顧松， 王翔翔，2， 李衛(wèi)華，2， 薛同站，2， 王嘉富， 程志龍

（1.安徽建筑大學(xué) 環(huán)境與能源工程學(xué)院， 合肥 230601；2.環(huán)境污染控制與廢棄物資源化利用安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 合肥 230601）

村鎮(zhèn)水污染來源多且分散、 污染物排放時(shí)間不規(guī)律、 污染治理難度大［1-3］。 隨意排放未經(jīng)有效處理的村鎮(zhèn)生活污水將對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成不良影響［4］，中國東部地區(qū)推出了一系列措施來減輕農(nóng)村地區(qū)水污染， 如杭州市的農(nóng)村地區(qū)采用了多種技術(shù)來控制農(nóng)村地區(qū)水污染， 包括建設(shè)污水處理廠、 人工濕地系統(tǒng)和沼氣系統(tǒng)等。 據(jù)統(tǒng)計(jì)， 2018 年農(nóng)村污水排放前的處理率約為30%［5］， 因此， 亟需加快村鎮(zhèn)污水處理項(xiàng)目的建設(shè)工作， 進(jìn)一步解決村鎮(zhèn)水污染問題。

我國不同地域之間的地形、 氣候條件相差巨大， 各村鎮(zhèn)的人口數(shù)量、 經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、 農(nóng)戶生活習(xí)慣等均存在差異， 各種因素使得該地域的污水產(chǎn)量、 污水排放標(biāo)準(zhǔn)等均有所不同［6］。 因此， 村鎮(zhèn)污水處理項(xiàng)目在工藝設(shè)計(jì)前， 應(yīng)對(duì)村鎮(zhèn)生活污水的水質(zhì)、 水量等基本特征進(jìn)行研究， 同時(shí)對(duì)不同的村鎮(zhèn)污水處理模式進(jìn)行比選［7］。 本研究對(duì)安徽省典型村鎮(zhèn)生活污水處理狀況進(jìn)行實(shí)地調(diào)査和監(jiān)測(cè)， 以期為安徽省村鎮(zhèn)污水收集和處理方式的研究提供資料支持和技術(shù)參考。

1 調(diào)查范圍和方法

1.1 調(diào)查范圍

考慮到安徽省地域差別和氣候特點(diǎn)對(duì)農(nóng)村生活污水排放模式的影響， 本次調(diào)研范圍選為： 代表淮北平原的皖北固鎮(zhèn)縣和宿州市， 江淮之間長豐縣和肥西縣， 以山地、 丘陵為主的皖南東至縣、 黃山市， 以及沿江片區(qū)望江縣、 無為市和桐城市。

1.2 調(diào)查方法

（1） 資料查閱。 前期充分收集各污水處理設(shè)施的建設(shè)、 運(yùn)維等相關(guān)背景材料。

（2） 現(xiàn)場(chǎng)勘察。 通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地察看、 調(diào)閱資料等方式深入調(diào)查， 掌握設(shè)施運(yùn)維現(xiàn)狀。

2 調(diào)查結(jié)果

項(xiàng)目組通過實(shí)地調(diào)研工作， 收集了132 處村鎮(zhèn)污水處理工程建設(shè)資料， 調(diào)查了典型村鎮(zhèn)生活污水排放情況、 污染治理工藝和運(yùn)維水平， 以下主要從安徽省典型村鎮(zhèn)污水收集方式、 村鎮(zhèn)污水處理設(shè)施工藝、 村鎮(zhèn)污水站點(diǎn)運(yùn)行維護(hù)3 個(gè)方面進(jìn)行探討。

2.1 安徽省典型村鎮(zhèn)污水收集方式

（1） 庭院收集系統(tǒng)。 庭院收集系統(tǒng)為小型的污水處理系統(tǒng)， 污水處理量約為1.0 m3／d， 庭院收集系統(tǒng)主要用于收集洗漱間、 廚房、 化糞池中的污水， 統(tǒng)一將其排放至設(shè)置在庭院中的設(shè)施中進(jìn)行處理。 庭院收集系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 庭院收集系統(tǒng)Fig. 1 Courtyard collection system

