農(nóng)村污水無動(dòng)力復(fù)合生態(tài)凈化工藝

2019年1月印發(fā)的《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于堅(jiān)持農(nóng)業(yè)農(nóng)村優(yōu)先發(fā)展做好“三農(nóng)”工作的若干意見》將農(nóng)村生活污水治理作為實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略、改善農(nóng)村人居環(huán)境的重要任務(wù)。截止到2020年年底，建制鎮(zhèn)污水處理率達(dá)到70%，而村鎮(zhèn)污水處理能力僅為214.77萬m3/d，污水處理率僅有18.75%。村鎮(zhèn)污水處理相對(duì)滯后，大量污水未經(jīng)處理直接排入附近水域，嚴(yán)重影響水體環(huán)境。農(nóng)村居住人口較少且地理位置較為分散，難以通過集中模式進(jìn)行污水處理，因?yàn)榧惺轿鬯幚韽?qiáng)烈依賴于排水管網(wǎng)收集系統(tǒng)，投資大、運(yùn)行成本高，并不完全適用于農(nóng)村污水處理。分散式污水治理通過小型污水處理設(shè)備或設(shè)施可對(duì)小范圍內(nèi)污水進(jìn)行就近處理，高度適用于污染源分散的鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村。

無動(dòng)力復(fù)合生態(tài)凈化技術(shù)經(jīng)過不斷探索與試驗(yàn)，已經(jīng)高度適用于農(nóng)村污水的處理?？舍槍?duì)完全分散的1―2戶設(shè)置，也可針對(duì)相對(duì)集中的幾十到幾百戶設(shè)置。系統(tǒng)建成后可連續(xù)運(yùn)行10年以上，實(shí)現(xiàn)“無設(shè)備、無動(dòng)力、無能耗、無藥劑、無耗材、無維護(hù)”的節(jié)能生態(tài)綠色處理，尾水可直接排放或者資源化利用。本文介紹了農(nóng)村污水無動(dòng)力復(fù)合生態(tài)凈化技術(shù)及其工程應(yīng)用情況，以期為農(nóng)村生活污水處理提供技術(shù)參考。

1、農(nóng)村生活污水的特點(diǎn)及存在的問題

1.1 農(nóng)村生活污水的特點(diǎn)

農(nóng)村生活污水主要由餐廚污水、糞尿和潔具沖洗用水、沐浴洗滌用水組成，水質(zhì)主要有以下特點(diǎn)：

（1）分布面廣且較為分散，大部分村落無排污管網(wǎng)，無法集中收集。

（2）污水濃度高，水質(zhì)波動(dòng)大，氮、磷含量高，不含重金屬元素，五日生化需氧量/重鉻酸鹽指數(shù)（BOD5/CODCr）的比值（0.39―0.92）比城鎮(zhèn)污水高，可生化性強(qiáng)。

（3）排水量變化系數(shù)大，一天中早晚比其他時(shí)間段排放量大，水量排放不連續(xù)。

（4）大部分無污水集中排放管網(wǎng)，多采取就地排放或者明溝排放。

（5）處理率低，大部分地區(qū)缺乏污水處理裝置，多數(shù)地區(qū)還在使用傳統(tǒng)的旱廁，有水沖廁所的地區(qū)大多是三格化糞池設(shè)施，其污水中所含污染物濃度依然很高。

1.2 農(nóng)村污水處理面臨的問題

雖然我國(guó)城鄉(xiāng)一體化建設(shè)逐步加快，但農(nóng)村污水處理仍存在較多的問題，我國(guó)農(nóng)村生活污水處理剛剛起步，還沒有形成系統(tǒng)化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，處理過程中主要面臨以下幾種問題：

（1）缺少適宜不同區(qū)域特點(diǎn)的實(shí)用技術(shù)。我國(guó)農(nóng)村地區(qū)存在著明顯的區(qū)域差異性特征，導(dǎo)致常規(guī)技術(shù)在不同地域運(yùn)用時(shí)會(huì)出現(xiàn)大量問題。

（2）污水處理標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范尚未建立。目前，農(nóng)村污水處理直接套用城鎮(zhèn)的污水處理標(biāo)準(zhǔn)體系，因?yàn)槌松贁?shù)地區(qū)規(guī)定了農(nóng)村污水的處理標(biāo)準(zhǔn)外，大部分地區(qū)沒有統(tǒng)一的農(nóng)村污水處理標(biāo)準(zhǔn)。農(nóng)村污水氮、磷含量高，水體富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重，單位處理噸水技術(shù)成本高，完全參考城市污水處理的標(biāo)準(zhǔn)不是非常合理。

（3）缺乏長(zhǎng)效的運(yùn)行管理機(jī)制。對(duì)于建成的污水處理設(shè)備，運(yùn)行維護(hù)資金短缺、無保障，缺乏專業(yè)人員進(jìn)行運(yùn)行及維護(hù)管理，設(shè)備故障時(shí)得不到及時(shí)維護(hù)，長(zhǎng)期處于廢棄狀態(tài)，工程管理水平普遍較低。

