廣西農(nóng)村生活污水處理工藝篩選

黃舒鵬，陳 萍，黃舒城，趙文強(qiáng)

（1.南寧市市政工程管理處，廣西南寧 530011；2.廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西南寧 530007；3.廣西壯族自治區(qū)環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，廣西南寧 530022；4.廣西壯族自治區(qū)自然資源生態(tài)修復(fù)中心，廣西南寧 530021）

中共中央、國務(wù)院《關(guān)于實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的意見》中指出，我國農(nóng)村存在“基礎(chǔ)設(shè)施和民生領(lǐng)域欠賬較多，農(nóng)村環(huán)境和生態(tài)問題比較突出”等問題，提出“總結(jié)推廣使用不同地區(qū)的農(nóng)村污水治理模式，加強(qiáng)技術(shù)支撐和指導(dǎo)”的指導(dǎo)策略［1］。廣西地處我國西南，自然資源豐富、區(qū)位條件優(yōu)越、發(fā)展?jié)摿^大。近年農(nóng)村地區(qū)產(chǎn)業(yè)開發(fā)強(qiáng)度日漸加強(qiáng)，與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的矛盾日益突出，其中農(nóng)村生活污水影響最大。因此，篩選廣西農(nóng)村生活污水處理工藝，有利于全面優(yōu)化農(nóng)村生活污水處理模式，提高農(nóng)村水環(huán)境質(zhì)量，有利于拓寬建設(shè)“美麗廣西·幸福鄉(xiāng)村”的實(shí)施路徑［2］。

1 廣西農(nóng)村生活污水排放情況

廣西農(nóng)村生活污水主要來源于農(nóng)戶家中的廚房洗菜等洗滌廢液、沖洗廁所、洗衣及淋浴排水等，普遍無收集設(shè)施，排出戶外后，隨著雨水流入地表水體，滲透到土壤和地下水中［3］。

1.1 排放方式

廣西農(nóng)村生活污水收集率較低，污水管網(wǎng)收集系統(tǒng)滯后于城市，排放粗放、分散且流量不大。部分生活污水直接通過原來村內(nèi)的雨水渠、暗渠等簡(jiǎn)陋的污水管網(wǎng)，未經(jīng)處理就排入就近的池塘、低洼地等，最終被土壤吸納或排入周邊江河湖泊等納污水體。未經(jīng)處理的污水流入池塘等地，易滋生細(xì)菌與蚊蟲，進(jìn)而影響居住環(huán)境及居民身體健康。同時(shí)，農(nóng)村生活污水滲透造成污染，影響農(nóng)村飲用水源安全，導(dǎo)致周邊河流、湖泊、水庫、池塘呈富營(yíng)養(yǎng)化。

1.2 污水組成

廣西農(nóng)村生活污水可分為黑水（沖廁水）和灰水（其余排水）兩部分［4］，主要包括洗滌、洗浴和廚房用水及人、畜尿和家禽養(yǎng)殖廢水等［5］。廣西各地區(qū)農(nóng)村建設(shè)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展各有不同：工業(yè)園區(qū)、工業(yè)集中區(qū)布局在農(nóng)村的，村里有小型企業(yè)、作坊的，村里作為旅游集散地的，除生活污水外，還包括工業(yè)廢水和餐飲業(yè)污水等；以種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)為主的農(nóng)村排放的污水，除生活污水外，還包括農(nóng)田污水、養(yǎng)殖沖洗水及廢液。

1.3 排放規(guī)律

當(dāng)?shù)剞r(nóng)民生活方式、作息規(guī)律決定了生活污水排放的時(shí)間、水量等。排放具有間歇性的時(shí)間規(guī)律，排放高峰期是11:00－14:00 和17:00－19:00，從早上到晚上呈上升趨勢(shì)，19:00 之后逐漸下降。排放特征見表1。