（2） 分散收集系統(tǒng)。 分散收集系統(tǒng)用于處理污水量小于5 m3／d 的污水， 適用2 ～10 戶家庭的污水處理， 是在庭院收集系統(tǒng)基礎(chǔ)上的擴(kuò)增， 通過污水管道或溝渠將污水排放至污水處理設(shè)施中。 分散收集系統(tǒng)如圖2 所示。

圖2 分散收集系統(tǒng)Fig. 2 Distributed collection system

（3） 集中收集系統(tǒng)。 集中收集系統(tǒng)主要是村鎮(zhèn)級(jí)別的污水處理站點(diǎn)所使用的污水收集系統(tǒng)， 通過該系統(tǒng)將各農(nóng)戶產(chǎn)生的污水集中排放到處理設(shè)施中。 一般用于10 ～1 000 戶家庭的污水處理。 集中收集系統(tǒng)如圖3 所示。

圖3 集中收集系統(tǒng)Fig. 3 Centralized collection system

不同污水收集方式在安徽省典型村鎮(zhèn)污水處理設(shè)施中的應(yīng)用如表1 所示。

表1 不同污水收集方式在安徽省典型村鎮(zhèn)污水處理中的適用范圍Tab. 1 Application scopes of different sewage collection methods in sewage treatment of typical villages and towns in Anhui province

2.2 安徽省典型村鎮(zhèn)污水處理設(shè)施規(guī)模及工藝分析

安徽省內(nèi)不同地域差異較大， 各個(gè)村鎮(zhèn)人口分布不均。 本次調(diào)查的132 個(gè)村鎮(zhèn)污水集中處理工程中， 污水處理設(shè)施規(guī)模不超過50 m3／d 的僅43 處，約占調(diào)查總數(shù)的32.58%（18 處為10 ～30 m3／d）。其余89 處設(shè)施處理規(guī)模均大于50 m3／d， 約占調(diào)查總數(shù)的67.42%（38 處大于200 m3／d， 28 處大于500 m3／d）。 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研規(guī)模情況統(tǒng)計(jì)如表2 所示。

表2 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研規(guī)模情況統(tǒng)計(jì)Tab. 2 Statistics of field investigation scale

根據(jù)目前關(guān)于安徽省典型村鎮(zhèn)污水廠的調(diào)研結(jié)果， 污水廠運(yùn)營單位不同， 采用的工藝也有所差別， 主要包括以下幾類： AO 工藝＋脫氮除磷深度處理、 AAAO 工藝、 MBBR ＋活性污泥、 厭氧＋人工濕地、 AO 工藝＋MBBR、 AO 工藝＋人工濕地、AAO 工藝、 BAF 工藝。 主要污水處理工藝應(yīng)用情況及其優(yōu)、 缺點(diǎn)如表3 所示。 部分實(shí)地考察的典型案例如表4 所示。

表3 主要污水處理工藝應(yīng)用情況及其優(yōu)、 缺點(diǎn)Tab. 3 Application situation of main sewage treatment processes and advantages and disadvantages thereof

表4 部分實(shí)地考察村鎮(zhèn)污水處理站調(diào)研情況Tab. 4 Investigation of some field visit to sewage treatment stations in villages and towns

2.3 污水處理設(shè)施運(yùn)行管理模式分析

（1） 資金渠道（投資主體）。 安徽省典型村鎮(zhèn)污水處理設(shè)施的建設(shè)和運(yùn)維費(fèi)用目前主要以各級(jí)政府財(cái)政資金和民間社會(huì)資本為主， 部分地區(qū)把村鎮(zhèn)污水收集和處理的工程建設(shè)與美麗鄉(xiāng)村建設(shè)相結(jié)合，污水管網(wǎng)先建設(shè)好后再進(jìn)行美麗鄉(xiāng)村建設(shè)和農(nóng)村環(huán)境整治， 這樣既加快了村鎮(zhèn)污水管網(wǎng)及設(shè)施的建設(shè)， 又避免了出現(xiàn)重復(fù)建設(shè)、 資金浪費(fèi)的現(xiàn)象。

