貴州省農村生活污水收集及處理技術模式研究

王永濤 梁 俐 雷 薇 黃 維

（貴州省水利科學研究院，貴州 貴陽 550002）

貴州省地處我國西南山區，特殊的喀斯特地理環境引發生態脆弱性，其中水資源分布不均和工程性缺水問題突出。區域的發展、人口的增長、工業的進步使得水資源和水環境破壞程度較大，水體污染嚴重，水土流失加快，生態退化凸顯，水生態問題已成為貴州省經濟社會發展的“短板”。隨著貴州省加速發展、加快轉型、推動跨越的經濟社會發展進程，推動水生態文明建設成為貴州省發展的關鍵。建設貴州省水生態文明，必須以落實水利項目為基礎。圍繞“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”的治水思路，落實最嚴格的水資源管理制度和水污染防治計劃［1］。

開展貴州省農村生活污水收集與處理技術模式研究，是順應國家政策和貴州省發展的要求，用科學合理的手段，解決農村水環境惡化問題，改善農村生產生活環境，提升農民的環保意識，從而提高農村水利管理水平。利用鄉鎮污水處理廠建設項目，探索污水資源的再利用價值和途徑，進而促進水生態文明建設，達到和諧社會發展的目的［2］。

1 農村污水處理原則

根據村的地理位置、人口規模、組成、地形、排水特點、排水要求和承受能力等因素，按照城鄉統籌、因地制宜、資源利用、經濟適用等原則綜合考慮適宜的污水處理技術。此外，在考慮農村污水處理方式時，還應考慮到以下方面：①結合當地地理、氣候、水文等條件，并需同時注意節省占地面積，特別是不占用良田，不對居民的日常生活造成影響；②農村缺乏污水處理專業人員，所選擇的工藝應運行、管理維護方便，不需要太高的操作水平和太繁瑣的操作步驟，盡量選擇以農村地區居民薄弱的技術和管理能力就能進行操作、維護的設備工藝；③處理工藝運行穩定，能夠使污水穩定排放且出水能夠達標，實現循環利用，能用于澆花、灌溉等；④農村經濟實力薄弱，污水處理應充分考慮成本低、一次性投資和建設成本相對較少，并在鎮、鄉、村現有財力范圍內進行；⑤運行成本低，不使用或少使用化學藥劑，能耗低或不使用能耗工藝，設備運行成本消耗必須與農村居民經濟水平相適應［3-5］。

2 農村生活污水處理技術模式

農村地域發展不平衡，不同地區之間存在較大差異。農村生產方式和生活習慣長期存在差異，使廢水處理方法難以規范化。與此同時，由于經濟差異，污水的性質和污染物也有所不同，農村地區收集和處理廢水的方法也各不相同。例如，如果是工業生產廢水（如印染、制革、造紙）產生污染，則應考慮采用高負荷的污水處理方式，如生物膜法、活性污泥法等；如果因養殖業生產、人們排泄產生的糞便污染，則應考慮采用將排泄物轉化為肥料的污水處理方式，如沼氣池法、土地處理法等；如果是有機物含量低的盥洗、廚房排水產生的污染，則應考慮低負荷、低耗能的穩定塘法、濕地法等［6-8］。

2.1 分戶處理模式

根據農村生活污水用水量變化比較大、污水中有機物濃度波動范圍廣、化學需氧量和氨氮濃度高等特點，利用庭院式一體化污水處理設備進行處理。通過在村民房前屋后閑置地安裝庭院式一體化污水處理設備，將收集的生活污水進行過濾，通過設備上方種植的花草根系對污水進行凈化，形成“庭院式一體化設備+人工濕地”工藝，對農村生活污水進行治理。

2.2 分散處理模式

農民生活污水按不同地區收集，宜將規模稍大的村莊或鄰近村莊合并，各地區污水分開處理。農村污水采用中小型污水處理設備或自然處理。該模式一般有人工濕地、穩定塘、土壤滲透等適合農村地區的污水處理技術。

這一模式的特點是設計靈活、結構簡單、易于管理和有保障的水質量。而且污水處理設施通常不需要專門管理，電力設備的維修也比較容易，可由當地村民操作。

2.3 集中處理模式

衛生設施收集所有農村家庭的污水，統一建造一個設施處理村里的所有污水。衛生設施采取自然處理、傳統生物處理等形式。這一模式的特點是土地面積小、抗沖擊、操作安全和有水可用。