（4）居民環(huán)保意識(shí)薄弱。農(nóng)村居民環(huán)境保護(hù)意識(shí)薄弱，大多數(shù)不愿承擔(dān)污水處理設(shè)備費(fèi)用，村鎮(zhèn)政府對(duì)污水處理可支配資金較少，導(dǎo)致農(nóng)村污水處理政策推進(jìn)困難。

2、農(nóng)村污水無動(dòng)力復(fù)合生態(tài)凈化技術(shù)

2.1 農(nóng)村污水無動(dòng)力復(fù)合生態(tài)凈化技術(shù)工藝

針對(duì)農(nóng)村生活污水污染負(fù)荷高、排水量變化系數(shù)大的特點(diǎn)，開發(fā)了無動(dòng)力復(fù)合生態(tài)凈化技術(shù)，利用人工基質(zhì)、定向選擇和培育的功能微生物及凈水植物，通過填料吸附過濾、微生物轉(zhuǎn)化與降解、植物吸收轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)生活污水的深度處理和資源化利用。

經(jīng)過統(tǒng)一收集的農(nóng)村生活污水通過管道輸送至調(diào)節(jié)池，在調(diào)節(jié)池內(nèi)通過重力自然沉降去除泥沙和大顆粒污染物。調(diào)節(jié)池內(nèi)污水與厭氧反應(yīng)池內(nèi)微生物充分混合，通過微生物代謝降解去除有機(jī)污染物。前端處理后的污水通過重力流入生態(tài)凈化床，結(jié)合基質(zhì)吸附、植物根系物質(zhì)交換與光合作用，對(duì)污水進(jìn)行進(jìn)一步的凈化和蒸發(fā)。出水水質(zhì)可達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918―2002）中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)于單戶處理：采用一體化集成裝備，只需將管路與每戶常用的排水口對(duì)接進(jìn)入裝備入口即可。裝備入口設(shè)過濾網(wǎng)以攔截大顆粒污染物。微生物、基質(zhì)、植物集成在一個(gè)裝置系統(tǒng)中，利用基質(zhì)―微生物―植物的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，經(jīng)物理、化學(xué)和生物的聯(lián)合作用達(dá)到高效凈化污水的目的。實(shí)際運(yùn)行中只需定期清洗、更換濾網(wǎng)即可。

對(duì)于集中處理：需要利用（鋪設(shè)）污水管道將污水集中排入無動(dòng)力污水處理系統(tǒng)，利用系統(tǒng)中的基質(zhì)、微生物、特定植物對(duì)污水進(jìn)行凈化處理。在系統(tǒng)建設(shè)初期完成微生物接種、馴化，特定植物培育、移栽，后續(xù)根據(jù)運(yùn)行情況補(bǔ)充少量微生物、植物，以保證系統(tǒng)處理效果。

2.2 農(nóng)村污水無動(dòng)力復(fù)合生態(tài)凈化技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（1）適用廣。

可針對(duì)完全分散的1―2戶設(shè)置，也可針對(duì)相對(duì)集中的幾十到幾百戶設(shè)置，系統(tǒng)可穩(wěn)定運(yùn)行10年以上。

（2）生態(tài)集成化。

農(nóng)村污水無動(dòng)力復(fù)合生態(tài)凈化技術(shù)在無動(dòng)力情況下，將厭氧、好氧、多介質(zhì)滲濾和人工濕地生態(tài)處理技術(shù)優(yōu)化集成，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，多介質(zhì)生態(tài)協(xié)同處理，實(shí)現(xiàn)“無設(shè)備、無動(dòng)力、無能耗、無藥劑、無耗材、無維護(hù)”的節(jié)能生態(tài)綠色處理，尾水可直接排放或者資源化利用。

（3）資源化。

裝備結(jié)構(gòu)可采用3D打印技術(shù)，使用城市、鋼廠、電廠、煤化工固體廢棄物作為原料，實(shí)現(xiàn)廢棄物再生利用，達(dá)到“以廢治廢”的目的。

（4）節(jié)能高效。

使用無動(dòng)力復(fù)合生態(tài)凈化處理系統(tǒng)每年可節(jié)約能耗100%，污水中CODCr和BOD5減少95%，總氮（TN）和總磷（TP）分別減少95%、90%，處理1t生活污水，可減少二氧化碳（CO2）排放6.7kg。該處理系統(tǒng)占地面積為傳統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)占地面積的1/3。

2.3 農(nóng)村污水無動(dòng)力復(fù)合生態(tài)凈化技術(shù)原理

農(nóng)村污水無動(dòng)力復(fù)合生態(tài)凈化技術(shù)利用人工基質(zhì)、定向選擇和培育的功能微生物及馴化的凈水植物，通過填料吸附過濾、微生物轉(zhuǎn)化與降解、植物吸收轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)生活污水的深度處理和資源化利用。

