韋宗敏

（廣東韶科環(huán)保科技有限公司 廣東韶關(guān) 512026）

引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實(shí)施，農(nóng)村生活污水處理問題成為社會(huì)各界關(guān)注的熱門領(lǐng)域之一。根據(jù)住建部發(fā)布的《2021 年城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù)顯示，截至2021 年，我國城鎮(zhèn)污水處理總能力達(dá)24746 萬m3/d，較2020 年同比增長了1709 萬m3/d。但農(nóng)村生活污水處理還面臨著污水收集難、基礎(chǔ)設(shè)施滯后、思想認(rèn)識(shí)不高等問題。因此，本文根據(jù)南方農(nóng)村生活污水水量及水質(zhì)的特點(diǎn)，從生態(tài)環(huán)保效益、經(jīng)濟(jì)效益等方面考量，選擇適宜、高效及無二次污染的生活污水處理工藝技術(shù)。

1 南方農(nóng)村生活污水特點(diǎn)

與北方干旱氣候相比，南方四季雨水充沛，尤其是鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實(shí)施后農(nóng)村人居環(huán)境改善，大部分村民使用水廁，且淋浴設(shè)施配套齊全，生活用水量大幅上升。其中，約85%生活污水為洗滌污水和廚房污水。由于南方雨水量大，農(nóng)村生活污水經(jīng)雨水沖刷后，污水中的氮、磷及有機(jī)物等污染物濃度降低。同時(shí)，南方地區(qū)人口密度較大，且常年平均氣溫要高于北方地區(qū)，有利于南方農(nóng)村生活污水的收集和處理。因此，總體來看，與北方農(nóng)村生活污水相比，南方地區(qū)的農(nóng)村生活污水具有排放量大、污染物濃度低、可生化性好、基本不含重金屬及相關(guān)有毒物質(zhì)和易于收集處理的顯著特點(diǎn)[1]。此外，農(nóng)村居民生活較為規(guī)律，生活污水排放量主要集中于早晨、中午、晚上三個(gè)排水量較大，夜間農(nóng)村生活污水排放較小，甚至?xí)霈F(xiàn)斷流現(xiàn)象，因此，綜合變化系數(shù)大。農(nóng)村生活污水還呈現(xiàn)出節(jié)假日期間，因務(wù)工人員回流，在此期間生活污水排放量倍增，污水綜合變化系數(shù)大。

表1 農(nóng)村居民生活用水量參考取值

與工業(yè)廢水相比，農(nóng)村生活污水的處理難度較低。由于農(nóng)村經(jīng)濟(jì)條件因素的制約，環(huán)境污染治理人才力量的缺乏，以及污水處理基礎(chǔ)設(shè)施投入較少等現(xiàn)實(shí)問題，應(yīng)研究開發(fā)基建簡單、管理便捷、成本低廉，且處理農(nóng)村生活污水中氮、磷等營養(yǎng)元素效率高的工藝技術(shù)[2]。

目前，全國尚未有農(nóng)村生活污水處理方面的統(tǒng)一水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù) 《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002），以及《水污染排放限值》（DB44/26-2001），并結(jié)合南方地區(qū)的農(nóng)村生活污水處理現(xiàn)狀，其進(jìn)/出水水質(zhì)參考標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 南方農(nóng)村地區(qū)生活污水進(jìn)/出水水質(zhì)參考值及標(biāo)準(zhǔn)

近年來，隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，以及鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實(shí)施，農(nóng)村環(huán)境得到大幅改善。但農(nóng)村生產(chǎn)生活方式的轉(zhuǎn)變，諸如農(nóng)村地區(qū)由以前的相對分散式居住，逐漸邁向相對集中式居住，生活污水的排放量較以往更加的集中，為農(nóng)村生活污水收集、處理提供有利條件[3]。