由于使用的設備很多，而且操作復雜，需要專門設計中央廢水處理廠，以便于對基礎設施、設備等進行中央管理和維護。目前需要專業人員管理污水處理廠。為了確保操作的穩定性和水質監測質量，通常需要同時建立能夠監測主要污染物的實驗室。

該模式適用于布局較密集、規模較大、相應污水收集管網較完善、條件較好的村莊。此類農村經濟水平較高，農村企業或旅游業發達，或處于水源保護區內。

2.4 接入市政管網統一處理模式

農村所有農民的廢水都集中通過污水管道收集，這些管道與附近的城市污水系統連接在一起。村里的污水通過城市污水處理廠進行統一處理。這種模式只需要污水處理系統（在某些情況下還需要改良的抽水站），因此，該模式具有投資低、建設周轉時間短、效率高、綜合管理方便的特點，適用于城市污水處理系統附近（不超過5 km）符合垃圾收集要求的村莊的污水處理。而且這一模式在城市廢水處理廠統一運行，無須增加與廢水處理設施有關的行政和業務費用。

對比分析上述4種處理模式如表1所示，不同的村莊可以結合地區實際來選擇適宜的處理模式。

3 農村生活污水出路控制

農村污水處理工程并非出水水質標準越高越好，而應與當地用水需求結合起來，“夠用”就好。目前，我國還沒有專門針對農村污水處理的排放標準，而且由于我國農村具體情況千差萬別，農村污水處理設施出水的用途不同，排放標準也不一致。農村污水處理設施出水水質應根據其出水去向選擇適宜標準，若效仿城鎮污水處理廠采取統一的排放標準，對于一些經濟基礎薄弱的農村而言建造成本和運行成本太高，容易給地方政府和居民帶來過大的壓力，進而出現污水處理設施“建不起”或者“建得起，用不起”等現象。

位于國家控制的流域或者環境保護熱點地區的農村，應嚴格規定排放標準。例如，在封閉和半封閉水域，可以提高對稅收、脫氮除磷的要求；而在農業灌溉和綠化的開闊水域或污水中，可以適當降低氮磷等指標，從而簡化工藝、節約投資，降低運行成本，便于管理。

農村污水處理出水出路主要有排放水體、再生利用兩方面。由于缺乏農村污水排放標準及回用標準，宜根據其具體出路有關現行標準以及各個地區對排水水質的具體要求來選擇出水標準。根據當地污水處理后的實際出路選擇相應的處理標準，進而選擇適宜的處理工藝技術進行農村污水的處理工作，體現“夠用”的原則，即處理后出水滿足在相應用途下的標準，不盲目追求高標準，增加污水處理工程的建設和運行成本。

農業生產特點決定了其需要大量的水資源進行灌溉，尤其是對于北方缺水地區，農田灌溉質量直接決定了糧食的產量和質量。而由于水資源短缺和水污染使得北方缺水地區大量農田得不到有效灌溉，污水作為一種非常規水資源，其處理后進行回用蘊含著巨大的潛力。

4 貴州省農村生活污水處理現狀

通過資料收集與調研的方法，分別對貴州省的農村基本情況、生活污水排放特征、組成、排放方式、污水治理情況以及存在問題進行了梳理與統計。結果表明，貴州省農村人口較多，占全省總人口的58.0%。農村生活污水量較大，農村人口最少的貴陽市的農村生活污水達到12.67萬m3/d；全省范圍內約有13.24%的行政村生活污水進行了集中處理或部分集中處理（指本村地域內有污水處理設施進行污水集中處理，或者雖然沒有污水處理設施，但是對污水實行統一集中收集，由其他單位處理），污水處理程度相對較低。另外，通過對近5年的農村環境綜合整治項目資料的歸納匯總得到，貴州省共實施了1 632項農村環境整治項目，其中有992項都涉及污水處理設施建設，總投資共計16.49億元，覆蓋村的平均污水處理率在67.8%以上。而且這些生活污水處理項目以人工濕地和一體化污水處理技術為主。

表1 處理模式對比

通過對貴州省農村生活污水處理模式和常見農村生活污水處理技術的全面調查顯示，貴州省農村生活污水多采用集中處理模式，常用的技術有人工濕地技術和一體化污水處理設備。其中人工濕地多采用潛流式，一體化污水處理多采用MBR和AO設備。

