摘要：重慶市農(nóng)村地區(qū)住戶居住較為分散，地形差異大，經(jīng)濟水平不高，其生活污水具有水質(zhì)、水量日變化系數(shù)和時變化系數(shù)均較大的特點，與城市生活污水具有較大的差別。因此，傳統(tǒng)城市污水處理工藝并不適合重慶市農(nóng)村生活污水的治理。針對重慶市農(nóng)村生活污水的特點，詳細介紹了三種適合重慶市農(nóng)村生活污水處理的經(jīng)濟適用技術(shù)，包括高效藻類塘、復(fù)合型人工濕地和凈化沼氣池－人工濕地技術(shù)。這三種處理技術(shù)均具有投資省、運行費用低、管理維護簡單、處理效果好和運行穩(wěn)定的特點，在重慶市農(nóng)村生活污水處理上具有較強的適應(yīng)性和可行性。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村生活污水；高效藻類塘；復(fù)合型人工濕地；凈化沼氣池－人工濕地

我國農(nóng)村生活污水處理長期以來沒有得到足夠的重視，絕大部分地區(qū)直接排放到當?shù)睾恿�，影響了農(nóng)村人居環(huán)境。

重慶市地處長江上游地區(qū)，轄40個區(qū)縣（自治縣），有580個鎮(zhèn)、291個鄉(xiāng)，8　967個行政村，10多萬個村民小組（自然村）［1］。重慶市所轄鎮(zhèn)鄉(xiāng)量大面廣，居住分散，地形地質(zhì)條件復(fù)雜，社會經(jīng)濟發(fā)展水平較低，是三峽庫區(qū)水資源保護、庫周污染源防治的核心區(qū)域，其生態(tài)安全與環(huán)境保護是國家環(huán)境戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。2009年底，重慶市已建城市污水處理廠約70座，但是農(nóng)村污水廠尚在規(guī)劃中，沒有實施。重慶市農(nóng)村生活污水治理形勢嚴峻。

從20世紀70年代開始，美國、歐洲、日本等發(fā)達國家就開始采用分散式污水處理技術(shù)對農(nóng)村生活污水進行治理，有凈化槽技術(shù)、蚯蚓生態(tài)濾池技術(shù)、土壤地下滲濾處理技術(shù)［2－5］等，并取得了良好的成效。重慶市農(nóng)村生活污水水質(zhì)及水量均有別于城市生活污水，因此，在借鑒國內(nèi)外先進經(jīng)驗基礎(chǔ)上，結(jié)合重慶市農(nóng)村生活污水特點，探索適合農(nóng)村生活污水處理的工藝相當迫切。

1　重慶市農(nóng)村生活污水特點

1．1　水質(zhì)特點

農(nóng)村生活污水主要包含洗澡、洗衣、洗菜廢水和沖廁等污水。污水中一般不含有毒物質(zhì)，往往含有Ｎ、Ｐ等營養(yǎng)物質(zhì)，還含有大量的細菌、病毒和寄生中卵［6］。與其他地區(qū)相比，重慶市農(nóng)村工業(yè)化發(fā)展水平較低，污水以生活污水為主，主要來源有：一是農(nóng)民日常生活排放的生活污水；二是養(yǎng)殖禽畜產(chǎn)生的污水。重慶市不同區(qū)域農(nóng)村，由于居民的飲食習(xí)慣、化糞池系統(tǒng)的使用情況等因素的影響，生活污水水質(zhì)差異性較大。研究表明［7］重慶市石寶村鎮(zhèn)生活污水ＣＯＤ平均值為180ｍｇ·Ｌ-1左右，且差異程度小，ＴＮ濃度整體分布比較均勻，平均值為47．30ｍｇ·Ｌ-1主要分布在25～70ｍｇ·Ｌ-1，ＴＰ的平均值為4．42ｍｇ·Ｌ-1，主要分布在2．0～7．0ｍｇ·Ｌ-1之間，呈現(xiàn)高氮、中磷、低有機物及低碳氮比的特征。研究表明［8］重慶市長壽湖農(nóng)村生活污水ＣＯＤ，ＴＮ和ＴＰ平均值分別為1　624．5，68．4和5．8ｍｇ·Ｌ-1，呈現(xiàn)出高氮磷的高濃度生活污水特征。因此，在選擇污水處理技術(shù)時，應(yīng)對鄉(xiāng)村水質(zhì)進行化驗，并監(jiān)測水質(zhì)的變化狀況。

