農村生活污水處理系統的構建與評估

徐亞同

(華東師范大學生態與環境科學學院，上海 200241)

生活污水是指人類在生活過程中所排放的糞尿污水、衣服洗滌、食材清洗和加工廢水等的總稱。據調查，農村生活污水是農村地區三大主要的面源污染之一，對農村地區地表水體的污染嚴重，是目前公眾關注的熱點，為此各級政府已將農村生活污水的處理列入實事工程予以實施。以上海市為例，目前已有近百萬農戶的農村生活污水得到了治理，至2020年底，覆蓋率達到87%左右。與服務區域達數10 km2以上、污水在輸送管網中的停留時間在數h～十幾h從而使入廠污水水量和水質的峰值趨于平穩、水質和水量晝夜和年度變化不大的大中型城鎮污水不同，農村地區的青壯年勞動者往往在外務工謀生以致工作日在外、周末或節假日回家度假，人員的流動性大；同時，就地污水處理站的服務區域狹小、距農戶近，早晚和半夜的高、低峰變化明顯，進入處理系統污水的水量大小和水質的濃度等波動大，不均勻系數高，對處理系統的沖擊影響大；加上處理站的規模小，對于大中型污水廠一些常規的污水處理工藝，如強化除磷、外加碳源以提升脫氮效果、剩余污泥排放濃縮和及時清運處理處置等均具有不少難度，影響其穩定達標處理，也不利于降低運行的費用。調查顯示，部分農村生活污水處理系統存在以下主要問題：處理工藝有所缺陷；管網收集和雨污分流不完善；早晚和半夜的高、低峰變化明顯；管網滲漏嚴重；處理的設備存在質量問題；運維不到位，缺乏有效的評價和調控的方法和手段。雖然對已具有上百年發展歷史的大中型城市污水廠積累了成套的行之有效的污水處理系統建造與評價的經驗，但對處理規模小、水質水量波動大、近十幾年才出現的新的小型農村污水處理系統往往缺乏行之有效的經驗。為此，試圖在近十幾年對農村污水處理的實踐和對農村污水處理系統投運后的評估中發現的一些有益經驗或失敗教訓等的基礎上，介紹農村生活污水處理系統構建和評估的方法及建議，以供有關方面參考。

1 農村生活污水處理系統的構建

(1)選址

基于農村生活污水處理系統的基建投資和運維等在管網上的費用占比較高，因此，處理站宜選擇在服務范圍農戶所處中心的區域，同時須考慮地形地勢，還需兼顧用地屬于村民公用的地塊，須由設計人員與當地村委會一起協商，在數個后備選址中擇優選用。

(2)污水的收集

入戶收集污水的管道須分成兩類，收集糞尿黑水的管道將污水送入化糞池，以去除和截留污水中的手紙、垃圾等雜物，以防止管道堵塞；其余的廚余廢水和洗滌廢水稱之為灰水，可不經化糞池直接納入污水收集外排的管網中。農村的排水體制應采用雨污分流制，嚴禁雨水流入污水處理設施。農村生活污水的來源一般為廁所污水、廚房污水、洗滌污水。其中：廁所污水應先經化糞池處理后，再接入污水管網中；廚房污水應先經廚房清掃井(小型一體化隔油井)處理后，再接入污水管網中；洗滌污水可直接接入污水管網中。在出戶的污水管中，需設置U型存水管，以防臭氣的泄漏和昆蟲沿管進入。

另外，需注意部分農村中存在一些高濃度污水，其來源包括：農家樂、民宿、餐飲店等產生的含油污水；釀酒作坊、豆腐作坊、小型屠宰作坊、米粉紅薯粉作坊等產生的污水。對于這些來源的污水，應根據實際情況予以單獨處理，如不具備單獨處理條件，應先進行預處理，將其排出的污水相關指標控制在設計水質范圍以內，再接入污水管網中。

(3)化糞池的設置及其大小

對于農村污水而言，由于水量少，輸水的管道往往口徑較小，加上污水中可能含有較多的垃圾等雜物，一般需設置化糞池以攔截雜物，否則會引起管網的堵塞。除非在高度城鎮化的近郊農村地區，農戶成排成片聚居、污水管道的口徑較大時，方可不設化糞池?；诨S池對有機物COD的去除往往在30%以上，多的可達50%～70%，為防止碳源有機物在化糞池中停留期間過多導致的消耗造成后續主體生化處理池中污水反硝化因缺乏碳源對TN去除效果的下降，建議化糞池容積不必過大，可按規范中設計值的下限選用。

