“無動力厭氧+人工濕地”處理農村分散式生活污水技術的推廣應用研究

趙兵 王玉云* 楊平 楊麗

（1. 四川省雅安生態環境監測中心站，四川 雅安 625000；2. 四川大學建筑與環境學院，四川 成都 610065；3. 四川輕化工大學化學與環境學院，四川 自貢 643000）

1 引言

當前，隨著農村經濟和社會快速發展，農民生活水平越來越高，然而農村環境污染問題也逐漸暴露出來，尤其是水環境污染問題。生活污水未處理直接排放，污染了江河湖海、飲用水水源，導致水質變差和水體的富營養化，甚至出現黑臭水體，使得農村居住環境變差并影響到人們的身體健康［1］。生活污水主要包括沖廁、洗滌、洗浴和廚房等排水，生活污水的隨意排放，給自然環境造成了嚴重污染，已成為農村環境污染、湖泊和河流富營養化等問題的主要原因之一［2］。

四川省地域遼闊，域內地形地貌復雜，雅安市域屬四川盆地西緣山地，跨四川盆地和青藏高原兩大地形區，市境山脈縱橫，地表崎嶇，地貌類型復雜多樣，山地多，丘陵平壩少。加上農村地形復雜、經濟發展程度低的影響，污水無法利用市政管網統一收集，農戶一般直接將其排放到房外溝渠或潑灑到地面。隨著農村經濟發展，農村生活條件的逐步提高，洗衣機、花灑、浴缸、沖便器、馬桶等設施逐漸普及，致使農村用水量和排水量急速增長。然而農村人口眾多、居住相對分散，農村生活污水單戶污水量少，敷設管網的難度相對較大，不具備完善的污水收集系統；水質水量波動大，排放量難以準確統計。

為了解決農村分散式生活污水直排等突出問題，雅安市相關部門及本項目課題組前往全國首個農村生態文明家園建設試點、全國農村生活污水治理示范縣眉山市丹棱縣考察農村分散生活污水治理問題，考察發現丹棱縣農村推廣的“無動力厭氧＋人工濕地”模式技術建設成本低、實施難度小、占地面積小、無能耗、運行管護方便，非常適合在山區、半山區及丘陵地帶農村散戶住區建設。有關部門經研究后亦認為該技術成熟可靠，決定在雅安市雨城區周公山鎮新榮村（8 戶散戶）及獅子村1 家農家樂（山水人家）共修建9 座生活污水處理設施，推廣應用該技術并作為示范工程。項目于2021 年4 月底動工，于2021 年5 月下旬修建完成并開始試運行。為了考察“無動力厭氧＋人工濕地”生活污水處理設施的處理效果，項目組于2021 年6 月對這一模式的進水、沉淀池出水和人工濕地出水進行了監測分析。

2 材料與方法

2.1 研究對象

雅安市已建成并正常運行的3 座“無動力厭氧＋人工濕地”模式處理生活污水工藝設施的設計處理規模分別為3，3，10 m3/d。“無動力厭氧＋人工濕地”模式，即“格柵沉渣池＋調節池＋厭氧發酵池＋沉淀池＋人工濕地”工藝，是指將來自廁所、廚房和浴室的混合污水通過管路自流進入污水處理設施的格柵沉渣池中，濾去垃圾及大顆粒懸浮物后進入調節池，污水穩定緩緩流入厭氧發酵池，利用厭氧作用，去除水中有機物，進入沉淀池，利用水的自然沉淀作用來去除水中的懸浮物，經沉淀池沉降后進入人工濕地，利用濕地植物和砂石分解、吸附及攔截作用，降低水中懸浮物、氮、磷等含量。

設施施工技術：池子有效容積按0.8 m3/人計算，修建時可按實際情況調整池子尺寸，但應保證體積比為調節池∶厭氧發酵池∶沉淀池＝2∶3∶1（各池子分區設計考慮停留時間的要求），池子總長2.0～3.0 m，寬和深1.0～1.5 m。濕地池面積按0.5 m2/人計算，不用太深，需種植水草，采用直徑為1.0～2.0 cm 的礫石作為基質，基質填充高度約為50.0 cm。濕地植物采用鳶尾，植株數為5～10 棵，將其根栽入20.0 cm 的基質下。格柵池位置可根據地形布置，內部安裝不銹鋼網絲。過水管管徑統一為100 mm。厭氧發酵池池頂蓋板須密封，其余做活動蓋板。具體設計施工見圖1。

圖1 “無動力厭氧＋人工濕地”模式

2.2 監測項目與方法

根據污水處理工藝，在進水、沉淀池出水和人工濕地出水設置采樣點，對其處理效果及出水穩定性進行監測。監測項目為化學需氧量（CODCr）、總磷（以P 計）、氨氮（以N 計）、懸浮物（SS）。化學需氧量采用重鉻酸鹽法測定，總磷采用鉬酸銨分光光度法測定，氨氮采用納氏試劑分光光度法測定，懸浮物采用重量法測定。

2.3 排放標準

根據DB 51/2626—2019《四川省農村生活污水處理設施水污染物排放標準》，設計處理規模＜20 m3/d執行三級標準，具體如下：化學需氧量≤100 mg/L，總磷≤4 mg/L，氨氮≤25 mg/L，懸浮物≤40 mg/L。

