王軍輝，官愛令，李林林，戴娟娟，王少俊

（杭州一達(dá)環(huán)保技術(shù)咨詢服務(wù)有限公司，杭州 310006）

1 農(nóng)村生活污水特點(diǎn)

長(zhǎng)期以來(lái)，農(nóng)村生活污水的治理沒有得到應(yīng)有的重視。由于農(nóng)村人口居住分散，污水大部分未經(jīng)治理就直接排入附近河道或滲入地下，村鎮(zhèn)大多沒有完善的排水管網(wǎng)，且缺乏配套的污水治理設(shè)施，給污水的收集和集中治理帶來(lái)困難，一些已建污水治理設(shè)施也未盡其用。無(wú)序排放的農(nóng)村生活污水已成為污染村鎮(zhèn)水體的重要原因之一。

1.1 農(nóng)村生活污水的水質(zhì)特點(diǎn)

在不考慮農(nóng)戶畜禽散養(yǎng)和農(nóng)家樂污水接入的情況下，農(nóng)村生活污水中的污染物濃度相差不大。根據(jù)《農(nóng)村生活污水處理技術(shù)規(guī)范》（GB33/T868-2012），污水濃度一般為：BOD5120～200mg/L，CODCr250～400mg/L，NH3-N30～60mg/L，pH值6～8，TP2.5～5mg/L，基本上不含重金屬和其他有毒有害物質(zhì)。當(dāng)豬散養(yǎng)存欄量超過(guò)3頭時(shí)，水中污染物濃度有較大增加。

1.2 水量特性

1）水量小。農(nóng)村人口大多居住分散，人口密度相對(duì)小，產(chǎn)生的污水量也小；2）變化系數(shù)大。農(nóng)村污水的排放量與居民生活規(guī)律相近，早晚比白天大，夜間排水量小，甚至可能斷流；水量變化明顯，污水排放呈不連續(xù)狀態(tài)，具有變化幅度大的特點(diǎn)[1]。

2 農(nóng)村污水處理工藝

生活污水中的污染物以有機(jī)物為主，其生化性較好，所以通常情況下生活污水的治理都是采用以生物治理為核心的工藝。目前國(guó)內(nèi)外的農(nóng)村生活污水處理工藝主要有以下幾種。

2.1 生活污水凈化沼氣池治理技術(shù)

該治理工藝是采用厭氧發(fā)酵技術(shù)和兼性生物過(guò)濾技術(shù)相結(jié)合的方法，在厭氧和兼性厭氧的條件下將生活污水中的有機(jī)物分解轉(zhuǎn)化成CH4、CO2和水，達(dá)到凈化治理生活污水的目的。

工藝流程：污水 → 格柵 → 前治理區(qū)（厭氧發(fā)酵）→后治理區(qū)（生物濾池）→ 排放。

該技術(shù)將厭氧好氧污水治理技術(shù)與農(nóng)村沼氣能源相結(jié)合，治理效果穩(wěn)定可靠；運(yùn)行成本低，維護(hù)簡(jiǎn)便，二次污染少。

2.2 微動(dòng)力厭氧好氧+景觀綠地治理技術(shù)

該治理工藝?yán)蒙鷳B(tài)系統(tǒng)治理的方法來(lái)凈化污水，僅需微動(dòng)力或少動(dòng)力，運(yùn)行成本較低，管理相對(duì)簡(jiǎn)便，同時(shí)兼具美化環(huán)境的效果。

工藝流程：污水 → 格柵 → 微動(dòng)力厭氧好氧池 → 沉淀池 → 景觀綠地 → 排放。

該技術(shù)將微動(dòng)力厭氧好氧污水治理技術(shù)與景觀建設(shè)相結(jié)合，與純粹的生態(tài)治理工藝相比，對(duì)氣候的適應(yīng)性較強(qiáng)，治理效果穩(wěn)定可靠；運(yùn)行成本低，污泥產(chǎn)生量少，維護(hù)簡(jiǎn)便，景觀綠地可美化周邊環(huán)境，二次污染少。

2.3 厭氧生化池+生態(tài)小濕地治理技術(shù)

該技術(shù)可用于散戶小型生活污水治理工程。

工藝流程：生活污水 → 厭氧生化池 → 生態(tài)小濕地 →過(guò)濾 → 排放。

將傳統(tǒng)的厭氧生化工藝（如三格式化糞池），或其它厭氧工藝與生態(tài)小濕地相結(jié)合。只需定期清掏厭氧池內(nèi)的污泥，無(wú)動(dòng)力消耗，基本免維護(hù)，不需要運(yùn)行成本。

3 太陽(yáng)能微動(dòng)力結(jié)合人工濕地方案設(shè)計(jì)

以浙江省中部某500人左右的自然村污水處理設(shè)計(jì)為例。工藝采用“太陽(yáng)能微動(dòng)力+人工濕地”方案設(shè)計(jì)。

3.1 設(shè)計(jì)水質(zhì)參數(shù)