1．2　水量特點

我國農(nóng)村生活污水量一般較�。�9］�！�2009年重慶市水資源公報》顯示，重慶市農(nóng)村人均生活用水量約53Ｌ／ｄ，約為全國農(nóng)村的人均生活用水量94Ｌ／ｄ的一半［10-11］，同時考慮到污水排放系數(shù)、污水收集率等因素，重慶市農(nóng)村人均生活污水量約為30Ｌ／ｄ。以重慶一個典型村莊100戶，每戶3人為例，則產(chǎn)生的污水量僅為9ｍ3／ｄ，污水規(guī)模較小。已有文獻表明［9，11］，我國農(nóng)村生活污水日變化系數(shù)大（一般為3．0～5．0）。由于重慶市農(nóng)村地區(qū)外出務(wù)工人員比重大，“空心化”現(xiàn)象較為嚴重，污水水量在年內(nèi)季節(jié)及晝夜變化較大，污水排放呈不連續(xù)狀態(tài)，日變化系數(shù)和時變化系數(shù)均較大。

1．3　收集系統(tǒng)特點

我國農(nóng)村生活污水一般呈粗放型排放，96%的村莊沒有系統(tǒng)排水溝渠和污水處理設(shè)施，生活污水多就勢排入低洼處［9］。對重慶市農(nóng)村地區(qū)而言，污水收集系統(tǒng)更加不完善。在重慶較偏遠的農(nóng)村，有些住戶居住分散，戶與戶之間距離遠，而且往往地勢高低錯落，溝渠、橋路等橫穿村落，污水大多自流到地勢低洼的河流等地表水體中，污水收集率遠低于城區(qū)。

2　重慶市農(nóng)村生活污水處理工藝選擇

重慶市農(nóng)村生活污水的水量小、時變化大。同時，由于重慶市農(nóng)村經(jīng)濟基礎(chǔ)相對薄弱、缺乏專業(yè)管理人員，其污水處理設(shè)施的基本要求是操作管理方便，能耗低，經(jīng)濟適用，效果穩(wěn)定。

2．1　高效藻類塘

2．1．1　高效藻類塘工藝原理

早在20世紀50年代，美國加州大學(xué)伯克利分校的Ｏｓｗａｌｄ便提出用藻類來處理污水［12］。高效藻類塘（Ｈｉｇｈ　Ｒａｔｅ�。粒欤纾幔濉。校铮睿�，ＨＲＡＰ）作為穩(wěn)定塘的改進形式，其內(nèi)存在的藻類和細菌比穩(wěn)定塘具有更加豐富的生物相，對有機物及氮磷具有很好的去處效果。高效藻類塘技術(shù)在美國、德國、比利時、新加坡等國得到了廣泛應(yīng)用［13］，在我國太湖地區(qū)農(nóng)村也有應(yīng)用［14-15］。高效藻類塘工藝流程如圖1所示。

進水→沉淀池→高效藻類塘→水生生物塘→出水

圖1　高效藻類塘工藝流程圖

在高效藻類塘中，通過水中藻類和細菌的同化吸收作用以及氨氮的吹脫使污水中氮得到去除。高效藻類塘去除磷的途徑主要包括微生物的同化吸收以及磷酸鹽沉淀。其中，同化吸收的磷所占比例不大，一半在20%以下［15］，Ｂ．Ｐｉｃｏｔ等［16］認為藻類塘中所去除的磷酸鹽中約90%是通過化學(xué)沉淀實現(xiàn)的。在高效藻類塘處理單元后置水生生物塘以進一步降低ＳＳ和氮磷等營養(yǎng)元素以及對藻類的去除。高效藻類塘處理系統(tǒng)污染物去除率如表1所示。

2．1．2　高效藻類塘工藝適用性

高效藻類塘與傳統(tǒng)穩(wěn)定塘相比，既有運行成本低，維護管理簡單等優(yōu)點，又克服了傳統(tǒng)穩(wěn)定塘停留時間過長、占地面積大等缺點，其出水各項指標能達到ＧＢ18918-2006《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級Ｂ類排放標準。高效藻類塘主要技術(shù)經(jīng)濟指標如表2所示。

2．2　復(fù)合型人工濕地

2．2．1　復(fù)合型人工濕地工藝原理

濕地國際組織（Ｗｅｔｌａｎｄｓ　ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）給出的關(guān)于濕地的定義如下：“濕地就是某些有水覆蓋著土壤的地面，或者水存在于土壤的表面或者接近表面。水也可以存在于根區(qū)，整年的或者是每年的某一段時間。”污水中的污染物在經(jīng)過濕地系統(tǒng)過濾后被土壤吸收，或被微生物轉(zhuǎn)變成無害物。人工濕地處理生活污水是人為模擬自然濕地系統(tǒng)，利用強化了的自然生態(tài)系統(tǒng)中物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)同作用，通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解等過程來實現(xiàn)對污水的高效凈化。

豎向折流式濕地＋側(cè)向潛流濕地的復(fù)合型人工濕地技術(shù)是在現(xiàn)有潛流型濕地和滲濾型濕地基礎(chǔ)上改良開發(fā)而成的新型污水處理工藝［17］。其流程如圖2所示。

