湖北省村鎮污水特征與污水處理設計研究

蘇青青 高婷 宋林旭 郭亞麗 趙小蓉

關鍵詞：農村生活污水；水質特征；水量特征；污水處理

前言

根據長江生態大保護工作要求，在湖北省內多地開展了村鎮生活污水處理調研工作，以現場調研和收集資料為主，主要調查了鄉鎮污水處理廠建設運行情況、農村生活污水小型集中處理工程以及分散式處理工程，同時對當地農戶進行了廣泛訪談。在遠離城市及鄉鎮的農村地區，因為資金、偏遠地區、分散居住等多方原因，農村污水治理率顯著偏低。鑒于此，文章通過對農村分散戶進行定點采樣，結合人口分布、地形地貌、自然、經濟、村民生活習慣等，研究湖北省村鎮污水的水質、水量及產生的特征，以期為后續農村生活污水處理模式的選擇提供參考。

1農村分散戶現場采樣

1.1采樣點概述

為了能夠長期有效地獲得連續的監測數據，研究中選取宜昌市周邊包括山區、丘陵、平原等三個典型地形地貌區具有代表性的6個村落，具體點位分布情況如表1所示。采樣點具備適宜處理方式的代表性（分別可適宜建集中式村鎮污水處理廠和農戶分散式處理點）、經濟水平差異明顯的區域代表性（農戶家庭人均純收入從1.1萬元到2.3萬元）以及各采樣點農戶家庭用水習慣、生活方式差異代表性。

1.2采樣與分析

根據農戶生活習慣和生活污水產生規律，分6：00-10：00、10：00-14：00、14：00-18：00、18：00-22：00和22：00-6：00等時間段采集水樣。為了探索不同地區農戶生活污水產生和水質差異性的日間分布規律，分別選取1、3和5號采樣點作為山區、丘陵和平原農戶的典型代表，連續2個月每天在18：00-22：00分別對黑水（廁所糞污）和灰水（包括廚房用水、洗漱用水等）取樣。為了探索不同地區農戶生活污水水量和水質差異性的月分布及季分布規律，分別在上述所有6個農戶生活污水采樣點，2021年5月-12月間于每個月上、中、下旬相同或相近日期的18：00-22：00時間段分別采樣。按照上述方案采得黑水樣348個，灰水樣348個，總計696個。分析了COD、氨氮、TN、TP和SS等5個水質指標的項目，獲得各指標有效數據共計4163個。（見表2）

2結果與討論

2.1污水水量特征研究

2.1.1黑水水量特征與影響因素

統計黑水水量數據計算得時變化系數為1.7～2.5，表明不同時間段內黑水水量不同，符合生理需求、生活規律；根據逐日數據統計分析結果，日變化系數為1.5～1.7．表明黑水水量存在一定日間差異。不同采樣點月變化系數分布區間為1.2～1.4，表明各采樣點不同月份的采樣檢測結果存在一定的差異，但差異性不大；不同采樣點季度變化系數分布為1.0～1.1，表明不同季度的采樣檢測結果差異性小，而且各采樣點之間差異性小。結合黑水水量統計數據和農戶基本資料分析可知，在人口數量及組成、地形地貌、自然、經濟、村民生活習慣等諸多可能的影響因素中，節假日時間和村民生活習慣等對人均黑水產生量有顯著影響。

2.1.2灰水水量特征與影響因素

灰水水量時變化系數為3.3～5.1，具有較大隨機性；且不同采樣點之間差異大，說明不同用水習慣也與日內用水規律不同。日變化系數為1.8～2.0，表明日間灰水水量的變化較大，不同采樣點之間差異較小。不同采樣點月變化系數分布區間1.3～1.8，表明各采樣點不同月份的采樣檢測結果存在一定差異，彼此之間差異性較明顯；不同采樣點季度變化系數分布區間為1.3～1.4，表明各采樣點不同季度的采樣檢測結果差異性小，而且各采樣點之間差異性小。分析灰水水量統計數據和農戶基本資料可知，在人口數量及組成、地形地貌、自然、經濟、村民生活習慣等諸多影響因素中，經濟水平和村民生活習慣對人均灰水產生量有顯著影響，地形因素對于灰水產生有一定影響，人口數量及組成因素則影響極小。

2.2水質特征

2.2.1采樣點黑水水質特征與影響因素

根據黑水水質數據統計結果，除個別采樣點黑水水質參數（SS）的時變化系數較大達到1.8以外，其余采樣點其他水質參數時變化系數分布區間為1.1～1.3；各采樣點黑水SS日變化系數均較大，分布區間達到1.8～2.0，其余所有采樣點水質參數日變化系數分布區間為1.3～2.1。表明黑水水質的不同參數日間變化差異明顯，但不同采樣點之間差異較小。統計結果還表明，節假日與降雨情形下的黑水水質與一般情況相比，兩者并無明顯差異性。