5 貴州省常用農村生活污水處理技術

近年來，隨著小城鎮建設速度的加快，數百戶農村家庭聚集起來。調查統計結果顯示，目前貴州省農村生活污水多采用管網收集集中處理模式，同時，基于貴州省人口聚集形式及地形的獨特性，人工濕地和一體化設計污水處理設備是貴州省應用最廣泛的農村生活污水處理技術。

5.1 人工濕地

5.1.1 概述。人工濕地是人類設計或改造的一種半液體污水處理系統，主要由土壤基質、水生植物和微生物組成。由于人工濕地具有有機物去除效果好、氮磷去除能力強、運轉管護管理方便、工程基建和運轉費用低以及負荷變化適應能力較強等優點，適用于技術管理水平低、處理規模小的鄉村［9］。

5.1.2 類型和結構。人工濕地按照其內部的水位狀態可以分為表面流濕地和潛流濕地，其中，潛流濕地又可以按水流方向分為水平潛流濕地和垂直潛流濕地。

表面流人工濕地，是指水面在人工濕地填料表面以下，水流從池體進水端水平流向出水端的人工濕地。表面流濕地處理系統的優點是投資及運行費用低，建造、運行和維護簡單，但占地面積大，冬季表面流濕地地面易結冰，夏季易繁殖蚊蟲且有臭味。

水平潛流人工濕地，是指水位于人造濕地填充的表層之下，從盆地末端流向填充的孔隙平面上的人工濕地。

垂直潛流人工濕地分為兩類：單方向的人工濕地和復合垂直流動的人工濕地。單方向的人工濕地通常使用間歇水流系統，而混合的人工濕地則使用連續不斷的水流系統。這些人工濕地在貴州省被廣泛用于污水處理。

組合式人工濕地，是指由多個同類型或不同類型的人工濕地池體組合構成的濕地處理系統。

雙層人工濕地法，主要由進水配水調節池、雙層人工濕地（上層人工濕地、下層人工濕地）和集水池三部分組成。配水調節池內設有預曝氣系統，上層濕地采用土壤結合新型陶粒與煤渣復合填料，下層濕地采用礫石與火山巖復合填料。夏季運行上層人工濕地，利用填料和植物的復合作用去除水中的污染物，達到水體凈化效果；冬季運行下層潛流系統，結合生物技術，采用吸附作用及高效工程菌劑共同作用去除水中污染物，同時上層濕地載體以及植物保溫作用能夠有效提高冬季低溫期凈化效果，使整個系統能全年穩定運行。

5.1.3 基質材料與植被選擇。人工濕地系統多采用碎石、沙子、礦渣等基質材料作為填料。對于養分不足或孔隙過大不利于植物穩定生長的基質，應在基質上覆蓋15～25 cm厚的土壤，作為利于植物生長的基質。

不同類型的基質對濕地的影響不同。中性基質對生物處理的影響不大，但礦渣等偏堿性基質則在某種程度上影響微生物和植物的生長，因此，應用時需要采取一定的預處理方法，如充分浸泡。

基質對污水中的磷、重金屬離子的凈化作用最大，含鈣、鐵、鋁等的填料對離子交換非常有用。污水中的磷、重金屬與鈣、鎂等相互作用形成沉淀；鐵、鋁等離子通過離子交換等方式將污水中的磷、重金屬吸附于基質上。

確定基質材料種類之后，還應確定基質粒徑，以調整濕地的水力傳導率和孔隙率。目前，人工濕地的基質一般傾向于粒徑較大的介質，因為其具有較大的空隙和良好的水力傳導率，有利于避免出現濕地阻塞問題。

另外，人工濕地多選擇成活率高、抗污和去污能力強、具有一定觀賞性和經濟價值的水生植物，常見的有香蒲、蘆葦和燈芯草等。不同種類的水生植物適宜生長的水深不同，在潛流型濕地中一般選用香蒲、蘆葦，因為其較深的根系可擴大污水處理范圍。