表1 廣西農(nóng)村生活污水排放特征

2 廣西農(nóng)村生活污水處理工藝篩選

廣西農(nóng)村生活污水處理工藝依據(jù)處理的原理可分為生化、物化、生態(tài)及多種組合處理技術(shù)，結(jié)合廣西農(nóng)村可用于污水處理站建設(shè)用地少、經(jīng)濟(jì)水平不高、受高等教育人員偏少的特點(diǎn)，當(dāng)前應(yīng)用較廣的農(nóng)村生活污水處理工藝主要有4 種。

2.1 常規(guī)人工濕地

建筑常規(guī)人工濕地的方法是構(gòu)成溝槽、溝渠或水池，在建筑物底部鋪設(shè)防滲漏隔水層，填充一定深度的土壤或礫石填料，人工模擬出自然濕地的生態(tài)環(huán)境，不同地區(qū)根據(jù)實(shí)際情況種植水生或沼生草本植物，廣西一般種植黃菖蒲、美人蕉、水蔥等。污水以推流方式進(jìn)入布滿生物膜的介質(zhì)表面，在植物根區(qū)和溶解氧進(jìn)行充分的接觸而獲得凈化。其缺點(diǎn)是占地面積較大，處理能力較差，目前仍需研究增強(qiáng)除磷效果，進(jìn)一步優(yōu)化濕地基質(zhì)填料等方面［6］。

2.2 “水解酸化+生態(tài)濾槽+接觸氧化”處理工藝

該工藝水解酸化的階段類似于厭氧消化的2 個(gè)階段，將難生物降解大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易生物降解小分子。出水自流入接觸氧化池，使用內(nèi)掛生物親和性填料，好氧專性微生物附著在生物親和性填料表面，利用流經(jīng)的生活污水中的有機(jī)物進(jìn)行新陳代謝作用，將有機(jī)物徹底分解為水、二氧化碳及新的微生物體，從而去除水中的污染物質(zhì)。接觸氧化池出水進(jìn)入沉淀池，懸浮物質(zhì)在物理沉降作用下匯集在池底泥斗區(qū)，再經(jīng)過污泥泵抽至污泥干化池進(jìn)行干化等無害化處理后外運(yùn)。沉淀池出水自流進(jìn)入生態(tài)濾槽，生態(tài)濾槽內(nèi)掛生物親和性填料，生態(tài)濾槽上部種植根系發(fā)達(dá)的水生植物，利用水生植物的代謝作用去除污染物，同時(shí)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 MBR 多功能綜合處理工藝

膜生物反應(yīng)器（Membrane Bio-Reactor，MBR）簡(jiǎn)稱MBR 處理工藝，是膜分離技術(shù)和生物技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，一般由生化區(qū)、膜分離區(qū)、產(chǎn)水系統(tǒng)及清洗系統(tǒng)等部分組成。生活污水進(jìn)入MBR 系統(tǒng)后，首先經(jīng)過膜分離區(qū)浸放元件構(gòu)成的組件，原生及后生動(dòng)物、菌膠團(tuán)和游離細(xì)菌等被孔徑0.3 μm 的中空纖維膜全部截留在曝氣池中［7］，通過膜組件的高效分離，確保出水水質(zhì)。同時(shí)由于膜組件的隔離，污泥濃度達(dá)到8 000～12 000 mg·L-1，為完善、豐富微生物種群提供條件，提高了曝氣池抗污染物沖擊負(fù)荷的能力［8］，使出水更加穩(wěn)定。

2.4 多級(jí)生態(tài)凈化污水處理技術(shù)

該工藝類似于“厭氧-好氧”的處理技術(shù)，厭氧降解過程與“水解酸化+生態(tài)濾槽+接觸氧化”處理工藝的厭氧降解過程一致，廢水中有機(jī)物經(jīng)甲烷菌等大量微生物的共同作用，最終轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳、水、硫化氫和氨等；好氧工藝段，利用好氧微生物在曝氣條件下的代謝功能，逐級(jí)釋放能量，最終將無機(jī)物穩(wěn)定下來，達(dá)到無害化的要求。生物處理過程的生化反應(yīng)方程式如下。