（1）CODCr、BOD5降解：農(nóng)村生活污水中CODCr、BOD5的降解主要靠微生物的代謝活動(dòng)，在厭氧池中，微生物形成微生物群落結(jié)構(gòu)，污水中的有機(jī)污染物在厭氧細(xì)菌和兼性菌的處理下分解為小分子有機(jī)物、甲烷（CH4）、CO2和水（H2O）。隨后污水進(jìn)入復(fù)合生態(tài)凈化床，填料的吸附、微生物的降解及植物的吸收作用使污水中的CODCr、BOD5得以去除。厭氧降解和復(fù)合生態(tài)凈化床的多級(jí)循環(huán)降解完成了有機(jī)物的深度脫除。

（2）懸浮物（SS）的脫除：農(nóng)村生活污水所含SS較少。小顆粒有機(jī)物靠微生物的降解作用去除，而無機(jī)物主要依靠物理攔截、沉降和過濾作用去除。

（3）氮的去除：農(nóng)村污水無動(dòng)力復(fù)合生態(tài)凈化技術(shù)的脫氮原理主要是微生物氨化、硝化和反硝化作用，植物吸收氮的比例約為10%。

氨氮（NH3-N）的脫除：農(nóng)村生活污中水NH3-N的脫除主要采用生物法。在好氧條件下，污水中的有機(jī)氮被分解成NH3-N，NH3-N在亞硝化菌、硝化菌作用下經(jīng)過硝化作用被氧化成亞硝酸鹽和硝酸鹽。其反應(yīng)方程式如下：

TN的脫除：NH3-N經(jīng)過硝化作用轉(zhuǎn)化為硝酸鹽和亞硝酸鹽，TN的含量保持不變，TN去除主要在反硝化菌的作用下，將硝酸鹽和亞硝酸鹽中的氮還原成氮?dú)猓?/span>N2），完成脫氮過程。

TN去除的反應(yīng)方程式如下：

（4）TP的脫除：農(nóng)村生活污水中TP的去除過程主要由植物和基質(zhì)來完成，少量磷酸鹽被植物吸收合成自身所需要的營(yíng)養(yǎng)成分，基質(zhì)以離子交換形式的化學(xué)吸附以及填料表面沉積過程實(shí)現(xiàn)對(duì)可溶性磷酸鹽的去除，有機(jī)磷與難溶性無機(jī)磷需要在微生物、植物與基質(zhì)的協(xié)同作用下去除。

3、農(nóng)村污水無動(dòng)力復(fù)合生態(tài)凈化技術(shù)的工程應(yīng)用

安徽桐城無動(dòng)力農(nóng)村生活污水處理項(xiàng)目于2021年建成并運(yùn)行，處理化糞池出口污水及生活污水約10t/d。項(xiàng)目采用四級(jí)循環(huán)生活污水無動(dòng)力復(fù)合生態(tài)凈化系統(tǒng)，利用水位差形成無動(dòng)力水流條件，增加水流途徑，在復(fù)合生態(tài)凈化床內(nèi)部與植物根系、微生物、基質(zhì)充分接觸，實(shí)現(xiàn)污染物的深度凈化處理，出水可達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918―2002）中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。農(nóng)村污水無動(dòng)力復(fù)合生態(tài)凈化系統(tǒng)凈化效果見下表。

4、結(jié)語

（1）針對(duì)農(nóng)村生活污水的特點(diǎn)及存在的問題，開發(fā)了農(nóng)村污水無動(dòng)力復(fù)合生態(tài)凈化技術(shù)，系統(tǒng)可針對(duì)完全分散的1―2戶設(shè)置，也可針對(duì)相對(duì)集中的幾十到幾百戶設(shè)置。該項(xiàng)目不僅實(shí)現(xiàn)了建筑廢棄物再利用，達(dá)到“以廢治廢”的目的，而且占地面積小、適用范圍廣，整個(gè)處理過程無設(shè)備、無動(dòng)力、無能耗、無藥劑、無耗材、無維護(hù)。

（2）農(nóng)村污水無動(dòng)力復(fù)合生態(tài)凈化處理系統(tǒng)每年節(jié)約能耗100%，污水中CODCr減少95%，TN和TP分別減少95%、90%，處理1t生活污水，可減少CO2排放6.7kg，該系統(tǒng)占地面積為傳統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)占地面積的1/3。

（3）在安徽桐城農(nóng)村生活污水處理項(xiàng)目中，采用四級(jí)循環(huán)生活污水無動(dòng)力復(fù)合生態(tài)凈化系統(tǒng)，出水可達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918―2002）中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。（來源：上海國(guó)惠環(huán)境技術(shù)有限公司）