1 引言

我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)村區(qū)域占國土面積的90%，農(nóng)村環(huán)境質(zhì)量的改善是實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要組成部分。隨著農(nóng)村經(jīng)濟的快速發(fā)展，農(nóng)村地區(qū)生活水平不斷提高，鄉(xiāng)村聚居點生活污水引起的環(huán)境污染問題也日益嚴重。農(nóng)村地區(qū)人口密度較低，經(jīng)濟條件差，污水治理點相對分散，人員技術(shù)薄弱、管理難度大。若采用集中處理模式會存在管網(wǎng)鋪設過長、投資過大，處理負荷不足等問題，且在寒冷天氣條件下的低溫地區(qū)農(nóng)村，生活污水的處理難度會更大。

近年來，我國農(nóng)村地區(qū)建設了很多污水處理工程，但這些污水處理工程有很大一部分沒有正常運行，原因之一是在工程設計的初期沒有對該地區(qū)的污水水質(zhì)水量進行充分調(diào)研，設計出來的污水處理工程存在“大炮打蚊子”的現(xiàn)象，污水產(chǎn)生量和設備運行的負荷量相差甚遠，導致污水處理工程不能正常運行。原因之二是農(nóng)村污水處理有90%以上的工程都是基于生化處理的方法，微生物對于污染物的降解受溫度的影響很大，很多污水處理工程在低溫時的運行效果不佳，這個問題極大地影響了農(nóng)村生活污水的處理效果。針對污水處理工程存在的上述問題，本研究以某低溫地區(qū)部分村莊為調(diào)查研究區(qū)域，對該地區(qū)的水質(zhì)水量情況進行實地調(diào)查監(jiān)測，并對現(xiàn)有的農(nóng)村污水處理技術(shù)進行比對分析，在此基礎上分析篩選了一種適宜低溫地區(qū)農(nóng)村污水的處理技術(shù)，為農(nóng)村地區(qū)污水處理問題的解決提供技術(shù)參考。

2 材料與方法

2.1 調(diào)查區(qū)概況

該地區(qū)幅員面積2000余km2，耕地2.47萬hm2，距離市區(qū)約50km，總?cè)丝诩s13萬，其中農(nóng)業(yè)人口約10萬。區(qū)內(nèi)夏季平均氣溫19℃，空氣中負氧離子濃度達10000個/cm3，比城市居民區(qū)高10倍多，是休閑避暑的天然氧吧；冬季平均氣溫-12℃，平均風速為二級，降雪早，積雪1.5m左右，存雪期150多天。主要村莊依流經(jīng)縣內(nèi)的3條河流而建，各個村莊內(nèi)的生活污水多未經(jīng)處理，經(jīng)降雨等作用直接或間接排放到河中，因此，河水的水質(zhì)受到生活污水的影響很大。

2.2 調(diào)查內(nèi)容

本次調(diào)研時間為冬季，共涉及到該地區(qū)A、B、C、D、E、F六個村，共對30戶農(nóng)戶進行調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容主要包括家庭人口數(shù)、家庭主要情況、污水排放量，并對此30戶農(nóng)戶的生活污水排放量，以及同地區(qū)河水水質(zhì)進行監(jiān)測，測試指標有COD、TP、NH3-N、pH。

2.3 水質(zhì)測試方法

COD采用GB/T 11914-89《水質(zhì)化學需氧量的測定重鉻酸鹽法》，TP采用GB 11893-89《過硫酸鉀消解鉬酸銨分光光度法》，NH3-N采用HJ535《納氏試劑分光光度法》，pH采用哈納酸堿度測定儀測定。