考慮平均每人排放水量約100L/d，設(shè)計(jì)水量為50m3/d。設(shè)計(jì)參數(shù)參考浙江省農(nóng)村生活污水水質(zhì)狀況（見表1），出水水質(zhì)要達(dá)到《城鎮(zhèn)污水治理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A以上標(biāo)準(zhǔn)。

表1 設(shè)計(jì)水質(zhì)參數(shù)表

3.2 污水處理工藝

（1）工藝流程

工藝方案為太陽(yáng)能微動(dòng)力結(jié)合人工濕地處理流程，詳見下圖。

工藝流程圖

（2）工藝說(shuō)明

集中收集而來(lái)的污水進(jìn)入污水處理系統(tǒng)內(nèi)的厭氧池，污水部分在厭氧池內(nèi)完成降解過(guò)程，提高了污水的可生化性，從而加快了污水處理速度并節(jié)約了能耗。

經(jīng)過(guò)厭氧池處理的污水進(jìn)入兼氧池，兼氧池存在大量的反硝化菌，反硝化菌在兼氧池內(nèi)利用生活污水中的大量有機(jī)物作為碳源進(jìn)行反硝化反應(yīng)，將回流混合液中的大量硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮還原為氮?dú)?，從而降低了污水中氮的含量?/p>

隨后污水進(jìn)入生物接觸氧化池，污水中的有機(jī)物得到進(jìn)一步降解。設(shè)計(jì)采用生物膜法中的生物接觸氧化法作為好氧處理的工序。生物接觸氧化法又稱淹沒式生物濾池，是活性污泥法與生物濾池復(fù)合的生物膜法。池內(nèi)設(shè)有填料，填料上長(zhǎng)滿生物膜，經(jīng)過(guò)太陽(yáng)能微動(dòng)力曝氣裝置曝氣的污水以一定的流速流過(guò)池內(nèi)填料，通過(guò)與生物膜的不斷接觸，在好氧生化作用下，有機(jī)物被微生物進(jìn)一步生化降解，污水濃度繼續(xù)下降；氨氮被硝化，氨氮濃度顯著下降，隨著硝化過(guò)程的進(jìn)行，污水中硝態(tài)氮的濃度增加；活性污泥中的聚磷菌在好氧條件下大量吸收污水中的磷，并將其轉(zhuǎn)化為不溶性多聚正磷酸鹽在體內(nèi)貯存起來(lái)，最后通過(guò)沉淀池排放的剩余污泥達(dá)到系統(tǒng)除磷的目的。

在經(jīng)過(guò)接觸好氧反應(yīng)后，污水中的有機(jī)物已經(jīng)被微生物基本消解，進(jìn)入沉淀池進(jìn)行沉淀，再利用重力沉降將污水中的懸浮顆粒從水中去除，降低污水中懸浮物的濃度。

經(jīng)沉淀池處理后的水最后進(jìn)入濕地濾池進(jìn)行深化處理，沉淀池產(chǎn)生的污泥采用人工定期清理的方法處理。

濕地處理技術(shù)依靠物理、化學(xué)、生物的協(xié)同作用完成水的凈化過(guò)程，通過(guò)過(guò)濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的進(jìn)一步深度處理。

當(dāng)污水流經(jīng)濕地床時(shí)，大量懸浮固體、不溶性的有機(jī)物被填料及根系截留，可溶解性的有機(jī)物通過(guò)生物膜的吸附和微生物的代謝過(guò)程得到降解，也有一部分有機(jī)物被植物吸收而去除。污水中的氨氮在濕地中一方面通過(guò)吸附、過(guò)濾、沉淀、植物及微生物作為營(yíng)養(yǎng)吸收得以去除，另一方面，由于植物具有較強(qiáng)的輸氧能力，可使根系周圍依次出現(xiàn)好氧、缺氧、厭氧的環(huán)境，氨氮在硝化和反硝化反應(yīng)中被去除。污水中的磷一部分作為植物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被吸收，另一部分與填料中含鈣物質(zhì)反應(yīng)，生成磷酸鈣沉淀下來(lái)[2]。另外，人工濕地對(duì)大腸桿菌也有較強(qiáng)的殺滅作用。

3.3 主要構(gòu)筑物

根據(jù)初步設(shè)計(jì)，主要構(gòu)筑物為進(jìn)水井、厭氧池、兼氧池、好氧池、沉淀池和濕地濾池（見表2）。

4 投資及運(yùn)行費(fèi)用估算

4.1 投資估算

該方案投資估算僅為污水處理工程投資，不包括農(nóng)戶改廁費(fèi)用、各農(nóng)戶污水收集管道費(fèi)用以及污水工程涉及的土地拆遷等安置費(fèi)用（詳見表3）。