(4)污水的輸送

一般可采用自流污水管輸送，沿線按一定的距離設置檢查井。當輸水距離較遠時，因坡降造成的水頭損失，可通過設置一體化的自控提升泵站以提升水位，也可在農戶所在地采用增壓污水泵壓力輸送管輸水。其所用低揚程潛污泵的數量較多，維修養護的工作量較大，但可確保管道不滲漏；在具體操作時，還可將鄰近的農戶污水自流入數個共用的集水池，再在集水池中設置增壓的潛污泵用以輸水。目前，還開發出負壓輸水的污水輸送系統，其采用負壓泵站抽吸污水，負壓污水泵的數量較少，運行較為穩定可靠，但與上述2種輸水方法相比，其基建的投資略高，可依據實際情況擇優選用。

(5)污水管線的走向

污水管線的走向需因地制宜，建議沿農村道路的邊緣和河道的岸邊行進，避免穿越農田造成農民在機械耕作時對管網的損壞。對于部分受地理因素制約而安裝在農田旁的檢查井，應對檢查井進行加固或設置明顯標識，避免農耕時期因雜草遮擋收割機駕駛員視線，造成檢查井被收割機損毀。管網應盡量避免穿越大的河道和高等級的主干交通要道，否則不僅費用高昂，且存在輸水不安全的隱患。

(6)調蓄池的設置

因農村生活污水變化系數大、水質水量沖擊大，為達到穩定的運行，調節池的設置十分必要。調節池的容積一般設計在進水流量達到停留12 h以下為宜，過大的調節池不僅占地大、造價高，且在污水長期停留期間會消耗過多的優質碳源，不利于后面的生化處理工藝對氮、磷的去除。

(7)就地生化處理工藝的選擇

由于生活污水中的污染物大多易被生物降解，主體處理系統一般采用生物法、生態法或將生物和生態法組合后予以處理。各地的專業技術人員和環保企業已開發出上百種生物、生態及其組合處理系統用于處理農村生活污水，并取得了較好的處理效果。從投運后觀察，生物法處理站占地一般較為節省，而生態法處理站占地較多，因此，在人口密集的農村地區一般推薦采用生物法處理；對于日處理水量小于10 t/d的處理系統或遠離中心的村落、集中處理時管網建設費用較高的零星居住農戶，以及周邊有較多可用閑置空地的區域，可以采用生態法予以處理。

從目前各地的農村就地處理站規?？?，日處理污水水量大多在數十～100 t/d，為保證處理構筑物的質量，并降低制造的費用，推薦使用模塊化、系列化的一體化處理構筑物，在企業基地的廠內成批制造，運到現場后組裝而成。

對于上述生物法的處理構筑物，其設計的工藝參數可參照設計手冊。在實踐中，發現對于二沉池的設計，由于構筑物較小，如按設計手冊的參數設計時，二沉池的高度往往不夠，表面水力負荷過高，造成出水飄泥較多，影響處理效果，建議采用低于設計規范中的表面水力負荷值予以設計[1-3]。

(8)氮的強化處理工藝和措施

生物法中對氮素的去除主要是通過微生物的硝化、反硝化作用，此時需利用占氮素3倍重量的碳源作為其反硝化的電子供體，從而達到反硝化脫氮的目的。農村污水處理系統將糞尿黑水納入化糞池進行預處理，進水的水質和水量不均勻，在調節池停留時間太長，導致污水中的碳源濃度下降極多，進入到生化池后往往因碳源不足而造成TN的去除效果較差，為此需補充碳源[4-6]。

常規的外加液體碳源的做法是有效的，但需采用計量泵投加，同時在半夜往往沒有進水，因此很難控制，費用也較貴。替代方法為在反硝化的處理池中放置固體碳源，可選用廢棄的玉米芯、植物秸稈等制成的固體緩釋碳源供作反硝化的碳源，具體操作時可采用分批少量投加和定期置換的方法達到均衡緩釋碳源的目的。同時，固體碳源也可具有生物填料同樣的作用，其上可附著生長生物膜，起到同時處理污染物的作用。

研究報道，在反應器中放置含硫填料，如廢棄后被粉碎成顆粒狀的硫化橡膠輪胎顆粒等，利用硫自養反硝化作用脫氮，此時硫自養反硝化菌可利用零價硫作為反硝化的電子供體進行反硝化脫氮，達到既不需碳源，又可脫氮的目的[5]。同樣，目前已發現存在鐵自養反硝化作用，鐵自養反硝化菌可利用零價鐵作為電子供體進行反硝化脫氮。鐵基質也可作為反應器中的填料予以利用[5]。