2.4 數(shù)據(jù)分析方法

采用Excel 2003軟件進行數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計。

3 結(jié)果與分析

3.1 農(nóng)村生活污水水量特征

冬季該地區(qū)農(nóng)村生活污水排放時段較為穩(wěn)定，主要集中在早上7∶00～9∶00，晚上17∶00～19∶00，大多為洗衣、洗浴以及廚房污水的排放。大部分村莊無排水設施，污水全部直接排放。調(diào)查區(qū)域內(nèi)農(nóng)村生活污水排放量差異較大，冬季污水排放量相對較小。實地調(diào)查期間，每日人均生活污水產(chǎn)生量見表1。由表可知，該地區(qū)每日人均生活污水產(chǎn)生量為3.8L～16.6L不等。其中，A村、B村、E村生活條件較差，每日人均生活污水產(chǎn)生量不多；C村和D村生活條件較好，每日人均生活污水產(chǎn)生量較其他村稍大；F村地處鎮(zhèn)政府所在地，每日人均生活污水產(chǎn)生量較小，原因可能是村民工作多在鎮(zhèn)上，日常生活污水產(chǎn)生量較小，鎮(zhèn)政府所在地部分居民采用下水道排水。

表1 調(diào)查區(qū)六個村冬季每天人均生活污水產(chǎn)生量

3.2 農(nóng)村生活污水水質(zhì)特征

經(jīng)過試驗測定可知，調(diào)查區(qū)農(nóng)戶所排放的生活污水中，各單項廢水水質(zhì)指標變動幅度較大，其中pH為5.4～6.9，COD在281mg/L～2301mg/L之間，氨氮在5.7mg/L～44.5mg/L之間，總磷在1.03mg/L～6.95mg/L之間。各村經(jīng)濟條件和生活習慣不同，農(nóng)村污水的水質(zhì)也不同，整體并沒有表現(xiàn)出統(tǒng)一或者相似的特征，各村之間差異較大，但原因可尋。

3.2.1 生活污水化學需氧量(COD)

實地調(diào)查期間，各村生活污水化學需氧量分布見圖1。由圖可見，該地區(qū)各村的COD值均較高，遠遠高于城市生活污水COD濃度，處在281mg/L～2301mg/L之間。部分地區(qū)貧困狀況較為嚴重，例如A村、B村、E村，生活污水COD值低于其他村莊。經(jīng)濟發(fā)展較好的C村和D村，以及鎮(zhèn)政府所在地的F村，生活污水中所含的有機物較多，故其生活污水中COD值較其他村高。

圖1 調(diào)查區(qū)各村生活污水化學需氧量分布

3.2.2 生活污水氨氮(NH3-N)

實地調(diào)查期間，各村生活污水氨氮平均值分布見圖2。由圖可見，該地區(qū)六個村莊生活污水的氨氮(NH3-N)值在3.4mg/L～44.5mg/L之間分布。由于部分地區(qū)貧困狀況較為嚴重，村中均為旱廁，無沖水式馬桶，且冬季嚴寒，在取樣過程中放置在村民家中的取樣桶內(nèi)不同程度存在尿液，故生活污水氨氮(NH3-N)數(shù)值較高。

圖2 調(diào)查區(qū)各村生活污水氨氮平均值分布

3.2.3 生活污水總磷(TP)

實地調(diào)查期間，各村生活污水總磷平均值分布見圖3。由圖可見，該地區(qū)六個村莊生活污水總磷(TP)分布于1.03mg/L～6.95mg/L之間。由于地域限制，村莊發(fā)展緩慢，無磷洗衣粉的普及率遠不及城鎮(zhèn)，而部分洗衣用水也在生活污水中，故各村莊的生活污水中總磷含量較高。

圖3 調(diào)查區(qū)各村生活污水總磷平均值分布

3.2.4 生活污水pH

實地調(diào)查期間，各村生活污水pH值分布見圖4。由圖可見，該地區(qū)各村生活污水整體呈酸性，PH值在5.4～6.9之間，原因是污水中洗滌劑的含量較高，以及食物殘渣存在于污水中產(chǎn)生發(fā)酵作用，共同造成污水整體pH偏酸性。

圖4 調(diào)查區(qū)各村生活污水pH值分布

4 低溫地區(qū)農(nóng)村污水處理模式

4.1 農(nóng)村污水處理技術(shù)調(diào)查

表2是我國部分農(nóng)村生活污水處理公司的處理工藝。由表2可知，現(xiàn)階段我國農(nóng)村地區(qū)主要的生活污水處理方式是利用活性污泥以及好氧厭氧結(jié)合的方式對污水進行集中處理，但是這些處理方式占地較大，農(nóng)村生活污水產(chǎn)生量和設備運行的負荷量相差甚遠，而我國山區(qū)的地形條件較為惡劣，冬季較為寒冷，故有些污水處理方式并不適用于低溫地區(qū)。