2 南方農(nóng)村生活污水處理原則

從南方農(nóng)村生活污水中的污染物含量，以及農(nóng)村生活污水進(jìn)出水水質(zhì)現(xiàn)狀來看，處理農(nóng)村生活污水要注重運(yùn)用物理、生物、生態(tài)等工藝方法，以及各種工藝方法的復(fù)合應(yīng)用，大力提升農(nóng)村生活污水的處理效率和質(zhì)量。從經(jīng)濟(jì)、環(huán)保及社會(huì)效益等方面綜合考慮，農(nóng)村生活污水處理應(yīng)本著“無害化、減量化和資源化”處理理念，本著因地制宜、經(jīng)濟(jì)適用等原則，把握農(nóng)村生活污水處理的相關(guān)流程，逐步實(shí)現(xiàn)農(nóng)村生活污水的有效處理[4]。

2.1 因地制宜

不同地區(qū)氣候、生活污水水質(zhì)差異較大，即便是同一區(qū)域，不同地方的農(nóng)村生活污水處理所面臨的形勢和現(xiàn)實(shí)情況也存在較大差異。例如，北方與南方農(nóng)村地區(qū)，適宜北方的農(nóng)村生活污水處理未必在南方具有推廣應(yīng)用價(jià)值[5]。此外，同一區(qū)域，不同地方的農(nóng)村經(jīng)濟(jì)水平、居住地集中度、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營，以及農(nóng)村生活污水管網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等等，都有較大差異。因此，農(nóng)村生活污水處理應(yīng)堅(jiān)持實(shí)事求是，因地制宜，從氣候條件、經(jīng)濟(jì)要素、環(huán)保要素以及社會(huì)發(fā)展情況等等，綜合施策，選擇適宜的處理工藝技術(shù)。

2.2 資源利用

與城市污水主要依賴污水處理廠的集中處理不同，農(nóng)村大量的水塘，濕地，廢棄種養(yǎng)殖的洼地均可以用于農(nóng)村生活污水人工濕地的重要組成部分，實(shí)現(xiàn)就地取材，減少農(nóng)村生活污水處理及運(yùn)行成本，還可以就地實(shí)現(xiàn)污水達(dá)標(biāo)排放，就近用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉[6]。

2.3 經(jīng)濟(jì)適用

與城鎮(zhèn)擁有成熟的污水管網(wǎng)收集系統(tǒng)，以及利用污水處理廠集中處理不同，農(nóng)村生活污水主要以散亂式排放為主，進(jìn)水量相對較小。此外，經(jīng)濟(jì)、技術(shù)及專業(yè)人才隊(duì)伍等也是影響農(nóng)村生活污水工藝技術(shù)選型的重要因素。

因此，針對農(nóng)村經(jīng)濟(jì)及生產(chǎn)生活水平的現(xiàn)狀，及其污水特征及排放情況，應(yīng)選擇經(jīng)濟(jì)性、合理性和可持續(xù)性較強(qiáng)的工藝技術(shù)，低能耗或無能耗、工程造價(jià)低，后期運(yùn)行維護(hù)簡便，出水水質(zhì)穩(wěn)定可靠，是農(nóng)村生活污水處理的重要參考工藝因素。

3 人工濕地處理技術(shù)

綜合上述原則考慮，低能耗或無能耗、工程造價(jià)低、操作管理方便、處理效果穩(wěn)定的人工濕地處理工藝有望成為農(nóng)村污水處理的主力技術(shù)。目前人工濕地類型主要包括三大類[7～13]。

3.1 表面流人工濕地處理技術(shù)