調查中發現，部分處理站長期進水水量較少、進水濃度較低，造成處理系統中的溶解氧濃度居高不下。雖出水氨氮很低，但由于碳源不足，TN的去除很差，此時可適當減少曝氣的氣量，控制生化池內的溶解氧在1 mg/L以下，為同步硝化反硝化和短程硝化反硝化營造一個合適的環境條件，以提升TN的去除效果。

(9)磷的強化處理工藝

基于生化處理法對磷的去除有一定的限度，對于運行正常的處理系統，當BOD5/TP>20時，除磷效果好，通過將富含磷的剩余污泥外排而達到除磷的目的；當BOD5/TP<20時，其出水往往難以達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)中一級A標準和地方標準較嚴值所需的0.5 mg/L以下的排放標準，因此，需采用化學或外加碳源等方法予以強化除磷。常規的化學法除磷是投加混凝劑與污水中溶磷作用生成不溶性的磷鹽，并通過排泥從系統中去除[1-3]。農村污水處理系統的排泥量本身不多，排泥的頻率更低，生成的化學污泥沉淀物長期在處理系統中循環流動，不溶性的磷鹽沉淀物被重新轉化成溶磷而釋放出來，達不到除磷的目的，因此，化學混凝沉淀處理方法對小型的污水處理站不適用。對于小型的污水處理系統，一般推薦采用吸附除磷的方法進行強化除磷，可在出水流程中設置吸附除磷裝置模塊，其內放置除磷的填料或濾料，如火山巖或爐渣等，吸附飽和后予以更換新的填料。在土地條件允許時，也可后置生態法處理系統，予以強化對氮和磷的去除，可參見生態法處理系統的介紹[2-3]。

(10)污泥干化池的設置

農村生活污水的處理工藝以生化處理工藝為主，該類型工藝或多或少均有污泥產生，且剩余污泥長期不排出污水處理系統，會造成污泥老化和出水飄泥，對污水處理站的處理效果影響明顯。目前，農村生活污水處理設施剩余污泥的去向是農村污水處理中的一個老大難問題，因此，建議在農村污水處理設計之初，考慮以村或鎮為單位，設置污泥干化池。污泥干化池用于對剩余污泥進行干化處理，可設置在某個較大型的污水處理站內，或另外設置在距離各農村污水處理站近中心的地方。農村生活污水處理站定期排放剩余污泥，或當污水處理構筑物底部剩余污泥厚度大于30 cm時，即可對污泥進行清理。污泥干化池內的干化污泥經檢測合格后，可用于園林綠化或送至垃圾填埋場進一步處置，還可設置流動的污泥脫水機、污泥濃縮池。污泥濃縮池用于對剩余污泥進行濃縮處理，然后將污泥濃縮池的剩余污泥運到某個較大型污水處理站的脫水機進行處理，處理后的污泥可運到有能力的單位進一步處置。

(11)生態處理系統的構建

生態法處理系統一般適用于處理水量較小的處理站或分散居住的農戶。從氣候的角度來看，對于南方溫暖以及人口稀少的地區、丘陵或山地等地勢有一定坡度有利于污水自流的地區較為適用。常用的各種人工濕地、生態塘、土壤滲濾池的設計與建造可參見相關的設計手冊或專著，在此不一一贅述[4]。對于生態法處理系統，可在土壤基質中添加人工強化除磷或吸附氨氮的火山巖、沸石等填料，除可增加基質的孔隙度、避免基質的堵塞、延長基質的使用壽命外，還可提升對營養物去除的效果。在生態系統中植被的選用時，以生長快速、對氮磷吸收利用率較高的土著適生種以及常綠物種為好；對于落葉的植物，須在冬季注意植株的采收和對枯枝殘葉的收集和處置，以免產生二次污染，避免將枯枝殘葉留在地下到來年后又將其中的營養物釋放出來影響處理的效果。

