浙江省農(nóng)村生活污水的資源化利用工程設(shè)計(jì)

文／王緒寅、施猛猛 浙江問源環(huán)保科技股份有限公司 浙江寧波 310000

1、引言

近年來隨著我國(guó)工業(yè)化、城市化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，水資源的需求量也不斷增加，水資源的短缺也逐漸成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸之一[1]。另一方面，隨著我國(guó)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的提出，農(nóng)村地區(qū)土地利用的類型呈現(xiàn)更加多樣化的趨勢(shì)，以往單一的農(nóng)業(yè)用地逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)展規(guī)模農(nóng)業(yè)的配套用地、發(fā)展生態(tài)旅游和生態(tài)農(nóng)業(yè)的景觀建設(shè)用地、建設(shè)鄉(xiāng)風(fēng)文明的配套公園設(shè)施用地，引進(jìn)工業(yè)企業(yè)的設(shè)施配套廠房用地等[2]。這種趨勢(shì)也促使農(nóng)村地區(qū)水資源的利用需求結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，其中景觀、公園的綠地灌溉用水逐漸成為部分農(nóng)村地區(qū)水資源利用的重要組成部分。鑒于我國(guó)目前的水資源總量和用水結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，水資源仍作為一個(gè)主要的限制因素制約著我國(guó)農(nóng)村地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，發(fā)展節(jié)水灌溉、污水回用等技術(shù)已經(jīng)成為了迫在眉睫的農(nóng)村發(fā)展需求[3]。

農(nóng)村生活污水作為一種大量排放的污水，其大部分污染物濃度滿足《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB5084-2021）的要求，經(jīng)適度的技術(shù)處理即可用于農(nóng)業(yè)灌溉[4]，而《城市污水再生利用 綠地灌溉水質(zhì)》（GBT25499-2010）的對(duì)灌溉水質(zhì)的要求與《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB5084-2021）相接近因而也可考慮將處理后的農(nóng)村生活污水用于綠地灌溉，這樣既能緩解農(nóng)村地區(qū)的用水壓力，也能實(shí)現(xiàn)污水的資源化利用[5]。除此之外，《城市污水再生利用 綠地灌溉水質(zhì)》（GBT25499-2010）對(duì)有害微生物的濃度要求相對(duì)比農(nóng)田灌溉水質(zhì)要求更為嚴(yán)格，因而，若想保證農(nóng)村生活污水用于綠地、農(nóng)田灌溉的安全性，需要采取合適的技術(shù)將其有害微生物濃度控制在合理的范圍內(nèi)。

本研究針對(duì)我國(guó)當(dāng)前農(nóng)村地區(qū)用水緊張的現(xiàn)狀，結(jié)合農(nóng)村地區(qū)水資源利用結(jié)構(gòu)的變化，提出一種以生活污水資源化利用為最終目的，綜合利用農(nóng)村生活污水中氮磷營(yíng)養(yǎng)元素的污水回用工藝：厭氧/好氧/厭氧（AAO）+人工濕地+紫外消毒+砂濾+臭氧消毒，將處理后的達(dá)標(biāo)污水用于農(nóng)村地區(qū)綠地、農(nóng)業(yè)灌溉。通過對(duì)農(nóng)村生活污水的資源化利用，一方面既能減少水肥資源的浪費(fèi)，一定程度上緩解農(nóng)業(yè)、綠地灌溉的缺水問題；另一方面又能解決污水中污染物的處理處置難題，從而減少環(huán)境污染[6，7]。研究選取了浙江省杭州市三個(gè)村莊作為農(nóng)村生活污水回用工程的示范點(diǎn)，該片區(qū)域近年來大力推進(jìn)美麗鄉(xiāng)村建設(shè)，建成了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園、景觀公園、濱水慢行公園等多種設(shè)施，用水結(jié)構(gòu)更加多樣化，本研究重點(diǎn)介紹“AAO +人工濕地+紫外消毒+砂濾+臭氧消毒”技術(shù)處理該片區(qū)域農(nóng)村生活污水的回用情況。

2、工程概況

2.1 廢水水量

本研究設(shè)計(jì)了3個(gè)農(nóng)村污水回用工程，所處理的污水以浙江省杭州市3個(gè)村莊居民在生活和生產(chǎn)過程中形成的污水為主，也包括從事農(nóng)村公益事業(yè)、工作服務(wù)和民宿等經(jīng)營(yíng)活動(dòng)產(chǎn)生的污水。3個(gè)農(nóng)村污水回用工程的設(shè)計(jì)規(guī)模分別為200 m3/d、66 m3/d、30 m3/d。

2.2 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

本工程涉及的3個(gè)污水處理工程的設(shè)計(jì)進(jìn)水、出水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB5084-2021）、《城市污水再生利用 綠地灌溉水質(zhì)》（GBT25499-2010）詳見表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水質(zhì)與灌溉用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的比較