表面流人工濕地處理技術(shù)，其水位較淺，一般是10-30cm，污水主要在濕地的地表流動(dòng)。表面流人工濕地與自然濕地情況相似。表面流人工濕地處理污水，其主要利用了在表面流濕地中種植的大量種植物，利用這些種植物的莖葉或根系，截留污水中的漂浮物，或者將其截留于表面流人工濕地的基質(zhì)表面。經(jīng)植物根系或莖葉截留后，進(jìn)一步降低了污水中的污染物濃度。表面流人工濕地工藝技術(shù)構(gòu)建難度小，操作簡便，工程量不大，建設(shè)及運(yùn)行成本低。但該工藝技術(shù)的也存在醫(yī)學(xué)不足，種植于濕地中的植物生長周期較長，且受季節(jié)、氣候變化。此外，表面流人工濕地還占用較大面積，需要在設(shè)計(jì)建設(shè)方案時(shí)，為節(jié)約成本，優(yōu)先選擇使用類濕地或天然洼地資源，降低前期建設(shè)成本，以及后期的維護(hù)成本，保護(hù)自然資源。表面流人工濕地技術(shù)的應(yīng)用，重點(diǎn)是要做好挺水植物的選擇，并選擇推流式作為污水在濕地表面的流動(dòng)形態(tài)[14][15]。

3.2 垂直流人工濕地處理技術(shù)

垂直流人工濕地處理技術(shù)，其運(yùn)行原理是污水經(jīng)技術(shù)系統(tǒng)表面縱向流動(dòng)，進(jìn)入濕地基質(zhì)填料底部。在污水流動(dòng)過程中，由于經(jīng)歷不同種的填料層，在填料層的截留、吸附作用下，達(dá)到凈化水質(zhì)的效果。垂直流人工濕地系統(tǒng)含有功能十分完備的集水系統(tǒng)以及布水系統(tǒng)，可以將處理的污水分散至不同系統(tǒng)，提升污水處理效果。垂直流人工濕地處理技術(shù)的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：需要較大埋深，實(shí)際占地面積較小，無論是集水系統(tǒng)還是布水系統(tǒng)均可建于地下，在多層填料共同作用下，系統(tǒng)運(yùn)行過程中具有很好的耐水負(fù)荷及抗沖擊力，污水的實(shí)際處理效率高，尤其是生活污水中的氮磷處理效果較好。該技術(shù)的不足之處，系統(tǒng)建設(shè)位于地下，土方工程較大，前期工程建設(shè)，以及后期的運(yùn)行維護(hù)成本較高，系統(tǒng)中硝化反應(yīng)占主導(dǎo)地位，反應(yīng)過程中所需要的氧氣是通過大氣表層擴(kuò)散、液質(zhì)傳導(dǎo)以及植物根系傳輸?shù)饺斯竦叵到y(tǒng)中，因此氧的供應(yīng)量決定了處理效果的好壞。

3.3 水平潛流人工濕地處理技術(shù)

水平潛流人工濕地系統(tǒng)處理污水，其建設(shè)及運(yùn)行原理，是將土壤、填料等填入床內(nèi)，并將濕地植物種植于濕地表層結(jié)構(gòu)，植物在其生長過程中，根系向土壤、填料層不斷生長、進(jìn)入，形成根區(qū)微環(huán)境。根區(qū)微環(huán)境與填料協(xié)同作用處理污水效果良好。水平潛流人工濕地處理污水，利用高度落差使需要處理的污水在處理技術(shù)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)自然流動(dòng)，經(jīng)填料過濾、吸附污水中的雜質(zhì)，種植于濕地中的植物根系吸收污水中的無機(jī)鹽，污水中的有機(jī)物經(jīng)細(xì)菌分解得到降低，實(shí)現(xiàn)污水凈化效果。水平潛流人工濕地的優(yōu)勢在于其衛(wèi)生條件好，處理污水過程中不易滋生蚊蠅，脫氮效果更佳。但選擇水平潛流人工濕地處理污水，氧通量的保證，以及布水均勻是其技術(shù)難點(diǎn)。保證均勻布水，勢必水增加系統(tǒng)占地的面積；由于氧氣的傳導(dǎo)可能會(huì)波動(dòng)的條件限制，植物根系和微生物群無法產(chǎn)生更大的效益，整體的處理效率變化幅度較大。