由水質參數COD、TN和TP的數據分析統計結果可知，C/N比值分布區間為6.0：1～7.8：1，N/P比值分布區間為3.8：1～5.0：1。其中C/N比值分布區間遠遠偏離好氧生物反應所需C/N比20：1，N/P比值分布區間則基本覆蓋生物反應所需N/P比5：1。由此可見，黑水進行生物處理時C/N比過低、碳源不足問題較為突出，運行中需額外補充碳源。

結合黑水水量統計數據與農戶基本資料分析，黑水水質影響因素復雜，其中農戶生活習慣尤其是用水習慣及對其產生影響的各種因素（家庭人口數量及組成、自然經濟等）綜合作用的影響相對顯著，但節假日及降雨等因素未對黑水水質構成顯著影響。

2.2.2采樣點灰水水質特征與影響因素

灰水水質數據統計分析表明，各采樣點的水質參數時變化和日變化系數分布區間分別為1.0～1.3和1.2～1.7，這表明各采樣點不同時間段內灰水水質變化幅度小，不同參數日間差異明顯，但不同采樣點相互之間差異小。

根據水質參數COD、TN和TP的數據分析統計，C/N比值分布區間為20：1～32：1，N/P比值分布區間為4.7：1～10.4：1。考慮生活污水BOD與COD換算關系（換算系數0.5～0.8），其中部分灰水C/N比值分布區間低于好氧反應所需C/N比20：1，N/P比值分布區間滿足生物反應所需N/P比5：1。由此可見，灰水采用生物技術進行處理時，N和P營養物比例合適，但碳源可能會略偏低，需額外補充。

所有采樣點中③號采樣點，水質參數氨氮和TP除外，其他所有水質參數時變化、日變化或者月變化和季度變化系數大小相對其他采樣點而言基本一致，分析和比較家庭人口數量及組成、自然經濟等因素可能產生的影響，應主要歸因于該農戶家庭成員的用水習慣。另外，在節假日和降雨情形下，節假日灰水水質無規律性變化。

綜上所述，灰水水質主要影響因素是農戶生活習慣尤其是用水習慣及對其產生影響的各方面因素的綜合作用。

2.3關于農村生活污水集中處理站點進水水質的討論

集中站點進水與農戶出水水質間存在著收集輸送等環節，兩者間必然存在著差異。在調研過程中，現場隨機采集了部分工程進水樣，并與農村分散戶排水水樣進行對比，結果發現集中站點進水水質與農村分散戶排水水質間存在較大差別。相比農戶產生的黑水及灰水中污染物濃度水平，處理站點進水的濃度水平明顯低。其中COD和SS是集中站點進水與農戶出水水質中差異最為突出的水質參數，氨氮、TN及TP的濃度水平則兩者大致相當。（見表3）

出現這一現象的原因，可能是因為農戶采樣為污水原水，水質分析也是水樣混勻液，通常進入集中站點前還有不同程度的預處理環節，例如出戶前的粗濾、沉淀、水解酸化，管道輸送過程中的沉降，距離稍遠時降解等。特別是粗濾、沉淀過程中隨著SS的顯著降低，非溶解態的COD、氮、磷等也會有不同程度的降低。

為了厘清農戶生活污水物理攔截及沉淀預處理過程對水中各組分去除的貢獻，針對不同來源的灰水進行采樣，并分別對不同來源的灰水水樣的混勻液、水樣沉淀之后上清液、水樣過濾之后的過濾液中各水質參數分析。根據實際的現場調研，沉淀為自然靜置30min，以（1-上清液／混勻液）粗算預沉淀的去除率；過濾用普通紗布模擬現場粗濾，以（1-過濾液／混勻液）粗算篩濾的去除率。實驗結果分析表明，預處理過程對不同來源灰水的處理效果差異顯著，而且對各個不同水質參數的影響亦不同，處理效率分布情況見表4。

3結論

農村生活污水量受人口數量及組成、地形地貌、自然、經濟、村民生活習慣等諸多因素影響，其中節假日和村民生活習慣對黑水量影響最為顯著，經濟水平和村民生活習慣對灰水量影響最為顯著。農村生活污水水質影響因素復雜，其中農戶生活習慣、尤其是用水習慣及對其產生影響的多種因素（家庭人口數量及組成、自然經濟等）綜合作用的影響相對顯著，但節假日及降雨等因素并不對黑水／灰水水質構成顯著影響。農村污水收集方式和預處理方式的不同，導致集中站點進水水質與農村分散戶排水水質間存在顯著差異。