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(吉林省環(huán)境科學(xué)研究院，吉林 長春 130012)

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平也在加速，促使農(nóng)民生活水平也得到很大提高和改善。由于農(nóng)村居民生活水平的提高，農(nóng)村需水量增加的同時(shí)農(nóng)村生活污水無序排放更加嚴(yán)重，導(dǎo)致農(nóng)村人居環(huán)境遭到破壞，當(dāng)前農(nóng)村生活污水治理水平低下，不利于滿足提升農(nóng)村人居環(huán)境質(zhì)量和扎實(shí)推進(jìn)美麗宜居鄉(xiāng)村建設(shè)的需要[1]。本文利用“十二五”國家重大水污染控制與治理科技重大專項(xiàng)-遼河源頭區(qū)水污染綜合治理技術(shù)及示范研究課題中相關(guān)內(nèi)容，從遼河源農(nóng)村生活污水的特點(diǎn)和處理方法入手，給出了治理遼河源農(nóng)村生活污水的有效途徑。

2 農(nóng)村生活污水排放特點(diǎn)

農(nóng)村面源是指農(nóng)村地區(qū)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活過程中產(chǎn)生的，未經(jīng)合理處理的污染對(duì)水體、土壤和空氣及農(nóng)產(chǎn)品造成的污染[2]。

一是依據(jù)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)條件和生活環(huán)境的不同，生活用水量也有所不同。根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施過程中收集遼河源的農(nóng)村生活污水排放狀況可知，不同季節(jié)排水水量差異較大，人均約20～180 L/d 不等[3]。項(xiàng)目研究過程中調(diào)查了遼河源農(nóng)村生活污水的排放特點(diǎn)，其農(nóng)村生活污水由灰水(廚浴排水、洗衣用水)和黑水(糞便、尿液及其沖廁水)組成，以單戶為主。早、中、晚用餐高峰污水產(chǎn)生及排放量是平時(shí)的2～3倍，日變化系統(tǒng)為3.5～5.0之間，污水排放是呈現(xiàn)面廣且分散、波動(dòng)大的特點(diǎn)；在寒冷的季節(jié)，基本無淋浴、水沖廁所排水，只有灰水排放，排放形式不處理直接排放。

二是農(nóng)村生活污水與城市廢水水質(zhì)差別也較大，農(nóng)村的生活污水具有可生化性好、有機(jī)質(zhì)的含量較高、有毒物質(zhì)的含量低等特點(diǎn)。根據(jù)農(nóng)村生活污水排污特點(diǎn)，其中有機(jī)污染物含量低于城市污水，主要污染物為COD、氮、磷，水質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，通過分析項(xiàng)目所在地遼河源農(nóng)村生活污水一般水質(zhì)為：NH3-N 15～35mg/L，COD 150～350mg/L，BOD 60～200mg/L，TP1～4mg/L。經(jīng)調(diào)查可知，農(nóng)村人均污水排放量少于城市居民，經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的地區(qū)，人均污水排放量越少。

總之，遼河源地區(qū)農(nóng)村污水的特點(diǎn)與其他農(nóng)村地區(qū)排放特點(diǎn)相同，均排放較分散、無固定的污水排放口，一般為明溝排水，由于缺少排水設(shè)施，雨水和污水沿道路邊溝或路面隨意排放和流淌。各種未經(jīng)處理的污廢水從農(nóng)戶家庭直接排入貫穿農(nóng)村地區(qū)的小河溝或溝渠，對(duì)水體或農(nóng)業(yè)灌溉會(huì)產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致農(nóng)村生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化[4]。

3 農(nóng)村生活污水處理模式

結(jié)合吉林省農(nóng)村環(huán)境連片整治工作中對(duì)吉林省農(nóng)村環(huán)境調(diào)查及治理區(qū)域的村屯布局、地域特點(diǎn)、污水收集難易程度，同時(shí)對(duì)項(xiàng)目研究所在區(qū)域的氣候條件等因素的綜合考慮，確定了以下三種情況的生活污水處理技術(shù)模式。

3.1 分散式處理模式

如果治理區(qū)域范圍內(nèi)村屯分布較為分散、人口密度相對(duì)較小、地形條件復(fù)雜，是污水不易收集的相對(duì)獨(dú)立的居民院落，宜采用無動(dòng)力的庭院式小型濕地、污水凈化池和小型污水凈化槽等分散式處理技術(shù)和方法。

