如何因地制宜地設(shè)計(jì)農(nóng)村生活污水處理系統(tǒng)

余文璨

（中環(huán)世特能源工程（上海）有限公司，上海 200001）

自2010 年以來，伴隨著相關(guān)部門的大力投資，農(nóng)村衛(wèi)生和污水管理情況得到了明顯改善。許多村莊安裝了衛(wèi)生廁所、公共下水道和就地污水處理設(shè)施。然而由于不同地區(qū)的地理、地形、氣候、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)條件差異較大，導(dǎo)致農(nóng)村生活污水處理設(shè)施設(shè)計(jì)困難，采用統(tǒng)一的技術(shù)方案難以滿足不同地區(qū)的實(shí)際需求，也無法保證污水處理設(shè)施的正常運(yùn)行。因此，因地制宜成為了實(shí)現(xiàn)高效農(nóng)村污水處理的前提。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、國家鄉(xiāng)村振興局于2021年6月聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于加快農(nóng)房和村莊建設(shè)現(xiàn)代化的指導(dǎo)意見》以及《2022年中央一號(hào)文件》中也強(qiáng)調(diào)，農(nóng)村污水處理應(yīng)因地制宜，宜采用小型化、生態(tài)化、分散化的污水處理模式和處理工藝，合理確定排放標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)農(nóng)村生活污水就近就地資源化利用。

1 農(nóng)村生活污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮的因素

農(nóng)村適用的污水處理技術(shù)種類繁多，由于不同地區(qū)的物理?xiàng)l件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件差異很大，選擇合適的技術(shù)或工藝成為農(nóng)村污水管理項(xiàng)目成功的關(guān)鍵。通常，選擇技術(shù)應(yīng)考慮在技術(shù)上和財(cái)務(wù)上與當(dāng)?shù)貤l件相適應(yīng)，具有成本效益，易于操作和維護(hù)。

影響污水處理設(shè)計(jì)方案有效性的關(guān)鍵因素包括：（1）社會(huì)文化因素：村民的文化程度、生活習(xí)慣及對(duì)污水處理工程的認(rèn)知度與參與度，都需要被考慮。（2）供水服務(wù)水平：供水量會(huì)影響污水產(chǎn)生量，而污水處理工藝的選擇應(yīng)考慮污水處理量的大小。（3）人口密度：人口密度同樣直接影響污水產(chǎn)生量。（4）污水水量：在條件允許的情況下，應(yīng)通過詳細(xì)調(diào)查獲取具體的村民用水量信息，并充分考慮傳統(tǒng)節(jié)日期間的水量波動(dòng)。（5）土壤和地下水條件。（6）地形：影響污水收集管道的設(shè)計(jì)。（7）土地可用性：不同污水處理工藝的占地面積需求不同，在選擇工藝時(shí)需考慮是否有足夠的土地用來布設(shè)污水處理設(shè)施。（8）支付能力和支付意愿：不同污水處理工藝的建設(shè)和運(yùn)維成本差異較大，在選擇時(shí)應(yīng)充分考慮。（9）技術(shù)復(fù)雜性和村莊能力。（10）能源需求和可用性[1]。

2 農(nóng)村生活污水處理模式的選擇

污水處理系統(tǒng)分為分散式處理和集中式處理兩種。分散式污水處理系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于沒有公共下水道系統(tǒng)的農(nóng)村地區(qū)，特別是人口密度低和地形復(fù)雜的地區(qū)。它可以是單個(gè)化糞池，或服務(wù)于多個(gè)房屋的集群系統(tǒng)，或具有高出水水質(zhì)的先進(jìn)處理系統(tǒng)。污水處理系統(tǒng)的出水就近處置，靠近產(chǎn)生源。盡管在應(yīng)用分散式污水處理系統(tǒng)時(shí)污水處理設(shè)施是分散的，但仍應(yīng)采用集中化的管理模式和管理計(jì)劃，以確保系統(tǒng)的可持續(xù)性運(yùn)行。集中式污水處理系統(tǒng)是通過公共下水道系統(tǒng)收集每個(gè)家庭的污水，并將污水輸送到污水處理廠進(jìn)行集中處理，處理達(dá)標(biāo)后排放。在中國，許多地區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和行政村已經(jīng)在設(shè)計(jì)和建造類似于市政污水處理廠的集中式污水處理系統(tǒng)。

與集中式污水處理系統(tǒng)相比，分散式污水處理系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅避免了大型基礎(chǔ)設(shè)施和污水收集管道系統(tǒng)大量的前期建設(shè)成本，而且通過采用小型設(shè)施、相對(duì)簡單的設(shè)備和節(jié)能工藝，降低了運(yùn)行和維護(hù)成本（如土地滲濾處理）。并且分散式污水處理系統(tǒng)可以提供靈活多樣的污水管理方案，以應(yīng)對(duì)特定的地形和氣候條件[2]。