(12)農村生活污水的資源化回用

早先我國農村地區大都采用旱廁，用廁后的糞尿污水在糞坑內經發酵后用于農田莊稼的肥料，其雖有一定的經濟利用價值，但對環境的危害和疾病的傳播等造成嚴重的不利影響；其他生活用水往往就地被土壤滲濾后排放，可導致地下水的污染，并影響農戶建筑物周邊環境的衛生狀況。目前，隨著新農村建設和農村廁所的革命化改造，旱廁已被逐漸棄用，可將生活污水收集，將糞尿污水采用改良的化糞池進行預處理后，輸送到周邊的林地或農田附近，再經沉淀或過濾等處理，去除污水中大部分有機物和懸浮物(SS)，保留其中的氮、磷等營養物，并經消毒殺滅病原微生物，達到林地和農田灌溉回用水標準后，用于資源化利用。如此，既可節省農業林地用水對水資源的消耗，又可節省生活污水中氮、磷營養物深度處理時所需的大量費用，還可使回用水中的氮、磷營養物起到肥料的效用，可謂一舉多得。目前，上海崇明地區正利用林地占比高的特點進行試驗和生產性實施和應用。

2 農村生活污水處理系統的評估

投運一段時間后，對處理系統的運行情況等做全面的評估有助于發現工藝的設計、建造或運維中存在的問題，以供后續農村污水處理工程參考和借鑒。通過評估，可將農村生活污水處理系統中存在的問題予以整改，以便確保長期穩定達標運行，并節省運行的費用。在具體的評估中可測定和評估以下內容。

(1)進出水水質及達標情況

處理系統的出水能否達標是評估工作中的一個最為重要的指標，但并非唯一的指標。如出水未達標，需進一步了解：是否為進水濃度過高所致；觀察出水的透明度，是否為出水中飄泥所致。如TN超標，需了解系統中溶解氧的狀況，是否為缺氧段溶解氧過高所致；了解污泥的濃度，是否為污泥因流失造成污泥的濃度過低，導致反硝化不足所致；同時，需了解是否為碳源不足導致反硝化因電子供體缺乏而造成TN去除效果的下降。如出水磷超標，需了解強化除磷模塊的運行情況，吸附除磷填料是否堵塞、是否吸附飽和，除磷的藥劑投加是否到位等。

(2)進水水量及其與設計污水水量的差距

如進水污水水量小于設計水量的70%，需了解進戶收集系統是否有漏接、污水的輸送管網是否有滲漏、農戶數量及居住的人員生活和流動狀況。

如發生進水流量小于設計流量的70%造成大馬拉小車時，在評估時需予以扣分。

(3)運行成本

如水量小于設計水量，須計算出實際的噸水處理成本。以生活污水噸水處理成本為1.00元/t作為本項得分60分，則每降低0.01元/t時增加1分，每升高0.01元/t時減少1分。

(4)污泥的排放及處理處置

說明排泥的頻率、數量、處理處置方法以及去向，如長期不排泥需說明理由。

(5)管網

處理系統中污水管網的完好程度、堵塞和滲漏情況等。

(6)設備的完好率、維修頻率及其費用

(7)臺賬完整情況

檢查臺賬是否按時逐項予以記錄及其記錄內容與運行狀況的吻合情況。

(8)二次污染情況

如臭氣、噪聲、污泥的處理處置、生態處理單元中植物殘體的處理處置、運行過程中擾民的情況等。

(9)遠程監控

遠程監控系統的有無，是否具有人工調控溶解氧，以及曝氣系統的啟閉等手段。

(10)服務區內民眾的投訴以及整改響應的情況

(11)其他存在的問題

除以上問題外，對污水處理系統存在不利的影響及其造成的后果。

(12)評估結論

如表1所示，按上述評估的結果，對所參評的就地處理系統的評估結論分成以下等級。

表1 就地處理系統評估結論Tab.1 Assessment Conclusion of In-Situ Processing System

(13)整改建議

對處理系統存在的問題逐一提出整改措施，需如期達到整改目標的時限、所需的費用等，并予以一一落實和實施。

3 結語

農村生活污水處理系統包括將所在區域農戶日常生活中所產生的污水分別收集后通過污水管網輸送到附近的就地處理站進行妥善的處理，需防止錯接漏接，切實做到雨污分離，避免直排進入地表水體。在實踐中發現，污水管網的合理布局、精心設計和建造是關鍵，避免因管網的滲漏使污水污染地下水體或因堵塞而使處理站無水可以處理。最后，在污水輸送進入就地處理站時，需因地制宜地采用既能確保達到預定排放標準又經濟實用的方法和工藝予以設計和建造。對于選用的處理工藝設計和建造，可參照相關的規范和設計手冊，并依據農村生活污水的特點做必要的調整和修改。另外，還需對處理系統進行精心的運維，對處理系統的設備進行維護和保養，以確保長期穩定達標運行。在投運一段時間、處理系統達到穩定運行后，可對處理系統從處理的效果、運維費用、處理污水水量、處理工藝、設備保障率、長效運維等方面開展全面的評估，從中發現問題并加以改進。