浙江省農村生活污水的資源化利用工程設計

文／王緒寅、施猛猛 浙江問源環保科技股份有限公司 浙江寧波 310000

1、引言

近年來隨著我國工業化、城市化和農業現代化的發展，水資源的需求量也不斷增加，水資源的短缺也逐漸成為制約我國經濟可持續發展的瓶頸之一[1]。另一方面，隨著我國鄉村振興戰略的提出，農村地區土地利用的類型呈現更加多樣化的趨勢，以往單一的農業用地逐漸轉變為發展規模農業的配套用地、發展生態旅游和生態農業的景觀建設用地、建設鄉風文明的配套公園設施用地，引進工業企業的設施配套廠房用地等[2]。這種趨勢也促使農村地區水資源的利用需求結構發生改變，其中景觀、公園的綠地灌溉用水逐漸成為部分農村地區水資源利用的重要組成部分。鑒于我國目前的水資源總量和用水結構現狀，水資源仍作為一個主要的限制因素制約著我國農村地區的社會經濟發展，發展節水灌溉、污水回用等技術已經成為了迫在眉睫的農村發展需求[3]。

農村生活污水作為一種大量排放的污水，其大部分污染物濃度滿足《農田灌溉水質標準》（GB5084-2021）的要求，經適度的技術處理即可用于農業灌溉[4]，而《城市污水再生利用 綠地灌溉水質》（GBT25499-2010）的對灌溉水質的要求與《農田灌溉水質標準》（GB5084-2021）相接近因而也可考慮將處理后的農村生活污水用于綠地灌溉，這樣既能緩解農村地區的用水壓力，也能實現污水的資源化利用[5]。除此之外，《城市污水再生利用 綠地灌溉水質》（GBT25499-2010）對有害微生物的濃度要求相對比農田灌溉水質要求更為嚴格，因而，若想保證農村生活污水用于綠地、農田灌溉的安全性，需要采取合適的技術將其有害微生物濃度控制在合理的范圍內。

本研究針對我國當前農村地區用水緊張的現狀，結合農村地區水資源利用結構的變化，提出一種以生活污水資源化利用為最終目的，綜合利用農村生活污水中氮磷營養元素的污水回用工藝：厭氧/好氧/厭氧（AAO）+人工濕地+紫外消毒+砂濾+臭氧消毒，將處理后的達標污水用于農村地區綠地、農業灌溉。通過對農村生活污水的資源化利用，一方面既能減少水肥資源的浪費，一定程度上緩解農業、綠地灌溉的缺水問題；另一方面又能解決污水中污染物的處理處置難題，從而減少環境污染[6，7]。研究選取了浙江省杭州市三個村莊作為農村生活污水回用工程的示范點，該片區域近年來大力推進美麗鄉村建設，建成了現代農業產業園、景觀公園、濱水慢行公園等多種設施，用水結構更加多樣化，本研究重點介紹“AAO +人工濕地+紫外消毒+砂濾+臭氧消毒”技術處理該片區域農村生活污水的回用情況。

2、工程概況

2.1 廢水水量

本研究設計了3個農村污水回用工程，所處理的污水以浙江省杭州市3個村莊居民在生活和生產過程中形成的污水為主，也包括從事農村公益事業、工作服務和民宿等經營活動產生的污水。3個農村污水回用工程的設計規模分別為200 m3/d、66 m3/d、30 m3/d。

2.2 設計進、出水水質

本工程涉及的3個污水處理工程的設計進水、出水水質及排放標準《農田灌溉水質標準》（GB5084-2021）、《城市污水再生利用 綠地灌溉水質》（GBT25499-2010）詳見表1。