在選擇農(nóng)村生活污水處理模式時(shí)，需要根據(jù)污水量、污水排放標(biāo)準(zhǔn)以及當(dāng)?shù)氐奈锢砗徒?jīng)濟(jì)條件對(duì)這兩種方案進(jìn)行評(píng)估。考慮到城市面積的快速擴(kuò)張，一些村莊可能距離城市污水處理廠僅3～5千米。在這種情況下，建議建設(shè)污水收集管道，將農(nóng)村污水收集并輸送到現(xiàn)有的市政污水處理廠[3]。在中國，許多村莊由不同的小而密集的社區(qū)組成，這些社區(qū)被農(nóng)田或地形特征（如山丘、溪流、河流、高速公路或其它物理特征）隔開。在這些情況下，為每個(gè)社區(qū)或住宅區(qū)安裝分散式處理系統(tǒng)更合適，避免了安裝大型、復(fù)雜和昂貴的污水收集系統(tǒng)。分散式處理和集中式處理系統(tǒng)適用的不同場(chǎng)景，見表1。

表1 分散式處理和集中式處理系統(tǒng)的適用性

3 農(nóng)村生活污水收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對(duì)于多戶生活污水共同處理的情況，通常包含一個(gè)小型污水收集系統(tǒng)，即下水道系統(tǒng)，用于收集每個(gè)房屋的污水。通常下水道系統(tǒng)將污水輸送到大型化糞池，化糞池再連接到二級(jí)處理設(shè)施或大型地下處置場(chǎng)或人工濕地。一般來說，根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡匦翁卣鳎腥N下水道系統(tǒng)可選擇，見圖1。

圖1 不同下水道系統(tǒng)示意圖

3.1 小口徑重力下水道

這是一種通過重力輸送污水的管網(wǎng)。它通常是為了應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的最大污水產(chǎn)生量而建設(shè)的。

3.2 小口徑壓力下水道

當(dāng)坡度不足或地形不允許污水依靠重力流流入處理和/或處置系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)采用壓力下水道運(yùn)輸污水。通常，來自家庭的生活污水首先流向帶有泵和控制裝置的污水儲(chǔ)罐。當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)水位達(dá)到設(shè)定水位時(shí)，儲(chǔ)罐內(nèi)的泵會(huì)將污水泵入下游下水道。壓力下水道系統(tǒng)在設(shè)計(jì)安裝時(shí)可以只考慮到現(xiàn)有人口。與重力下水道相比，壓力下水道的管道直徑更小，位置更淺。

化糞池出水重力下水道和化糞池出水壓力下水道目前在農(nóng)村地區(qū)應(yīng)用比較廣泛。化糞池出水通過重力或泵流入下水道系統(tǒng)，具體采用何種方式化糞池和管線的相對(duì)位置。由于化糞池已經(jīng)去除了污水中大部分的固體物質(zhì)，與傳統(tǒng)的重力下水道相比，化糞池出水重力下水道系統(tǒng)的管道坡度要求降低了，管道所需開挖的寬度和深度也降低了。這可以降低安裝成本并減少對(duì)社區(qū)的干擾。此外，化糞池出水水質(zhì)比原生活污水水質(zhì)好，可以降低下游處理單元的處理成本[4]。

4 農(nóng)村生活污水處理工藝流程設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)污水處理工藝流程時(shí)，應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境、地質(zhì)、氣象和經(jīng)濟(jì)條件，以及出水排放標(biāo)準(zhǔn)。生態(tài)環(huán)境部于2019年發(fā)布了《農(nóng)村污水處理設(shè)施污水排放標(biāo)準(zhǔn)制定指南》，該指南指出：（1）排入II類或III類地表水體的出水（GB 3838）應(yīng)當(dāng)至少滿足GB 18918中的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。（2）排入IV或V類地表水體的出水至少應(yīng)符合GB 18918中的II類標(biāo)準(zhǔn)。（3）間接（如通過人工濕地）排入水體中的出水至少應(yīng)符合 GB 18918 中的III類標(biāo)準(zhǔn)。

一般情況下，經(jīng)過化糞池和生態(tài)方法（如土地滲濾或人工濕地）系統(tǒng)處理的出水，均可滿足GB 18918中的III類標(biāo)準(zhǔn)。為進(jìn)一步降低污水中的污染物濃度，應(yīng)引入生物方法（如活性污泥或滴濾池）。化糞池與生物法相結(jié)合可以使出水達(dá)到GB 18918中的II類標(biāo)準(zhǔn)。在生物法之后增加生態(tài)方法可以進(jìn)一步降低污染物濃度，達(dá)到GB 18918中的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)甚至更高的要求。國內(nèi)外應(yīng)用較廣泛的農(nóng)村污水處理工藝流程有三種。