（2） 運(yùn)行、 維護(hù)方式。 就目前安徽省典型村鎮(zhèn)污水設(shè)施管理而言， 主要是利用市場(chǎng)機(jī)制， 通過政府購買服務(wù)以第三方身份介入運(yùn)維接收階段、 運(yùn)維階段， 且每個(gè)階段各有不同。 主要有以下幾種形式：①PPP（肥西縣、 長豐縣、 望江縣及東至縣模式），該模式指政府與私人組織之間， 以合作建設(shè)城市基礎(chǔ)設(shè)施或提供某種公共物品和服務(wù)為目的， 通過特許權(quán)協(xié)議建立合作關(guān)系， 同時(shí)簽訂合同明確雙方的權(quán)利和義務(wù)， 以達(dá)到更好的工程效果［8］。 ②EPC＋O（望江縣高士鎮(zhèn)模式）， 該模式下總承包商不僅需要負(fù)責(zé)建設(shè)期的任務(wù)（設(shè)計(jì)、 采購、 施工）， 還需要在運(yùn)營期內(nèi)對(duì)工程進(jìn)行運(yùn)營維護(hù)， 在項(xiàng)目運(yùn)營效率不斷提升的同時(shí)還可以降低整個(gè)項(xiàng)目生命周期內(nèi)的成本［9］。 ③EPC 和O 分開， EPC 即指在項(xiàng)目建設(shè)期的設(shè)計(jì)、 采購、 施工， 承包商負(fù)責(zé)工程建設(shè)任務(wù)的全過程總承包， 并負(fù)責(zé)試運(yùn)營服務(wù)， O 則是指項(xiàng)目在完工之后的是運(yùn)營、 維修、 操作與保養(yǎng)階段， EPC和O 分開即是將這兩部分歸于不同的承包商［9］。

3 污水處理存在問題及原因分析

3.1 污水收集方面

（1） 村鎮(zhèn)生活污水收集方面面臨多種問題， 村鎮(zhèn)污水已建管道大部分為雨污合流， 導(dǎo)致進(jìn)入污水廠（站）的污染物濃度較低、 面廣且分散； 受村鎮(zhèn)居民用水習(xí)慣影響， 生活污水不能有效進(jìn)入污水收集干管， 導(dǎo)致實(shí)際收水率遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值， 污水處理效果不理想。

（2） 村鎮(zhèn)生活污水水質(zhì)、 水量受人口數(shù)量、 當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展水平、 農(nóng)戶生活方式及季節(jié)性變化等因素影響較大［10］。 目前安徽省一些農(nóng)村常住人口以老年人為主， 仍然不習(xí)慣用水廁， 導(dǎo)致廁所洗浴灰水、 廚房用水和洗衣廢水等直排， 管道進(jìn)水量小，且濃度偏低。 山區(qū)的村莊內(nèi)農(nóng)戶居住分散， 污水不易集中收集。 村鎮(zhèn)污水排放晝夜變化較大， 且不連續(xù)性排放， 時(shí)變化系數(shù)一般在3.0 ～5.0， 假期時(shí)甚至可達(dá)到10.0 以上［11-12］。

（3） 村鎮(zhèn)生活污水普遍存在碳源不足的問題，有的場(chǎng)站進(jìn)入調(diào)節(jié)池的污水除氨氮、 總氮外均已達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的要求， 主要原因是管網(wǎng)收集到的黑水較少， 灰水較多， 雨水入滲嚴(yán)重等。

3.2 處理工藝選擇方面

（1） 目前安徽省典型村鎮(zhèn)污水處理工藝很多是城市污水處理工藝的微型化， 也有生化工藝聯(lián)合人工濕地工藝， 在適應(yīng)水質(zhì)水量變化和抗沖擊負(fù)荷方面， 應(yīng)根據(jù)村鎮(zhèn)污水的水質(zhì)特征、 水量變化和處理要求等進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

（2） 濕地處理工藝的效果受季節(jié)影響較大， 冬季處理效果較差， 部分地區(qū)采用了人工濕地工藝來處理村鎮(zhèn)生活污水， 存在運(yùn)行效果不穩(wěn)定的問題。

