4 2021年08月10日進(jìn)出水水質(zhì)和去除率

4 效益分析

4.1 環(huán)境效益

氧化塘+人工快滲濾工藝在昆明市祿勸縣撒營盤鎮(zhèn)13個村落污水處理中的應(yīng)用，對于保障云龍水庫飲用水水質(zhì)具有很大意義，10個小型污水處理站每年共可以降解CODcr2337.04 t/a，降解NH3-N 50.66 t/a，降解TP 12.99 t/a，降解TN 118.22 t/a，可以很好的保護(hù)云龍湖水庫、周邊河道、保障飲用水安全等。出水還可以運(yùn)用于農(nóng)田灌溉、景觀等，有效填補(bǔ)流失的地表水[15]，該工藝出水水質(zhì)良好，其環(huán)境效益符合美麗鄉(xiāng)村建設(shè)要求，為更好建設(shè)美麗鄉(xiāng)村奠定良好基礎(chǔ)。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

氧化塘+人工快滲濾工藝的應(yīng)用將改善項目區(qū)的環(huán)境衛(wèi)生條件，由此可以減少民眾因環(huán)境問題而引發(fā)的健康問題，減少村民健康治療費(fèi)，此外，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)發(fā)展。在我國西南部地區(qū)，人少地多，氧化塘技術(shù)的應(yīng)用前景比較廣泛[16]。

氧化塘+人工快滲濾工藝結(jié)構(gòu)簡單，采用全生態(tài)處理技術(shù)，副產(chǎn)品產(chǎn)生，無噪音，不擾民，占地少、投資低、運(yùn)行費(fèi)用低、管理方便，對于經(jīng)濟(jì)相對落后的云南農(nóng)村而言，具有較高經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)論

通過在項目中的應(yīng)用分析，可以得出氧化塘+人工快滲濾工藝在云南農(nóng)村污水治理中具有以下特點：

(1)去除效率高，運(yùn)行穩(wěn)定。氧化塘+人工快滲濾工藝運(yùn)行穩(wěn)定，對于CODcr、BOD5、TN等污染因子具有較好的去除率。其中對SS去除率76.15%～83.76%，NH3-N去除率達(dá) 62.90%～69.10%，BOD5去除率在67.26%～75.79%，TN去除率達(dá) 63.69%～71.56%，TP去除率達(dá)60.33%～66.05%，CODcr去除率達(dá)到 69.46%～74.11%。出水水質(zhì)達(dá)《云南農(nóng)村生活污水處理設(shè)施水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB53/T 953-2019)一級A標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到預(yù)計目標(biāo)。

(2)生態(tài)節(jié)能。采用全生態(tài)治理技術(shù)，合理選用高新設(shè)備，提高動力效率，降低能耗，采用清潔太陽能源，適應(yīng)農(nóng)村運(yùn)行管理機(jī)制和管理特點，最大限度降低運(yùn)行費(fèi)用，從根源上解決農(nóng)村污水運(yùn)行費(fèi)用問題。

(3)注重功能性與景觀觀賞性。耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)，適用范圍廣；采用生態(tài)治理理念，注重環(huán)境效益與社會效益的結(jié)合，結(jié)合水處理設(shè)施建設(shè)農(nóng)村小型生態(tài)園，體現(xiàn)農(nóng)村適居住人文理念。

(4)資源化利用。環(huán)保的根本處理在污染物資源化，通過生態(tài)治理模式，污水處理后變成清潔水，用于農(nóng)村環(huán)境景觀構(gòu)造，形成農(nóng)村生態(tài)濕地休閑園；清潔水用于生態(tài)魚養(yǎng)殖，把污水資源化，形成經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益、社會效益的有機(jī)結(jié)合。

(5)環(huán)保優(yōu)先、節(jié)約用地。采用全生態(tài)處理技術(shù)，既有環(huán)保效益，又有生態(tài)景觀效益；嚴(yán)格控制臭味及其他有礙感官的副產(chǎn)品產(chǎn)生，無噪音，不擾民，占地少、投資低、運(yùn)行費(fèi)用低、管理方便，避免工業(yè)化操作管理模式，適應(yīng)農(nóng)村設(shè)施管理特點。