4.1 化糞池系統(tǒng)

化糞池系統(tǒng)由化糞池和地下滲濾系統(tǒng)組成，可用于處理單戶或多戶的生活污水，并幾乎可以在任何溫度下運(yùn)行。這些住戶房屋位置相對(duì)偏遠(yuǎn)，無法連接到公共下水道，且所處的區(qū)域環(huán)境敏感度較低。化糞池系統(tǒng)沒有出水排放標(biāo)準(zhǔn)，化糞池的出水會(huì)經(jīng)過溝槽沿線生長的微生物處理，最終與地下水混合流動(dòng)。只要化糞池系統(tǒng)是按照設(shè)計(jì)規(guī)范建造的，它就不會(huì)對(duì)飲用水井或其它應(yīng)用的地下水造成污染。然而，化糞池系統(tǒng)不是先進(jìn)的處理系統(tǒng)，需要相關(guān)部門允許方可建設(shè)使用，見圖2。

圖2 常規(guī)化糞池系統(tǒng)工藝流程圖

化糞池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要專業(yè)人員進(jìn)行徹底的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，以調(diào)查土壤的類型和狀況（包括滲透性和穩(wěn)定性）、地下水和基巖的深度、土地的坡度和穩(wěn)定性、排水特征、水道位置、洪澇趨向、土地的可供性、植被和種植，以及任何潛在地質(zhì)災(zāi)害（主要是山體滑坡）的存在或接近程度等。

4.2 附著生長生物處理單元+生態(tài)處理單元

該系統(tǒng)由一個(gè)化糞池、一個(gè)附著生長生物處理單元（如滴濾池或生物轉(zhuǎn)盤）和一個(gè)人工濕地或穩(wěn)定塘組成。污水經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后排入地表水。與活性污泥法相比，附著生長法具有能耗低、操作簡便的優(yōu)點(diǎn)。適用于住宅群和大型社區(qū)。

該處理流程中，化糞池相當(dāng)于初級(jí)沉淀池，在污水進(jìn)入附著生長生物處理單元之前，去除污水中的可沉降和可漂浮固體。對(duì)于大型社區(qū)污水的大規(guī)模處理系統(tǒng)，滴濾池或生物轉(zhuǎn)盤的出水，需要經(jīng)過沉淀池才可以進(jìn)入人工濕地或穩(wěn)定塘，以避免固體堆積和堵塞。對(duì)于服務(wù)于少量住宅的小規(guī)模系統(tǒng)，則不需要增加沉淀池，因?yàn)榈螢V池或生物轉(zhuǎn)盤的出水中懸浮固體含量較低。

該系統(tǒng)依賴于生物處理過程和持續(xù)供電，不適合季節(jié)性使用。對(duì)于間歇式用水和供電的季節(jié)性住宅區(qū)（如鄉(xiāng)村度假小屋）也不適用。

4.3 懸浮生長生物處理單元+生態(tài)處理單元

該系統(tǒng)由一個(gè)化糞池、一個(gè)懸浮生長生物處理單元（例如活性污泥工藝或序批式反應(yīng)器）和一個(gè)人工濕地或穩(wěn)定塘組成。曝氣池出水經(jīng)過二級(jí)沉淀池后流入人工濕地或穩(wěn)定塘。沉淀池的污泥將回流至曝氣池或作為剩余污泥處理。污水經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后排入地表水。該系統(tǒng)適用于大型社區(qū)。

5 結(jié)語

農(nóng)村生活污水處理面臨的挑戰(zhàn)比城市生活污水處理更加復(fù)雜。一般來說，農(nóng)村生活污水處理會(huì)受到當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、環(huán)境、地理、氣候、社會(huì)等條件的影響。單一固定的處理模式和技術(shù)方案無法滿足不同地區(qū)的需求。因此，因地制宜地設(shè)計(jì)農(nóng)村生活污水處理系統(tǒng)是農(nóng)村污水管理的關(guān)鍵。在農(nóng)村生活污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在充分考慮社會(huì)文化因素、污水水量、地理因素、土地可用性、技術(shù)復(fù)雜性，以及當(dāng)?shù)卮迕竦闹Ц赌芰椭Ц兑庠傅鹊幕A(chǔ)上，對(duì)處理模式、污水收集方式及處理工藝流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保污水處理系統(tǒng)在處理能力、處理效果、運(yùn)維難度及資金需求等方面符合地方特點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)污水處理系統(tǒng)的可持續(xù)有效運(yùn)行。