某低溫地區農村生活污水現狀調查及處理模式探究

1 引言

我國是農業大國，農村區域占國土面積的90%，農村環境質量的改善是實施鄉村振興戰略的重要組成部分。隨著農村經濟的快速發展，農村地區生活水平不斷提高，鄉村聚居點生活污水引起的環境污染問題也日益嚴重。農村地區人口密度較低，經濟條件差，污水治理點相對分散，人員技術薄弱、管理難度大。若采用集中處理模式會存在管網鋪設過長、投資過大，處理負荷不足等問題，且在寒冷天氣條件下的低溫地區農村，生活污水的處理難度會更大。

近年來，我國農村地區建設了很多污水處理工程，但這些污水處理工程有很大一部分沒有正常運行，原因之一是在工程設計的初期沒有對該地區的污水水質水量進行充分調研，設計出來的污水處理工程存在“大炮打蚊子”的現象，污水產生量和設備運行的負荷量相差甚遠，導致污水處理工程不能正常運行。原因之二是農村污水處理有90%以上的工程都是基于生化處理的方法，微生物對于污染物的降解受溫度的影響很大，很多污水處理工程在低溫時的運行效果不佳，這個問題極大地影響了農村生活污水的處理效果。針對污水處理工程存在的上述問題，本研究以某低溫地區部分村莊為調查研究區域，對該地區的水質水量情況進行實地調查監測，并對現有的農村污水處理技術進行比對分析，在此基礎上分析篩選了一種適宜低溫地區農村污水的處理技術，為農村地區污水處理問題的解決提供技術參考。

2 材料與方法

2.1 調查區概況

該地區幅員面積2000余km2，耕地2.47萬hm2，距離市區約50km，總人口約13萬，其中農業人口約10萬。區內夏季平均氣溫19℃，空氣中負氧離子濃度達10000個/cm3，比城市居民區高10倍多，是休閑避暑的天然氧吧；冬季平均氣溫-12℃，平均風速為二級，降雪早，積雪1.5m左右，存雪期150多天。主要村莊依流經縣內的3條河流而建，各個村莊內的生活污水多未經處理，經降雨等作用直接或間接排放到河中，因此，河水的水質受到生活污水的影響很大。

2.2 調查內容

本次調研時間為冬季，共涉及到該地區A、B、C、D、E、F六個村，共對30戶農戶進行調查，調查內容主要包括家庭人口數、家庭主要情況、污水排放量，并對此30戶農戶的生活污水排放量，以及同地區河水水質進行監測，測試指標有COD、TP、NH3-N、pH。

2.3 水質測試方法

COD采用GB/T 11914-89《水質化學需氧量的測定重鉻酸鹽法》，TP采用GB 11893-89《過硫酸鉀消解鉬酸銨分光光度法》，NH3-N采用HJ535《納氏試劑分光光度法》，pH采用哈納酸堿度測定儀測定。

2.4 數據分析方法

采用Excel 2003軟件進行數據分析和統計。

3 結果與分析

3.1 農村生活污水水量特征

冬季該地區農村生活污水排放時段較為穩定，主要集中在早上7∶00～9∶00，晚上17∶00～19∶00，大多為洗衣、洗浴以及廚房污水的排放。大部分村莊無排水設施，污水全部直接排放。調查區域內農村生活污水排放量差異較大，冬季污水排放量相對較小。實地調查期間，每日人均生活污水產生量見表1。由表可知，該地區每日人均生活污水產生量為3.8L～16.6L不等。其中，A村、B村、E村生活條件較差，每日人均生活污水產生量不多；C村和D村生活條件較好，每日人均生活污水產生量較其他村稍大；F村地處鎮政府所在地，每日人均生活污水產生量較小，原因可能是村民工作多在鎮上，日常生活污水產生量較小，鎮政府所在地部分居民采用下水道排水。

表1 調查區六個村冬季每天人均生活污水產生量

3.2 農村生活污水水質特征

經過試驗測定可知，調查區農戶所排放的生活污水中，各單項廢水水質指標變動幅度較大，其中pH為5.4～6.9，COD在281mg/L～2301mg/L之間，氨氮在5.7mg/L～44.5mg/L之間，總磷在1.03mg/L～6.95mg/L之間。各村經濟條件和生活習慣不同，農村污水的水質也不同，整體并沒有表現出統一或者相似的特征，各村之間差異較大，但原因可尋。

3.2.1 生活污水化學需氧量(COD)

實地調查期間，各村生活污水化學需氧量分布見圖1。由圖可見，該地區各村的COD值均較高，遠遠高于城市生活污水COD濃度，處在281mg/L～2301mg/L之間。部分地區貧困狀況較為嚴重，例如A村、B村、E村，生活污水COD值低于其他村莊。經濟發展較好的C村和D村，以及鎮政府所在地的F村，生活污水中所含的有機物較多，故其生活污水中COD值較其他村高。