（3） 村鎮(zhèn)生活污水處理中污泥排放等問題考慮不全面， 亟待開發(fā)和探索適應(yīng)村鎮(zhèn)生活污水處理的新型工藝。

3.3 運(yùn)維管理方面

村鎮(zhèn)生活污水的水量偏小， 且水質(zhì)水量變化較大， 噸水電耗較高， 污水處理成本、 運(yùn)營費(fèi)用略高于市政污水廠［13］。 村鎮(zhèn)生活污水處理設(shè)施運(yùn)行費(fèi)用主要包括管理費(fèi)、 電費(fèi)、 養(yǎng)護(hù)費(fèi)、 藥劑費(fèi)、 污泥處置費(fèi)用及其他費(fèi)用等， 設(shè)備老化甚至損壞等問題逐漸加大了維持污水處理設(shè)施正常運(yùn)行的難度［14］。

在選擇村鎮(zhèn)生活污水處理設(shè)施運(yùn)行管理模式方面， 建議從項(xiàng)目長期運(yùn)行的角度出發(fā)， 綜合考慮項(xiàng)目生命周期評(píng)價(jià)、 污水處理碳減排和污水處理生態(tài)相容性等諸多方面因素。

4 安徽省典型村鎮(zhèn)生活污水處理技術(shù)適應(yīng)性評(píng)估

村鎮(zhèn)生活污水處理設(shè)施的建設(shè)應(yīng)多方考慮， 在比選處理工藝時(shí)， 首先應(yīng)從工藝的有效性、 經(jīng)濟(jì)性、 可行性3 個(gè)方面進(jìn)行考察。 工藝的有效性主要是指該工藝對(duì)各種污染物去除效果， 經(jīng)濟(jì)性主要指該工藝的建設(shè)成本及經(jīng)濟(jì)收益等， 可行性主要是指該工藝的技術(shù)穩(wěn)定性、 管理方便性和環(huán)境適宜性［15］。結(jié)合文獻(xiàn)［15］， 從以上3 個(gè)方面對(duì)4 種典型工藝進(jìn)行適應(yīng)性評(píng)估。

（1） 厭氧池＋跌水接觸氧化＋人工濕地或生態(tài)溝渠組合工藝在存在地勢(shì)差的皖南、 皖西地區(qū)的可行性較好。 皖南多丘陵地帶， 可以利用地勢(shì)差興建工程， 平原地區(qū)使用時(shí)需考慮水泵提升的可行性。

（2） 厭氧池＋微動(dòng)力高負(fù)荷地下滲濾（TBO） ＋后處理組合工藝適用范圍較廣。 在皖南、 皖西地區(qū)使用時(shí)需考慮其環(huán)境適應(yīng)性與占地面積等方面因素。

（3） 沼氣凈化池／厭氧池＋穩(wěn)定塘／人工濕地組合工藝的經(jīng)濟(jì)性較好， 適用于經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后的地區(qū)。

（4） 太陽能微動(dòng)力生物接觸氧化法＋人工濕地組合工藝適用范圍較廣， 該工藝能夠高效處理村鎮(zhèn)生活污水， 總體上污染物去除效率較高， 且工藝成熟、 穩(wěn)定性高， 運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)便， 但基建成本較高，在皖北地區(qū)使用時(shí)需考慮冬季溫度因素的影響。

5 結(jié)論

通過對(duì)安徽省典型村鎮(zhèn)生活污水處理模式進(jìn)行調(diào)研， 分析了安徽省皖北、 皖中、 皖南以及沿江片區(qū)典型村鎮(zhèn)內(nèi)農(nóng)村污水處理站點(diǎn)的污水處理狀況。在此基礎(chǔ)上， 對(duì)各片區(qū)的污水處理技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)選， 提出了適用于不同區(qū)域的村鎮(zhèn)生活污水處理的工藝， 該調(diào)研成果可為安徽省村鎮(zhèn)生活污水處理設(shè)施的建設(shè)和運(yùn)營管理等提供參考。