4 案例分析

4.1 背景資料

選擇南方某地區(qū)農(nóng)村生活污水處理為例，采取由生物濾池+人工濕地+穩(wěn)定塘生態(tài)處理工藝技術(shù)。在已有化糞池、沼氣池處理基礎(chǔ)上，構(gòu)建分散式農(nóng)村生活污水生態(tài)處理工藝，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村居民生活污水凈化處理。常住居民人口230 余人，屬亞熱帶濕潤氣候，雨量充沛，日照充足，年平均氣溫在18.5℃，周邊建有化糞池、沼氣池，以及池塘。生活污水標(biāo)準(zhǔn)及變化參照《村鎮(zhèn)進(jìn)水工程技術(shù)規(guī)范》《給水排水設(shè)計(jì)手冊》，進(jìn)水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行 《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級B 標(biāo)準(zhǔn)。

表3 南方某農(nóng)村生活污水進(jìn)水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)

4.2 工藝流程

基于南方某農(nóng)村生活污水排放量水量總體較小、水質(zhì)相對不穩(wěn)定，以及周邊的地勢、地形、交通及氣候條件，選擇“生物處理+生態(tài)重建組合工藝”，積極打造生物濾池+人工濕地+穩(wěn)定塘生物修復(fù)處理工藝技術(shù)。利用農(nóng)村現(xiàn)有的水塘、濕地等自然條件，輔之以種植相關(guān)植物、人工水草填料，以及微生物等功能，實(shí)現(xiàn)去除生活污水中的氮、磷含量，以及化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、懸浮物等污染物，使農(nóng)村生活污水經(jīng)處理后出水水質(zhì)達(dá)到 《城市污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級A 標(biāo)準(zhǔn)。有效處理農(nóng)村生活污水，打造田園式處理系統(tǒng)，改善農(nóng)村人居環(huán)境。

4.3 單元設(shè)計(jì)

（1）格柵—調(diào)節(jié)池。污水出口設(shè)置管網(wǎng)，農(nóng)村居民分散式污水通過總匯水管輸送至格柵池（2.5m×1.5m×1m）進(jìn)行預(yù)處理。格柵對農(nóng)村生活污水中的顆粒物、懸浮物進(jìn)行截留、除塵，去除雜物。格柵溢流出水進(jìn)入調(diào)節(jié)池（6m×4m×1m），泥沙及顆粒懸浮物再進(jìn)一步沉淀截留。

（2）生物濾池。調(diào)節(jié)池出水經(jīng)輸水管道輸入生物濾池（7.5m×3m），生物濾池底部填放稻草，表面覆蓋綠狐尾藻，形成一個(gè)小型稻草—綠狐尾藻生態(tài)系統(tǒng)。生物濾池能夠有效去除生活污水中的氮磷及COD。南方地區(qū)，氣候適宜綠狐尾藻生長，有效控制污水臭味。

（3）人工濕地、穩(wěn)定塘。人工濕地根據(jù)植物差異，分為一級表面流人工濕地和二級表面流人工濕地。其中，一級表面流中的挺水植物梭魚草能夠緩沖濾池出水，梭魚草根吸收并去除污水中的氮、磷等污染物，隨著綠狐尾藻生長，可有效凈化水質(zhì)。二級表面流人工濕地與一級人工流表面濕地形成自然落差（0.1m 以上），在二級表面流人工濕地種植水芹、西洋菜等。穩(wěn)定塘（35m×15m）四周種植挺水植物菖蒲，沉睡植物睡蓮，進(jìn)一步凈化處理農(nóng)村生活污水，達(dá)標(biāo)后通過溢流排水管溢出周邊農(nóng)田，實(shí)現(xiàn)水資源再利用。

4.4 監(jiān)測結(jié)果

為進(jìn)一步掌握人工濕地工藝處理農(nóng)村生活污水的效果，每月中、月底采集兩次，采樣點(diǎn)設(shè)置于單元出水口。該工藝流程于2020 年12 月投入運(yùn)行，2021 年4月-2022 年3 月監(jiān)測結(jié)果顯示，利用該人工濕地工藝處理農(nóng)村生活污水，出水中COD、NH4+-N、TP、TN、SS濃度分別為42、1.35、0.56、1.13、15mg/L，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（見表4）。農(nóng)村生活污水中的COD、NH4+-N、TP、TN、SS 平均去除率達(dá)到85.2%、90.32%、43.98%、86.62%、95.6%。