2.4 數據統計分析

出水水質穩定性分析采用標準差系數法（Vσ），顯示處理設施出水各污染物指標濃度在中心位置的集中程度［3］，計算方法如下：

式中，x 為各水質指標平均值；xi為各水質指標監測值；N 為樣本數量。

3 研究結果

3.1 “無動力厭氧＋人工濕地”模式處理前后水質監測結果評價

由于農村居民沒有固定的上下班作息時間和相對穩定的生活習慣，因此污水為間歇排放，有早、中、晚不同時段相對集中排放等特點，波動較大。本研究監測采樣時間為中午，監測點位為進水、沉淀池出水、人工濕地出水，采樣時3 個點位同步采樣，處理規模、監測項目及監測頻次見表1。對該處理模式2次實地取樣進行實驗室測試分析，檢測的出水濃度均達到DB 51/2626—2019《四川省農村生活污水處理設施水污染物排放標準》三級標準。

表1 “無動力厭氧＋人工濕地”模式處理前后水質監測結果

3.2 “無動力厭氧＋人工濕地”模式處理前后水質監測結果分析

通過對化學需氧量、氨氮、總磷和懸浮物4 個項目的監測結果進行初步統計分析，整理出進水和人工濕地出水的最小值、最大值、平均值，然后通過進水和人工濕地出水濃度值得出去除效率的最小值、最大值、平均值，監測結果數據分析見表2。從表2可以看出，該模式組合進水的監測結果為化學需氧量117～664 mg/L、氨氮11.60～17.20 mg/L、總磷1.02～1.86 mg/L、懸浮物127～762 mg/L；人工濕地出水化學需氧量38～59 mg/L、氨氮4.62～8.75 mg/L、總磷0.72～0.92 mg/L、懸浮物11～22 mg/L。該處理模式化學需氧量的去除效率在66.7%～91.1%之間，平均值為75.8%；氨氮的去除效率在49.1%～60.4%之間，平均值為57.0%；總磷的去除效率在29.4%～50.5%之間，平均值為40.6%；懸浮物的去除效率在89.8%～97.9%之間，平均值為93.1%。

表2 “無動力厭氧＋人工濕地”模式處理前后水質監測結果數據分析

3.3 “無動力厭氧＋人工濕地”模式出水穩定性分析

研究表明，標準差系數Vσ≤0.5 是正常波動范圍，0.5＜Vσ≤1.0 是可接受的波動范圍，Vσ＞1.0 則認定為異常波動［4-5］。該模式出水標準差系數分別為化學需氧量0.16、氨氮0.25、總磷0.10、懸浮物0.26，說明出水穩定性較好。

4 討論

（1）正常運行情況下，“無動力厭氧＋人工濕地”模式的出水水質濃度達到DB 51/2626—2019《四川省農村生活污水處理設施水污染物排放標準》三級標準，具有相對較高的化學需氧量、氨氮、懸浮物去除效率，但對磷的去除效率相對較低。該模式要達到比較好的去除效果，建議采取增加人工濕地面積、深度，篩選吸附能力更強的基質或植物，增加人工濕地植物數量及出水在人工濕地的停留時間等措施，進一步提高生活污水中總磷的去除效率。

（2）研究顯示，該模式出水化學需氧量、氨氮、總磷、懸浮物標準差系數相對較低，出水穩定性較好。該技術具有建設成本低、實施難度小、占地面積小、布局靈活、運行管護方便、處理效率較高、出水水質相對較穩定等特點。非常適合農村地區單戶居民或者分散居民生活污水的處理，對于居民居住分散、農戶較少、地形條件復雜、生活污水不易通過管道集中收集的農村，適合大力推廣“無動力厭氧＋人工濕地”處理模式。

（3）該模式已在眉山市丹棱縣農村污水治理方面大力推廣，技術成熟可靠，雅安市是在深入考察、交流學習中引入該模式，其應用推廣使得雅安市新榮村、獅子村周邊水環境質量和居住環境得到了很大改觀。該技術的應用解決了農村散戶及農家樂生活污水直排、亂排問題，也為生態環境、農業農村等政府部門提升農村人居環境整治提供了有力的長效治理技術支持，取得了良好的經濟效益與社會效益。

5 結語

目前農村生活污水處理技術日趨成熟，各種傳統工藝組合和一體化設備層出不窮，然而由于農村生活污水的排放特點和地形地貌條件不同，要因地制宜，采用工程措施與生態措施相結合、集中與分散相結合的建設模式和處理工藝，加強源頭減量和尾水再生利用，積極推廣易維護、低成本、低能耗的生活污水處理技術，大力推廣經實踐驗證的可復制、可推廣的先進處理模式，確保處理設施能夠“建成一個，運行一個，見效一個”，避免設施空置“曬太陽”而造成的資金浪費。農村散戶生活污水治理有利于改善農村周邊水環境質量，提升農村人居環境質量，關系到農村居民的獲得感、幸福感、安全感，對于加快改變農村發展面貌、改善農民生產生活條件具有極為重要的意義?！盁o動力厭氧+人工濕地”生活污水處理技術，可彌補農村生活污水處理技術的不足，其作為農村生活污水處理可持續性發展模式，能實現社會效益、經濟效益、環境效益相統一。