3、工藝流程及設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1 工藝流程

該農(nóng)村生活污水回用工程選用AAO工藝+人工濕地進(jìn)行生物脫氮除磷，選用紫外消毒進(jìn)行初步消毒，再通過集水池收集處理出水，該部分出水可直接用于農(nóng)田灌溉。初步處理后的出水，后續(xù)選用介質(zhì)過濾器進(jìn)一步去除懸浮物（SS），再選用臭氧工藝進(jìn)行強(qiáng)化消毒，強(qiáng)化消毒后的出水進(jìn)入蓄水區(qū)，并在其后設(shè)置引水罐，以將處理后的出水用于綠地灌溉。蓄水區(qū)及引水罐內(nèi)部均設(shè)液位計(jì)，通過電氣進(jìn)行聯(lián)動(dòng)設(shè)置，當(dāng)引水罐低位，蓄水區(qū)高位時(shí)開啟提升泵，保證回用水的及時(shí)補(bǔ)充。具體工藝流程如圖1所示。

圖1 農(nóng)村污水回用工藝流程

3.2 主要構(gòu)筑物及設(shè)備

三個(gè)回用工程的主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)見表2。

表2 主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)

4、工程運(yùn)行情況

三個(gè)農(nóng)村污水回用工程建成后，經(jīng)一個(gè)月的調(diào)試，各處理單元均運(yùn)行正常，出水水質(zhì)良好，能夠穩(wěn)定達(dá)到設(shè)計(jì)要求。三個(gè)回用工程的進(jìn)水、出水水質(zhì)的平均值見表3。

將表3的數(shù)據(jù)與表1灌溉用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對(duì)，可以看出3個(gè)回用工程綠地灌溉出水pH的范圍為7.0～7.5，出水CODcr的范圍為18.4mg/L～54 mg/L，出水SS濃度范圍為5mg/L～10 mg/L，出水糞大腸桿菌群濃度范圍為130～300個(gè)/L，以及出水重金屬濃度（詳見表3），均已滿足綠地灌溉的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（水作、旱作、蔬菜）的標(biāo)準(zhǔn)，故將這三個(gè)回用工程的出水通過噴灌系統(tǒng)用于周圍綠地的日常灌溉。除此之外，回用工程3的農(nóng)田灌溉出水pH的范圍為6.8～7.2，出水CODcr的范圍為31.2mg/L～61.2mg/L，出水SS濃度范圍為14mg/L～30mg/L，出水糞大腸桿菌群濃度范圍為800～3500個(gè)/L，滿足農(nóng)田灌溉的水質(zhì)（水作、旱作、蔬菜）的標(biāo)準(zhǔn)，并且考慮到回用工程3附近存在大部分的農(nóng)業(yè)用地，從經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性兩方面考慮，因而將回用工程3滿足農(nóng)業(yè)灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（水作、旱作、蔬菜）的部分出水用于農(nóng)業(yè)灌溉。

表3 回用工程1和回用工程2的進(jìn)水、出水水質(zhì)濃度

表4 回用工程3的進(jìn)水、出水水質(zhì)濃度

三個(gè)回用工程的出水回用情況見表5，其中回用工程1#的日均灌溉量為200 m3/d，均用于綠地灌溉，灌溉面積為2683 m2；回用工程2#的日均灌溉量為30 m3/d，均用于綠地灌溉，灌溉面積為602 m2；回用工程3#的日均灌溉量為66 m3/d， 其中部分出水用于綠地灌溉（780 m2），結(jié)合該工程附近有種植蔬菜的大片農(nóng)田故將該工程的部分出水用于農(nóng)業(yè)灌溉（1200 m2）。

表5 回用工程的應(yīng)用情況

5、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

本項(xiàng)目3個(gè)回用工程總投資及運(yùn)行費(fèi)用見表6。

表6 各回用工程的投資及運(yùn)行費(fèi)用

結(jié)論：

本研究采用“AAO-人工濕地-紫外消毒-砂濾-臭氧消毒”組合工藝處理農(nóng)村生活污水，出水水質(zhì)基本可滿足《城市污水再生利用綠地灌溉水質(zhì)》（GBT25499-2010）、《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB5084-2005）標(biāo)準(zhǔn)，其中：

（1）污水經(jīng)厭氧-缺氧-好氧-人工濕地-紫外消毒-砂濾-臭氧消毒處理后，出水糞大腸桿菌群濃度大大降低，可基本滿足非限制綠地的灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，并且砂濾工藝能有效降低出水SS濃度，避免懸浮物堵塞噴灌噴頭，大大延長(zhǎng)了噴灌系統(tǒng)的壽命；

（2）污水經(jīng)厭氧-缺氧-好氧-人工濕地-紫外消毒工藝處理后，出水水質(zhì)基本滿足農(nóng)業(yè)灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（水作、旱作、蔬菜）的標(biāo)準(zhǔn)，可直接用于農(nóng)田灌溉，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水中氮磷的資源化利用；

綜上，根據(jù)本研究工藝所建立的農(nóng)村污水回用工程，其出水可用于農(nóng)村非限制綠地、農(nóng)田的灌溉，并且運(yùn)行維護(hù)便捷，能耗合理，對(duì)農(nóng)村生活污水的資源化利用具有良好的示范效果。