投資成本中，太陽(yáng)能微動(dòng)力站投資較大，投資估算采用PVWatts軟件可以模擬計(jì)算光伏系統(tǒng)在典型氣象年中每天、每小時(shí)的發(fā)電量，因此在給定負(fù)荷的情況下，可以計(jì)算光伏發(fā)電去向，即自發(fā)自用量和余電上網(wǎng)量。以發(fā)電收入與購(gòu)電費(fèi)用相抵為目標(biāo)，可以估算最低光伏安裝量。經(jīng)計(jì)算，該方案1.5kW用電負(fù)荷，光伏裝機(jī)容量6.5kW可達(dá)費(fèi)用平衡，小型光伏系統(tǒng)成本約12元/W，光伏系統(tǒng)需7.8萬(wàn)元（不含自電網(wǎng)到污水處理設(shè)施架設(shè)線路的費(fèi)用），考慮安裝費(fèi)、稅費(fèi)等，總計(jì)約12萬(wàn)元。

4.2 運(yùn)行費(fèi)用估算

由于日常運(yùn)行過(guò)程無(wú)需人工現(xiàn)場(chǎng)管理，運(yùn)行費(fèi)用主要為電費(fèi)和維修費(fèi)。

（1）耗電費(fèi)用

整個(gè)污水處理系統(tǒng)運(yùn)行功率約為1.5kW，按保守連續(xù)24h運(yùn)轉(zhuǎn)計(jì)，負(fù)荷率按80%計(jì)，估算電價(jià)按0.5元/kW·h，則每天的電費(fèi)為1.5×24×0.5×0.8=14.4元。

（2）發(fā)電收入

方案擬在厭氧池、兼氧池、好氧池、沉淀池等構(gòu)筑物頂部配套建設(shè)光伏發(fā)電裝置，池子合計(jì)面積約為54m2，按80%的利用率、單位面積裝機(jī)120W/m2計(jì)，則光伏發(fā)電的裝機(jī)容量為54×0.8×120/1000=5.18kW。根據(jù)當(dāng)?shù)亟?0年氣象條件，有效光照時(shí)間為1000～1200h，按平均1100h計(jì)，則發(fā)電量為5698kW·h/年。上網(wǎng)電價(jià)按1元/kW·h，則每天的發(fā)電收入為5698/365=15.6元，與用電成本基本持平。

表2 主要構(gòu)筑物一覽表

（3）藥劑費(fèi)用

根據(jù)同類型處理設(shè)施調(diào)查，藥劑費(fèi)用約為0.18元/t，則每天處理的藥劑費(fèi)用估算約為9元。

（4）維修、保養(yǎng)費(fèi)用：

動(dòng)力設(shè)備折舊費(fèi)按每年3000元計(jì)，折合每天的費(fèi)用約為10元。

則每天處理直接成本預(yù)計(jì)為14.4+9+10-15.6=17.8元。

表3 投資估算

5 處理效果

項(xiàng)目運(yùn)行后的生活污水監(jiān)測(cè)結(jié)果見表4。

由表4可知，經(jīng)處理后的農(nóng)村生活污水排放濃度能達(dá)到《城鎮(zhèn)污水治理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A以上標(biāo)準(zhǔn)要求。

表4 經(jīng)工藝處理后的監(jiān)測(cè)效果

6 總結(jié)

太陽(yáng)能微動(dòng)力污水處理工藝是以傳統(tǒng)的A2/O工藝為基礎(chǔ)，根據(jù)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的特點(diǎn)，吸納A2/O工藝中的關(guān)鍵因素整合開發(fā)形成的一種全新工藝，該工藝采用現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)與環(huán)保工程的有機(jī)結(jié)合，從整體上采用了自動(dòng)化控制，自動(dòng)運(yùn)行，為農(nóng)村污水處理工程的有效運(yùn)行提供了有力的支持。其中，太陽(yáng)能微動(dòng)力站的電力供應(yīng)，采用太陽(yáng)能光伏發(fā)電+上網(wǎng)調(diào)蓄模式，即分布式光伏電站模式，白天自發(fā)自用多余上網(wǎng)，晚上由電網(wǎng)供電，陰雨天由電網(wǎng)補(bǔ)充，發(fā)電產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益用于抵消購(gòu)電費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)零電費(fèi)運(yùn)行。

該項(xiàng)目采用太陽(yáng)能綠色能源，符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策。微電腦自動(dòng)控制系統(tǒng)與遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)用，解決了農(nóng)村缺乏運(yùn)行管理人員的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，整個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小，大大節(jié)省了土地資源。該工藝創(chuàng)新地提出了光伏發(fā)電+上網(wǎng)調(diào)蓄模式，實(shí)現(xiàn)了零電費(fèi)運(yùn)行。

[1]梁祝，倪晉仁.農(nóng)村生活污水處理技術(shù)與政策選擇[J].中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2007（3）.

[2]單為為，劉欣，葛國(guó)炎，等.太陽(yáng)能微動(dòng)力污水處理技術(shù)與其它農(nóng)村生活污水處理技術(shù)的比較[J].科學(xué)時(shí)代，2014（13）：39.