3.2 相對(duì)集中式處理模式

如果治理區(qū)域范圍內(nèi)村莊相對(duì)密集、人口規(guī)劃相對(duì)較大、經(jīng)濟(jì)條件較好，有村鎮(zhèn)企業(yè)或旅游業(yè)發(fā)達(dá)的連片村莊，宜采用集中式處理技術(shù)和方法，其中位于飲用水水源地保護(hù)區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)等環(huán)境敏感的連片村屯，必須按照相對(duì)應(yīng)功能區(qū)水環(huán)境相關(guān)要求及排放標(biāo)準(zhǔn)處理達(dá)標(biāo)后才允許排放。

3.3 統(tǒng)一處理模式

將近郊鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水通過現(xiàn)有城鎮(zhèn)市政的污水處理設(shè)施進(jìn)行收集，經(jīng)由新建管道并入市政污水管網(wǎng)，統(tǒng)一將其收集至臨近污水處理廠。該種模式適用于離市政污水管網(wǎng)距離較近且距離不超過5 km，符合接入市政要求的地形的鄉(xiāng)鎮(zhèn)方可采用[5]。

4 遼河源農(nóng)村生活污水處理方法與工藝

通過資料查閱，適用于分散式農(nóng)村生活污水處理技術(shù)主要有人工濕地、地下滲濾、沼氣池、凈化槽、化糞池和接觸氧化處理工藝[6]。項(xiàng)目組根據(jù)遼河源當(dāng)?shù)厣钗鬯乃|(zhì)情況研制農(nóng)村戶用一體化生活污水處理裝置，并通過對(duì)折流式、管道式等厭氧反應(yīng)器結(jié)構(gòu)類型的比選，確定污水處理裝置反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)類型和處理設(shè)施科學(xué)合理的組合形式，并通過實(shí)驗(yàn)確定科學(xué)適宜的水力停留時(shí)間，同時(shí)對(duì)設(shè)施內(nèi)填料種類、添裝位置等參數(shù)進(jìn)行比選，確定采用填料的種類以及添裝位置。項(xiàng)目組在實(shí)施過程中對(duì)簡易農(nóng)村生活污水處理一體化設(shè)備進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，最終得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

4.1 遼河源農(nóng)村生活污水處理一體化設(shè)備設(shè)計(jì)

項(xiàng)目組結(jié)合折流式與管道式兩種反應(yīng)器的特點(diǎn)完成設(shè)計(jì)簡易小型污水處理裝置。整個(gè)裝置包括三段反應(yīng)。

第一段為反應(yīng)過濾段：采用石英砂的顆粒，以及活性炭為吸附材料，對(duì)出水水質(zhì)進(jìn)行吸附作用，填料需選擇質(zhì)量輕，強(qiáng)度好，抗氧化腐蝕性強(qiáng)，不帶來新的毒害的物質(zhì)。預(yù)計(jì)COD處理效率在約9%～10%。

第二段為生物接觸氧化反應(yīng)段：在反應(yīng)容器內(nèi)設(shè)置懸浮式填料，通過對(duì)污水進(jìn)行持續(xù)充氧，使反應(yīng)器體內(nèi)污水處于流動(dòng)狀態(tài)，以保證污水與污水中的填料充分接觸，避免存在污水與填料接觸不均的缺陷。另外，在第二段反應(yīng)器底部放置蜂窩狀火山巖填料，以實(shí)現(xiàn)生物附著與掛膜，提高廢水凈化能力。蜂窩狀填料孔徑須根據(jù)廢水水質(zhì)(BOD、懸浮物等的濃度)、BOD負(fù)荷、充氧條件等因素進(jìn)行選擇。在一般情況下，BOD濃度為100～300 mg/L，孔徑可選用32 mm；BOD濃度為50～100 mg/L，可選用15～20 mm；如在50 mg/L以下，可選用10～15 mm孔徑的填料。整體處理效率預(yù)計(jì)在15%～20%。

第三段為厭氧反應(yīng)段：通過投加含有各種厭氧微生物的接種物，同時(shí)盡量避免粗大物質(zhì)與惰性物質(zhì)進(jìn)入第三段反應(yīng)器中。對(duì)過稠的接種物，可用水稀釋、過篩、沉淀，去除粗大物質(zhì)及沉于底部的砂、石、土等無機(jī)物質(zhì)，經(jīng)處理后的接種物揮發(fā)分應(yīng)大于60%。第三段反應(yīng)出水沿水管進(jìn)入中部集水系統(tǒng)后經(jīng)過管隙流出。簡易農(nóng)村生活污水處理一體化設(shè)備設(shè)計(jì)見圖1。