表4 生物濾池+人工濕地+穩(wěn)定塘生態(tài)處理工藝技術(shù)應(yīng)用前后水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果

4.5 效果評價(jià)

（1）從經(jīng)濟(jì)效益分析來看，該工藝流程的運(yùn)用，前期建設(shè)投資費(fèi)用為5 萬元，工程無動(dòng)力成本，人工費(fèi)和維護(hù)修繕費(fèi)約0.4 萬元/a，組合工藝年均運(yùn)行成本為0.5 萬元，工藝技術(shù)穩(wěn)定，管理簡便。且，濕地達(dá)標(biāo)排放出水可作為濕地周圍農(nóng)業(yè)灌溉用水，或者坑塘補(bǔ)水，有效減少農(nóng)業(yè)用水成本，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

（2）從環(huán)保效益來看，該人工濕地處理農(nóng)村生活污水保持長期穩(wěn)定運(yùn)行，預(yù)計(jì)年削減TN 約450kg，TP 約31.5kg（以N、P 計(jì)），種植景觀水生植物，與農(nóng)村周圍環(huán)境相融合，實(shí)現(xiàn)美化農(nóng)村周邊環(huán)境，符合鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實(shí)施，實(shí)現(xiàn)美麗鄉(xiāng)村建設(shè)。

（3）從社會(huì)效益來看，該人工濕地投入使用，經(jīng)基質(zhì)過濾、植物吸收、生物吸附降解，去除了農(nóng)村生活污水中污染物，或降低污染物濃度，促使微污染農(nóng)村水體凈化，是可持續(xù)發(fā)展的生動(dòng)體現(xiàn)。因此，農(nóng)村生活污水人工濕地處理系統(tǒng)，具有清潔安全、零動(dòng)力、運(yùn)維簡便、費(fèi)用低等，具有良好的經(jīng)濟(jì)環(huán)境社會(huì)效益，具有積極的現(xiàn)實(shí)推廣應(yīng)用價(jià)值。

結(jié)語

南方農(nóng)村居民點(diǎn)較為分散，多采取單獨(dú)收集、分散處理模式，且不同村莊經(jīng)濟(jì)、人口、地形等差異大，不能簡單套用某一種污水處理模式，而應(yīng)綜合施策，結(jié)合本地的實(shí)際特點(diǎn)，從經(jīng)濟(jì)、環(huán)保及運(yùn)維等諸多因素考慮，選擇適宜的處理模式。

人工濕地是近年來迅速發(fā)展的生物—生態(tài)治污技術(shù)，可處理多種廢水。人工濕地工藝技術(shù)的顯著特點(diǎn)之一是其對有機(jī)污染物有較強(qiáng)的降解能力。廢水中的不溶性有機(jī)物通過濕地的沉淀、過濾作用，可以很快地被截留進(jìn)而被微生物利用；廢水中可溶性有機(jī)物則可通過植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代謝降解過程而被分解去除。利用人工濕地處理生活污水的優(yōu)勢：一是運(yùn)維成本低。二是處理效果好?？芍苯优湃氕h(huán)境水體中，也可作小區(qū)景觀水體的補(bǔ)充水，或用作農(nóng)灌，在缺水地區(qū)是水資源循環(huán)利用的有效措施。人工濕地處理南方農(nóng)村生活污水，在實(shí)際運(yùn)行過程中還需要注重調(diào)控濕地氧補(bǔ)充方式，提升人工濕地處理氨氮和有機(jī)污染物去除效果；進(jìn)一步改進(jìn)濕地水力性能，從水深、水流及水力停留時(shí)間和負(fù)荷等，優(yōu)化人工濕地運(yùn)行條件，改善人工濕地內(nèi)部水力性能，提升工藝處理去污效果。