表2 我國部分農(nóng)村生活污水處理公司主要工藝及工藝簡介

4.2 低溫地區(qū)農(nóng)村污水處理推薦工藝

根據(jù)調(diào)查區(qū)的地形、氣候、人口等條件分析，結(jié)合對農(nóng)村生活污水處理技術(shù)的調(diào)查，認為適合該地區(qū)污水處理的工藝應為地埋式一體化的污水處理技術(shù)。本文推薦一種適合該地區(qū)農(nóng)村生活污水的處理工藝——太陽能微動力污水處理系統(tǒng)。

4.2.1 設計理念

太陽能微動力SBR+公園式人工濕地污水處理工藝，是以傳統(tǒng)厭氧+SBR工藝為基礎，利用太陽能光伏板，為污水處理中的提升等提供動力。后期結(jié)合了人工濕地技術(shù)，其體現(xiàn)出來的優(yōu)勢主要有：①符合國家的環(huán)保政策；②充分結(jié)合了當?shù)氐淖匀画h(huán)境和經(jīng)濟特點；③污水處理效果穩(wěn)定；④能源消耗少；⑤自動化程度高。

4.2.2 工藝流程

圖5 太陽能微動力生活污水處理工藝流程

SBR工藝過程分五個階段：進水、曝氣、沉淀、潷水、閑置。SBR在運行過程中，各階段的運行時間、反應器內(nèi)混合液體積的變化以及運行狀態(tài)都可以根據(jù)具體污水的性質(zhì)、出水水質(zhì)、出水質(zhì)量與運行要求等靈活變化。

工藝選用的人工濕地可利用村邊靠近河的位置建設公園式人工濕地，人工濕地的建設充分利用河兩側(cè)一些閑置的坑洼地帶，經(jīng)過生化處理的生活污水自流進入人工濕地，通過專屬植物的吸收降解進一步去除污水中的污染物。將人工濕地做成公園的方式也為當?shù)卮迕裉峁┬菹⒒顒訄鏊?。人工濕地出水達到設計排放標準后流入河流，消除了大部分生活污水對河流生態(tài)環(huán)境的影響。

太陽能微動力污水處理技術(shù)以太陽能發(fā)電為主，市政電網(wǎng)為輔，在陽光充足的時候能為電網(wǎng)供電，在長期陰雨天的情況下，從電網(wǎng)取電，滿足系統(tǒng)所需動力要求。利用太陽能光伏板，為農(nóng)村生活污水處理中的增氧曝氣、水位提升等提供動力，實現(xiàn)廢水可靠處理。同時，將設備運行管理智能化，遠程控制，遠程監(jiān)控。

5 結(jié)論

經(jīng)過對某地區(qū)的A、B、C、D、E、F六個村的農(nóng)村生活污水排放調(diào)查，得出如下主要結(jié)論：

(1)冬季該地區(qū)農(nóng)村生活污水排放時段較為穩(wěn)定，主要集中在早上7∶00～9∶00，晚上17∶00～19∶00，大多為洗衣、洗浴以及廚房污水的排放。調(diào)查區(qū)域內(nèi)農(nóng)村生活污水排放量差異較大，冬季污水排放量總體較小，每天人均生活污水產(chǎn)生量在3.8L～16.6L之間；

(2)調(diào)查區(qū)域內(nèi)所排放的生活污水中，各單項水質(zhì)指標變動幅度較大，其中pH為5.4～6.9，COD在281mg/L～2301mg/L之間，氨氮在5.7mg/L～44.5mg/L之間，總磷在1.03mg/L～6.95mg/L之間，各項測試指標均偏高；

(3)針對以調(diào)查區(qū)為代表的低溫地區(qū)，可推薦采用太陽能微動力污水處理系統(tǒng)，該污水處理技術(shù)模式適用于低溫地區(qū)的農(nóng)村生活污水處理。