圖1 調查區各村生活污水化學需氧量分布

3.2.2 生活污水氨氮(NH3-N)

實地調查期間，各村生活污水氨氮平均值分布見圖2。由圖可見，該地區六個村莊生活污水的氨氮(NH3-N)值在3.4mg/L～44.5mg/L之間分布。由于部分地區貧困狀況較為嚴重，村中均為旱廁，無沖水式馬桶，且冬季嚴寒，在取樣過程中放置在村民家中的取樣桶內不同程度存在尿液，故生活污水氨氮(NH3-N)數值較高。

圖2 調查區各村生活污水氨氮平均值分布

3.2.3 生活污水總磷(TP)

實地調查期間，各村生活污水總磷平均值分布見圖3。由圖可見，該地區六個村莊生活污水總磷(TP)分布于1.03mg/L～6.95mg/L之間。由于地域限制，村莊發展緩慢，無磷洗衣粉的普及率遠不及城鎮，而部分洗衣用水也在生活污水中，故各村莊的生活污水中總磷含量較高。

圖3 調查區各村生活污水總磷平均值分布

3.2.4 生活污水pH

實地調查期間，各村生活污水pH值分布見圖4。由圖可見，該地區各村生活污水整體呈酸性，PH值在5.4～6.9之間，原因是污水中洗滌劑的含量較高，以及食物殘渣存在于污水中產生發酵作用，共同造成污水整體pH偏酸性。

圖4 調查區各村生活污水pH值分布

4 低溫地區農村污水處理模式

4.1 農村污水處理技術調查

表2是我國部分農村生活污水處理公司的處理工藝。由表2可知，現階段我國農村地區主要的生活污水處理方式是利用活性污泥以及好氧厭氧結合的方式對污水進行集中處理，但是這些處理方式占地較大，農村生活污水產生量和設備運行的負荷量相差甚遠，而我國山區的地形條件較為惡劣，冬季較為寒冷，故有些污水處理方式并不適用于低溫地區。

表2 我國部分農村生活污水處理公司主要工藝及工藝簡介

4.2 低溫地區農村污水處理推薦工藝

根據調查區的地形、氣候、人口等條件分析，結合對農村生活污水處理技術的調查，認為適合該地區污水處理的工藝應為地埋式一體化的污水處理技術。本文推薦一種適合該地區農村生活污水的處理工藝——太陽能微動力污水處理系統。

4.2.1 設計理念

太陽能微動力SBR+公園式人工濕地污水處理工藝，是以傳統厭氧+SBR工藝為基礎，利用太陽能光伏板，為污水處理中的提升等提供動力。后期結合了人工濕地技術，其體現出來的優勢主要有：①符合國家的環保政策；②充分結合了當地的自然環境和經濟特點；③污水處理效果穩定；④能源消耗少；⑤自動化程度高。

4.2.2 工藝流程

圖5 太陽能微動力生活污水處理工藝流程

SBR工藝過程分五個階段：進水、曝氣、沉淀、潷水、閑置。SBR在運行過程中，各階段的運行時間、反應器內混合液體積的變化以及運行狀態都可以根據具體污水的性質、出水水質、出水質量與運行要求等靈活變化。

工藝選用的人工濕地可利用村邊靠近河的位置建設公園式人工濕地，人工濕地的建設充分利用河兩側一些閑置的坑洼地帶，經過生化處理的生活污水自流進入人工濕地，通過專屬植物的吸收降解進一步去除污水中的污染物。將人工濕地做成公園的方式也為當地村民提供休息活動場所。人工濕地出水達到設計排放標準后流入河流，消除了大部分生活污水對河流生態環境的影響。

太陽能微動力污水處理技術以太陽能發電為主，市政電網為輔，在陽光充足的時候能為電網供電，在長期陰雨天的情況下，從電網取電，滿足系統所需動力要求。利用太陽能光伏板，為農村生活污水處理中的增氧曝氣、水位提升等提供動力，實現廢水可靠處理。同時，將設備運行管理智能化，遠程控制，遠程監控。

5 結論

經過對某地區的A、B、C、D、E、F六個村的農村生活污水排放調查，得出如下主要結論：

(1)冬季該地區農村生活污水排放時段較為穩定，主要集中在早上7∶00～9∶00，晚上17∶00～19∶00，大多為洗衣、洗浴以及廚房污水的排放。調查區域內農村生活污水排放量差異較大，冬季污水排放量總體較小，每天人均生活污水產生量在3.8L～16.6L之間；

(2)調查區域內所排放的生活污水中，各單項水質指標變動幅度較大，其中pH為5.4～6.9，COD在281mg/L～2301mg/L之間，氨氮在5.7mg/L～44.5mg/L之間，總磷在1.03mg/L～6.95mg/L之間，各項測試指標均偏高；

(3)針對以調查區為代表的低溫地區，可推薦采用太陽能微動力污水處理系統，該污水處理技術模式適用于低溫地區的農村生活污水處理。