圖1 簡易農(nóng)村生活污水處理一體化設(shè)備設(shè)計(jì)示意

4.2 小型一體化設(shè)備實(shí)驗(yàn)方案

遼河源頭區(qū)農(nóng)村生活污水處理工藝主要由幾部分組成：盛裝容器，既污水沉淀裝置，用于分離油脂固體及水；氣浮裝置，用于除去水質(zhì)中輕質(zhì)油與懸浮態(tài)物質(zhì)；反應(yīng)容器既小型一體化厭氧反應(yīng)器，用于進(jìn)一步去除污水中部分營養(yǎng)物質(zhì)及大部分COD；處理后的水體排入生態(tài)溝渠，作為三級(jí)處理。反應(yīng)容器結(jié)合折流式厭氧反應(yīng)器與管道式厭氧反應(yīng)器的特點(diǎn)，具備停留時(shí)間長，反應(yīng)效果好的特點(diǎn)，內(nèi)部三段處理包括濾料過濾段，兼性生物菌反應(yīng)段及厭氧反應(yīng)段三個(gè)過程，整體水利停留時(shí)間為8 h。

4.2.1 設(shè)備調(diào)試

開啟氣浮設(shè)備空壓機(jī)，將空壓機(jī)輸出氣壓調(diào)節(jié)至0.45～0.55 MPa范圍內(nèi)；啟動(dòng)回流閥門，根據(jù)流量計(jì)的顯示將回流量控制在空氣處理量的30%～50%，觀察流量計(jì)中無明顯氣泡，轉(zhuǎn)開截止閥。設(shè)備在試運(yùn)行時(shí)，投加適量的絮凝劑，觀察絮凝效果并進(jìn)行適量調(diào)節(jié)。將所收集的農(nóng)村生活污水通過過濾，除去粒徑較大的雜質(zhì)，將濾后的污水停留靜置30 min，通入氣浮裝置進(jìn)行預(yù)處理。隨著時(shí)間的增加，氣浮裝置對(duì)水體中污染物的去除呈現(xiàn)穩(wěn)定的趨勢(shì)，其中對(duì)COD和總磷的去除率可在20%以上，氨氮的去除效果維持在10%左右。由于農(nóng)村生活污水所含油脂類(特別是植物油輕質(zhì)油，乳化油)及洗滌劑液成分較多，因此，在前期預(yù)處理階段氣浮過程中表現(xiàn)出較高的去除效率。氣浮裝置預(yù)處理實(shí)驗(yàn)效果見圖2。

圖2 氣浮裝置預(yù)處理實(shí)驗(yàn)效果示意圖

4.2.2 參數(shù)比選

(1)過濾填料比選小試試驗(yàn)。溫度控制在9～11 ℃；選取粒徑分別為0.5～1 mm，4.3～8 mm，8～16 mm的石英砂及2～4 mm的活性炭與陶粒，用水和冰醋酸進(jìn)行清洗，減少誤差。通過實(shí)驗(yàn)得出，過濾及吸附效果與粒徑大小呈正相關(guān)的趨勢(shì)，但在實(shí)際條件下，農(nóng)村生活污水中雜質(zhì)成分復(fù)雜，含有油脂類及粘性物質(zhì)，粒徑小的填料已發(fā)生栓塞，影響過濾效果的同時(shí)對(duì)設(shè)備的維護(hù)帶來諸多不便，因此，綜合分析混合填料較為理想。

(2)生物填料。掛式填料：溫度控制在17 ℃，相對(duì)濕度保持在20%，選取掛式填料進(jìn)行試驗(yàn)，停留時(shí)間為8 h。實(shí)驗(yàn)過程中，前期時(shí)段由于厭氧裝置內(nèi)部活性菌群較強(qiáng)，因此表現(xiàn)出較高的去除效率。隨著時(shí)間的增加，填料內(nèi)部生物菌群活性的降低，COD、氨氮和總磷等污染物指標(biāo)基本維持在30%～40%的去除率。

(3)懸浮式填料。溫度控制在17 ℃，相對(duì)濕度保持在19%，選取懸浮式填料進(jìn)行試驗(yàn)，停留時(shí)間為8 h。實(shí)驗(yàn)過程中，COD、氨氮和總磷等污染物指標(biāo)基本維持在40%左右的去除率。中期COD指標(biāo)略有波動(dòng)，是由于農(nóng)村生活污水中油脂成分發(fā)生了變化，懸浮填料出現(xiàn)堵塞等情況，后期經(jīng)過及時(shí)調(diào)整和處理，處理率基本維持在40%左右。