豎向折流式濕地組和側(cè)向潛流濕地床組以梯度向下的形式，依次水路相連而構(gòu)成。豎向折流式濕地組的每一濕地內(nèi)設(shè)置有至少一塊豎向的導(dǎo)流墻，水流以上下折流的流態(tài)穿過濕地，濕地中放置填料并在頂部栽種水生植物；側(cè)向潛流濕地床組由多級側(cè)向潛流濕地床、自然復(fù)氧區(qū)組成；每一側(cè)向潛流濕地床中的水呈Ｓ形潛行，上一級濕地床與下一級濕地床之間由自然復(fù)氧區(qū)相連，促使污水進行多級好氧→缺氧→好氧循環(huán)生物反應(yīng)。復(fù)合型人工濕地處理系統(tǒng)污染物去除率如表3所示。

2．2．2　復(fù)合型人工濕地工藝適用性

豎向折流式濕地＋側(cè)向潛流濕地的復(fù)合型人工濕地技術(shù)相比普通人工濕地，其占地面積減小約50%左右；由于強化自然復(fù)氧和生物作用，其處理效率提高。豎向折流式濕地＋側(cè)向潛流濕地的復(fù)合型人工濕地出水各項指標能達到ＧＢ18918－2006《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級Ｂ類排放標準，適用于有荒地、地形坡度較大的農(nóng)村地區(qū)，以及利用城鎮(zhèn)周邊的非建設(shè)用地，適用規(guī)模為10～2000噸／天。豎向折流式濕地＋側(cè)向潛流濕地的復(fù)合型人工濕地主要技術(shù)經(jīng)濟指標如表4所示。

2．3　凈化沼氣池－人工濕地

2．3．1　凈化沼氣池－人工濕地工藝原理

厭氧技術(shù)用于處理生活污水已經(jīng)有100多年的歷史，著名的厭氧消化專家Ｇ．Ｌｅｔｔｉｎｇａ教授斷言：厭氧生物處理技術(shù)如果有合適的后處理方法相配合，可以成為分散型生活污水處理模式的核心手段，尤其適合發(fā)展中國家運用［18］。凈化沼氣池［19］是在化糞池和沼氣池的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型沼氣池，解決了化糞池處理效果差，沉積污泥多，沼氣池沼氣回收率低的弊端。凈化沼氣池－人工濕地工藝原理是由于生活污水的生化性高的特點，利用厭氧發(fā)酵技術(shù)，在厭氧的條件下由厭氧和兼氧微生物共同將生活污水中的有機物分解轉(zhuǎn)化成ＣＨ4，ＣＯ2 和Ｈ2Ｏ。為了進一步降解有機物，強化脫氮除磷的能力，在沼氣池后接人工濕地單元。處理工藝流程如圖3所示。

生活污水經(jīng)過后，進入?yún)捬跽{(diào)節(jié)池，參照厭氧污泥床設(shè)計，嚴格密封且隔絕空氣，保持厭氧環(huán)境，其功能是分離截流懸浮物，吸附降解膠體及溶解有機物。凈化沼氣池的功能是進一步截流降解污染物質(zhì)。人工濕地處理單元通過水生植物吸收，微生物的硝化和反硝化作用脫氮，通過植物根系吸收除磷。凈化沼氣池－人工濕地處理系統(tǒng)污染物去除率如表5所示。

2．3．2　凈化沼氣池－人工濕地工藝適用性

農(nóng)村凈化沼氣池為地埋式，不需要專門的建池場地，其結(jié)構(gòu)多采用磚混和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，并且無機械和動力設(shè)備，污水在池內(nèi)自流，無能耗，不需要專人管理運行穩(wěn)定，建設(shè)費用低。

凈化沼氣池－人工濕地工藝適合分散建設(shè)，可以幾戶合建，同時也可以一家一戶修建，尤其適合重慶部分住戶分散，經(jīng)濟發(fā)展落后，遠離市政下水道系統(tǒng)的旅游服務(wù)網(wǎng)點，“農(nóng)家樂”等農(nóng)村地區(qū)。凈化沼氣池－人工濕地處理系統(tǒng)主要技術(shù)經(jīng)濟指標如表6所示。

3　結(jié)語

傳統(tǒng)城市污水處理工藝對于農(nóng)村地區(qū)而言，技術(shù)要求高、操作復(fù)雜，與其經(jīng)濟發(fā)展水平和管理水平不相適應(yīng)，因此傳統(tǒng)工藝并不適合于農(nóng)村生活污水的處理。針對重慶市農(nóng)村地區(qū)生活污水水質(zhì)水量特點，提出了3種適合重慶地區(qū)農(nóng)村生活污水處理技術(shù)：高效藻類塘、復(fù)合型人工濕地和凈化沼氣池－人工濕地技術(shù)。這3種處理技術(shù)都具有投資省、運行費用低、管理維護簡單處理效果好、運行穩(wěn)定的特點，對重慶農(nóng)村生活污水的處理具有較好的經(jīng)濟適用性。

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