表1 設計進、出水質與灌溉用水質標準的比較

3、工藝流程及設計參數

3.1 工藝流程

該農村生活污水回用工程選用AAO工藝+人工濕地進行生物脫氮除磷，選用紫外消毒進行初步消毒，再通過集水池收集處理出水，該部分出水可直接用于農田灌溉。初步處理后的出水，后續選用介質過濾器進一步去除懸浮物（SS），再選用臭氧工藝進行強化消毒，強化消毒后的出水進入蓄水區，并在其后設置引水罐，以將處理后的出水用于綠地灌溉。蓄水區及引水罐內部均設液位計，通過電氣進行聯動設置，當引水罐低位，蓄水區高位時開啟提升泵，保證回用水的及時補充。具體工藝流程如圖1所示。

圖1 農村污水回用工藝流程

3.2 主要構筑物及設備

三個回用工程的主要構筑物及設備參數見表2。

表2 主要構筑物及設備參數

4、工程運行情況

三個農村污水回用工程建成后，經一個月的調試，各處理單元均運行正常，出水水質良好，能夠穩定達到設計要求。三個回用工程的進水、出水水質的平均值見表3。

將表3的數據與表1灌溉用水質標準進行比對，可以看出3個回用工程綠地灌溉出水pH的范圍為7.0～7.5，出水CODcr的范圍為18.4mg/L～54 mg/L，出水SS濃度范圍為5mg/L～10 mg/L，出水糞大腸桿菌群濃度范圍為130～300個/L，以及出水重金屬濃度（詳見表3），均已滿足綠地灌溉的水質標準（水作、旱作、蔬菜）的標準，故將這三個回用工程的出水通過噴灌系統用于周圍綠地的日常灌溉。除此之外，回用工程3的農田灌溉出水pH的范圍為6.8～7.2，出水CODcr的范圍為31.2mg/L～61.2mg/L，出水SS濃度范圍為14mg/L～30mg/L，出水糞大腸桿菌群濃度范圍為800～3500個/L，滿足農田灌溉的水質（水作、旱作、蔬菜）的標準，并且考慮到回用工程3附近存在大部分的農業用地，從經濟性和實用性兩方面考慮，因而將回用工程3滿足農業灌溉水質標準（水作、旱作、蔬菜）的部分出水用于農業灌溉。

表3 回用工程1和回用工程2的進水、出水水質濃度

表4 回用工程3的進水、出水水質濃度

三個回用工程的出水回用情況見表5，其中回用工程1#的日均灌溉量為200 m3/d，均用于綠地灌溉，灌溉面積為2683 m2；回用工程2#的日均灌溉量為30 m3/d，均用于綠地灌溉，灌溉面積為602 m2；回用工程3#的日均灌溉量為66 m3/d， 其中部分出水用于綠地灌溉（780 m2），結合該工程附近有種植蔬菜的大片農田故將該工程的部分出水用于農業灌溉（1200 m2）。

表5 回用工程的應用情況

5、技術經濟分析

本項目3個回用工程總投資及運行費用見表6。

表6 各回用工程的投資及運行費用

結論：

本研究采用“AAO-人工濕地-紫外消毒-砂濾-臭氧消毒”組合工藝處理農村生活污水，出水水質基本可滿足《城市污水再生利用綠地灌溉水質》（GBT25499-2010）、《農田灌溉水質標準》（GB5084-2005）標準，其中：

（1）污水經厭氧-缺氧-好氧-人工濕地-紫外消毒-砂濾-臭氧消毒處理后，出水糞大腸桿菌群濃度大大降低，可基本滿足非限制綠地的灌溉水質標準，并且砂濾工藝能有效降低出水SS濃度，避免懸浮物堵塞噴灌噴頭，大大延長了噴灌系統的壽命；

（2）污水經厭氧-缺氧-好氧-人工濕地-紫外消毒工藝處理后，出水水質基本滿足農業灌溉水質標準（水作、旱作、蔬菜）的標準，可直接用于農田灌溉，實現對污水中氮磷的資源化利用；

綜上，根據本研究工藝所建立的農村污水回用工程，其出水可用于農村非限制綠地、農田的灌溉，并且運行維護便捷，能耗合理，對農村生活污水的資源化利用具有良好的示范效果。