(4)混合填料。溫度控制在18 ℃，相對(duì)濕度保持在20%，選取混合填料進(jìn)行試驗(yàn)，停留時(shí)間為8 h。前期COD、總磷處理較低，原因是由于生活污水中洗滌成分和油脂成分均有所降低?？傮w上，混合填料在污染物處理上相對(duì)穩(wěn)定，后期處理率達(dá)到30%～40%左右。

4.2.3 試驗(yàn)結(jié)論

農(nóng)村生活污水處理小型微動(dòng)力設(shè)備，通過氣浮裝置的預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)部分污染物，特別是浮游、輕油油脂成分的降低，在氣浮過程中，適量投加絮凝藥劑，使之聚集移除。二段進(jìn)水通過厭氧裝置過濾、好氧、厭氧等過程，投加兼性好氧型微生物，并附著于填料上。通過對(duì)比試驗(yàn)看出，掛式、懸浮式填料均對(duì)污染物有一定的處理效果，混合填料處理過程相對(duì)穩(wěn)定。為保證處理效果的優(yōu)化，將在尾水部分建設(shè)小型生態(tài)溝渠，以期達(dá)到更好的處理效果。

5 農(nóng)村生活污水處理方法選擇

依據(jù)項(xiàng)目組研究結(jié)果，適合遼河源區(qū)域內(nèi)的農(nóng)村生污水處理方法選擇。

(1)分散處理模式。結(jié)合遼河源頭區(qū)農(nóng)村特點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)，農(nóng)戶排放污水量少，各個(gè)村屯布局分散、人口密度較小、地形條件復(fù)雜、污水不易收集等具體特點(diǎn)，建議采用無動(dòng)力的庭院式小型濕地、生態(tài)支溝、小型污水凈化槽等分散處理技術(shù)。

(2)相對(duì)集中處理模式。村屯相對(duì)密集，人口規(guī)模相對(duì)較大，經(jīng)濟(jì)條件較好連片村屯，宜采用集中處理技術(shù)，其中位于飲用水水源地保護(hù)區(qū)楊木水庫環(huán)境敏感區(qū)，必須按照功能區(qū)水環(huán)境相關(guān)要求及排放標(biāo)準(zhǔn)處理達(dá)標(biāo)后方可排放。簡易農(nóng)村生活污水處理裝置要廣泛用于環(huán)境相對(duì)敏感區(qū)域的農(nóng)戶、小型飯店及辦公場(chǎng)所等。人工濕地或生態(tài)攔截溝渠與濕地植物協(xié)同凈化作用處理技術(shù)可應(yīng)用于湖庫入水處。

6 結(jié)語

改善農(nóng)村人居環(huán)境，建設(shè)美麗宜居鄉(xiāng)村，是黨的“十九大”報(bào)告首次提出的實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的一項(xiàng)重要任務(wù)，事關(guān)全面建成小康社會(huì)，事關(guān)廣大農(nóng)民根本福祉，事關(guān)農(nóng)村社會(huì)文明和諧[7]。目前我國對(duì)于農(nóng)村污水治理的研究，已經(jīng)取得相當(dāng)豐碩的成果[8]?？傮w來看，農(nóng)村地區(qū)環(huán)保意識(shí)欠缺、經(jīng)濟(jì)能力有限，因而無法得到足夠的物質(zhì)保障和技術(shù)支持，無法進(jìn)行村屯污水收集與治理系統(tǒng)的相關(guān)建設(shè)。因此，我國農(nóng)村地區(qū)的生活污水和垃圾還沒有達(dá)到預(yù)期的治理效果，環(huán)境污染仍然對(duì)農(nóng)民的生產(chǎn)生活存在著嚴(yán)重的威脅。在改變農(nóng)民傳統(tǒng)的生活習(xí)慣，提高環(huán)保意識(shí)的同時(shí)，還要高度重視對(duì)生活污水和垃圾地有效處理，在實(shí)踐中找到解決辦法，提高治理水平[9]。農(nóng)村生活污水問題不解決，農(nóng)村居住環(huán)境會(huì)持續(xù)惡化，同時(shí)也會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生不利影響。為營造宜居的農(nóng)村人居環(huán)境，遼河源農(nóng)村生活污水治理研究應(yīng)從以下三個(gè)問題加強(qiáng)研究：一是加強(qiáng)適合農(nóng)村生活污水治理技術(shù)與方法選擇的研究；二是加快農(nóng)村生活污水治理標(biāo)準(zhǔn)和政策制定的研究；三是推進(jìn)多元化相結(jié)合治理主體進(jìn)入農(nóng)村生活污水治理領(lǐng)域的研究，從而為推進(jìn)美麗鄉(xiāng)村建設(shè)和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略打下良好的基礎(chǔ)。