5.1.4 適用范圍。人工濕地污水處理技術既可作為主要處理工藝對農村污水進行分散式處理，又可作為農村集中污水處理廠的深度處理技術。

5.1.5 常用工藝。一是厭氧池（或化糞池）—跌水充氧接觸氧化池—人工濕地。該工藝適用于居住相對集中的村莊、庫寮集和現有的河塘，特別是地形落差較大或脫氮除磷要求較高的村莊，處理規模不得超過150 t/d，厭氧池亦可為化糞池。工藝流程如圖1所示，這一工藝由3個處理單元組成，即厭氧池、跌水充氧接觸氧化池和人工濕地。其中，厭氧池水力停留時間為12～30h，跌水充氧一般應有5級以上跌落，水力停留時間不宜少于2h，每級跌水高度為0.5～1.2 m，人工濕地設計水力負荷為0.24～0.39 m3/（m2·d）。采用這一工藝，在常溫下，出水水質可達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級標準；在低溫季節，出水水質可達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》二級標準。

二是厭氧池—滴濾池（垂直流濾器）一人工濕地。該工藝適用于居住濃度高、降解條件較好的村莊，特別是地形落差大或脫氮除磷要求高的村莊，處理規模不應小于10 t/d。工藝流程如圖2所示，該工藝由厭氧池、滴濾塔和潛流人工濕地3個處理單元組成。污水通過厭氧池降低有機物濃度后，由泵提升至滴濾塔，與濾料上的微生物充分接觸，進一步降解有機物，同時污水可以被自然氧化。過濾后的水部分回流脫氮，提高氮的去除率。其余的水流經人工濕地或生態凈化池處理，以去除氮和磷。在此過程中，水泵和生物濾池的配水可以自動控制，地形差的村莊可以利用自然地形落差進行滴灌，減少或不提升水泵。其中，厭氧池水力停留時間為24～48 h，滴濾池水力負荷為3.00～7.00 m3／（m2·d），布水周期為20 min，人工濕地設計水力負荷0.30～0.70 m3/（m2·d）。采用這一工藝，在常溫下，出水水質達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級B標準；在低溫季節，出水水質達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》二級標準。

圖1 厭氧池—跌水充氧接觸氧化池—人工濕地組合工藝流程

圖2 厭氧池—滴濾池（垂直流濾器）一人工濕地組合工藝流程

三是厭氧池—人工濕地。該工藝適用于經濟條件一般和氮磷去除有一定要求的村莊。工藝流程如圖3所示，厭氧池—人工濕地技術是以原住戶化糞池為一級厭氧池，通過二級厭氧池消化沉淀污水中的有機污染物。通過人工濕地進行過濾、吸附、植物吸收和生物降解來去除污染物。厭氧池—接觸氧化—人工濕地技術是對厭氧池—人工濕地技術的改進，在厭氧池后增加接觸氧化工藝，提高了有機物去除率。厭氧池可利用現有的三式化糞池和凈化沼氣池進行改造。工藝簡單，無能耗，維護管理方便。其中，一級厭氧池（厭氧活性污泥）水力停留時間約為30 h，二級厭氧池（厭氧掛膜）水力停留時間約為20 h，化糞池水力停留時間約為24 h，接觸氧化渠水力停留時間為3 h，人工濕地水力停留時間≥16 h，水力負荷為0.40～0.60 m3／（m2·d）。該工藝在去除氮和氨方面的能力有限，出水水質可達到市政污水處理廠的二級污染物排放標準。經改良的厭氧濕地技術改善了人工濕地的氨清除情況，因為其水質優于市政污水處理廠的二級污染物排放標準。

圖3 厭氧池—人工濕地技術工藝流程

四是厭氧池—生態塘—人工濕地。該工藝適用于那些有天然池塘或淺溝的村莊，其處理量不應超過200 t/d。工藝流程如圖4所示，生活污水通過過濾網和厭氧過濾網，切斷大部分有機物，并在厭氧發酵的影響下分解成固定沉積物。水從池塘流入氧化池，通過自然吸收來補充溶解的氧氣，通過氧化來分解水中的有機物。之后通過生態塘系統和人工濕度吸收氮和磷，從而進一步減少有機物的含量。其中，厭氧池停留時間≥48 h，厭氧濾池停留時間≥12 h，氧化塘水深1.0 m左右，停留時間≥18 h，生態渠停留時間≥24 h。采用這一工藝，常溫下出水水質可達到《城市污水處理廠污染物排放標準》一級B標準，低溫季節出水水質可達到《城市污水處理廠污染物排放標準》二級標準。