分解反應(yīng)：

CHONS（有機(jī)物組成元素）+O2→CO2+H2O+NH3+SO42-+…+能量

合成代謝反應(yīng)：

CHONS（有機(jī)物的組成元素）+能量→C5H7NO2微生物內(nèi)源呼吸：

C5H7NO2+O2→CO2+H2O+NH3+SO42-+…+能量

接觸氧化池出水進(jìn)入二沉池，懸浮物質(zhì)在物理沉降作用下匯集在池底泥斗區(qū)，再經(jīng)過污泥泵抽至污泥干化場(chǎng)進(jìn)行無害化處理后外運(yùn)。進(jìn)一步澄清后的出水自流進(jìn)入人工濕地，人工濕地對(duì)污水殘留的污染物質(zhì)進(jìn)行深度處理，可以去除懸浮物、色度，最后與灰水匯合流入人工濕地后可用于農(nóng)田、果園及苗木的灌溉。對(duì)于濃度相對(duì)較低的灰水，經(jīng)過格柵阻隔較大雜質(zhì)，流入初沉池，進(jìn)行預(yù)處理，去除泥沙等固體物質(zhì)。

采用多級(jí)生態(tài)凈化污水處理技術(shù)有很多好處：可以達(dá)到多級(jí)凈化、多重保護(hù)、保障出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)；污泥產(chǎn)量也非常少，僅為傳統(tǒng)工藝的1/10；運(yùn)行成本低、無藥劑消耗、能耗低、設(shè)備維護(hù)少且維護(hù)費(fèi)用低；自動(dòng)化程度高，運(yùn)營(yíng)管理簡(jiǎn)便；工藝運(yùn)行靈活，抗污染負(fù)荷能力強(qiáng)。以上農(nóng)村生活污水處理工藝對(duì)比見表2。

表2 農(nóng)村生活污水處理工藝對(duì)比表

3 篩選建議

廣西農(nóng)村生活污水治理要結(jié)合區(qū)情，優(yōu)先考慮當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)水平、投資現(xiàn)狀、運(yùn)維機(jī)制，建立起有效、節(jié)能、操作簡(jiǎn)單且運(yùn)維成本低的模式，真正服務(wù)于當(dāng)?shù)鼐用竦拿裆?、鄉(xiāng)村建設(shè)。

3.1 處理成效優(yōu)先

廣西農(nóng)村生活污水處理設(shè)施所選擇的工藝優(yōu)先選取出水水質(zhì)穩(wěn)定且達(dá)標(biāo)、工藝成熟可靠、流程完整的處理技術(shù)，尾水可用于綠化與農(nóng)業(yè)灌溉用水，如人工濕地、“水解酸化+接觸氧化+生態(tài)濾槽”處理工藝和MBR 膜多功能綜合處理工藝。

3.2 節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本

廣西農(nóng)村地區(qū)相對(duì)于城市地區(qū)經(jīng)濟(jì)較不發(fā)達(dá)，運(yùn)維資金只能確保污水處理設(shè)施的正常運(yùn)行。應(yīng)盡量選擇具有運(yùn)行管理方便、工藝流程簡(jiǎn)單、占地較小且工藝設(shè)備較少的系統(tǒng)，降低運(yùn)維資金的投入。在污水處理設(shè)施操作管理方面，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)日常管理、操作人員的專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，或選擇操作簡(jiǎn)單的污水處理工藝，如人工濕地、“水解酸化+接觸氧化+生態(tài)濾槽”處理工藝。

3.3 治理與美化結(jié)合

廣西山多平地少，已建成污水處理設(shè)施的基本上都是采取就近的原則，在村內(nèi)距離居民區(qū)較近的地方，應(yīng)考慮臭氣少、衛(wèi)生條件較好、不易產(chǎn)生二次污染的工藝，以避免污水處理設(shè)施影響到居民的正常生活［9］。