圖4 厭氧池—生態塘—人工濕地技術工藝流程

5.1.6 應用情況。目前，人工濕地污水處理技術在貴州省廣泛應用。調查發現，自2013年以來，貴州省農村環境治理項目中有163個項目共建設人工濕地389座，且多為分散式污水處理。

5.2 一體化污水處置設備

5.2.1 概述。一體化污水處理設備是將預處理、生化、沉淀、消毒和污泥回流等多種功能不同的單元有機組合成一個基于生化反應的污水處理組件［10］。與大型的污水處理廠相比，一體化污水處理設備具有不可替代的優勢：①土地面積越來越少，大型污水處理廠占用的土地越來越多，而一體化污水處理裝置體積小、操作靈活，有些設備也可以埋在地下，而不占用地面；②一體化污水處理設備投資少，操作管理方便，無需對操作人員進行專門培訓，只需對設備進行及時維護保養，運行成本也很低；③污水處理廠回收廢水的系統通常比較復雜，難以管理，而應用一體化污水處理設備不需要安裝大規模的系統，而且比大型傳統的污水處理系統應用效果更好；④在人口密集的地區，建造污水處理系統是不切實際的，但可以采用一體化污水處理設備，大大降低了建立城市污水處理系統的壓力。

5.2.2 類型和結構。一是一體化氧化溝。一體化氧化溝是指集曝氣、沉淀、泥水分離和污泥回流功能為一體，無須建造單獨二沉池的氧化溝。一體化氧化溝除一般氧化溝所具有的優點外，還有以下獨特的優點：①工藝流程短，構筑物和設備少，不設初沉池、調節池和單獨的二沉池；②造價低，建造快，設備事故率低，運行管理工作量少；③污泥自動回流，投資少、能耗低、占地少、管理簡便；④固液分離效果比一般二次沉淀池高，使系統在較大的流量濃度范圍內穩定運行。其缺點是成績效果不同程度上受溝內水流態的影響；排泥濃度低，相應的泥區構筑物增大；同時滿足曝氣和沉淀工礦較困難。一體化氧化溝的設計要點如下：①進水位置應保證污水能夠與污泥充分混合，避免造成短路現象；②一體化氧化溝沉淀的根本能力是進水方式和上升流速；③轉刷功率大會導致對水的剪力增大，不利于活性污泥形成大顆粒絮體。

二是一體化膜生物反應器（MBR）。其是結合膜分離技術和生物處理工藝而開發的新型污水處理裝置，具有處理效果好、能耗低、結構緊湊、剩余污泥少及易于自動管理等優點，但也存在膜污染等問題。目前，MBR技術已廣泛應用于我國很多大型污水處理廠，在20 m3/d以下的小型污水處理工程中應用較少。目前，MBR技術在貴州省農村生活污水處理中應用較為廣泛。其中，缺氧—好氧膜生物反應器（A/O-MBR）具有良好的脫氮能力，廣泛應用于分散聚居區回用水處理。

三是一體化A/O或A2/O設備。其是污水處理最常用的工藝，具有出水水質好、耐沖擊能力強、運行成本低、管理容易等優點。一體化A/O設備的外形多為筒式或套筒式。筒式設備的各功能區是上下分層布置的，污水以升流方式依次流經厭氧區、好氧區和沉淀區；套筒式設備各功能區水平布置，內筒一般為厭氧區，中筒為好氧區，外筒為沉淀區，污水由內向外依次流經厭氧區、好氧區和沉淀區。設備的設計要點是同心圓結構，分為4個部分：厭氧區—缺氧區—好氧區—沉淀區，厭氧區的水力停留時間為1.2 h，缺氧區的水力停留時間為2.2 h，好氧區的停留時間為6.5 h，沉淀區的水力停留時間為6.5 h。

5.2.3 適用范圍。綜合廢水處理設備不僅適用于難以通過城市下水道系統進入的邊緣和新的城市地區，而且適用于經濟欠發達的農村和小城市地區。

6 結語

本文對貴州省農村污水處理現狀進行了調查匯總，結果表明全省范圍內約有13.24%的行政村生活污水進行了集中處理或部分集中處理，污水處理程度相對較低。此外，本文還對貴州省農村生活污水處理模式和常用農村生活污水處理技術進行了調查總結。經調查統計，貴州省農村生活污水多采用集中處理模式，常用的技術有人工濕地技術和一體化污水處置設備。其中人工濕地多采用潛流式，一體化污水處理多采用MBR和AO設備。