重慶市農村生活污水處理經濟適用技術探討
摘要：重慶市農村地區住戶居住較為分散，地形差異大，經濟水平不高，其生活污水具有水質、水量日變化系數和時變化系數均較大的特點，與城市生活污水具有較大的差別。因此，傳統城市污水處理工藝并不適合重慶市農村生活污水的治理。針對重慶市農村生活污水的特點，詳細介紹了三種適合重慶市農村生活污水處理的經濟適用技術，包括高效藻類塘、復合型人工濕地和凈化沼氣池－人工濕地技術。這三種處理技術均具有投資省、運行費用低、管理維護簡單、處理效果好和運行穩定的特點，在重慶市農村生活污水處理上具有較強的適應性和可行性。
關鍵詞：農村生活污水；高效藻類塘；復合型人工濕地；凈化沼氣池－人工濕地
我國農村生活污水處理長期以來沒有得到足夠的重視，絕大部分地區直接排放到當地河流，影響了農村人居環境。
重慶市地處長江上游地區，轄40個區縣（自治縣），有580個鎮、291個鄉，8 967個行政村，10多萬個村民小組（自然村）［1］。重慶市所轄鎮鄉量大面廣，居住分散，地形地質條件復雜，社會經濟發展水平較低，是三峽庫區水資源保護、庫周污染源防治的核心區域，其生態安全與環境保護是國家環境戰略的重要內容。2009年底，重慶市已建城市污水處理廠約70座，但是農村污水廠尚在規劃中，沒有實施。重慶市農村生活污水治理形勢嚴峻。
從20世紀70年代開始，美國、歐洲、日本等發達國家就開始采用分散式污水處理技術對農村生活污水進行治理，有凈化槽技術、蚯蚓生態濾池技術、土壤地下滲濾處理技術［2－5］等，并取得了良好的成效。重慶市農村生活污水水質及水量均有別于城市生活污水，因此，在借鑒國內外先進經驗基礎上，結合重慶市農村生活污水特點，探索適合農村生活污水處理的工藝相當迫切。
1 重慶市農村生活污水特點
1．1 水質特點
農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，往往含有Ｎ、Ｐ等營養物質，還含有大量的細菌、病毒和寄生中卵［6］。與其他地區相比，重慶市農村工業化發展水平較低，污水以生活污水為主，主要來源有：一是農民日常生活排放的生活污水；二是養殖禽畜產生的污水。重慶市不同區域農村，由于居民的飲食習慣、化糞池系統的使用情況等因素的影響，生活污水水質差異性較大。研究表明［7］重慶市石寶村鎮生活污水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時，應對鄉村水質進行化驗，并監測水質的變化狀況。
1．2 水量特點
我國農村生活污水量一般較小［9］。《2009年重慶市水資源公報》顯示，重慶市農村人均生活用水量約53Ｌ／ｄ，約為全國農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、污水收集率等因素，重慶市農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，則產生的污水量僅為9ｍ3／ｄ，污水規模較小。已有文獻表明［9，11］，我國農村生活污水日變化系數大（一般為3．0～5．0）。由于重慶市農村地區外出務工人員比重大，“空心化”現象較為嚴重，污水水量在年內季節及晝夜變化較大，污水排放呈不連續狀態，日變化系數和時變化系數均較大。
1．3 收集系統特點
我國農村生活污水一般呈粗放型排放，96%的村莊沒有系統排水溝渠和污水處理設施，生活污水多就勢排入低洼處［9］。對重慶市農村地區而言，污水收集系統更加不完善。在重慶較偏遠的農村，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。
2 重慶市農村生活污水處理工藝選擇
重慶市農村生活污水的水量小、時變化大。同時，由于重慶市農村經濟基礎相對薄弱、缺乏專業管理人員，其污水處理設施的基本要求是操作管理方便，能耗低，經濟適用，效果穩定。
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 Ａｌｇａｅ Ｐｏｎｄ，ＨＲＡＰ）作為穩定塘的改進形式，其內存在的藻類和細菌比穩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。高效藻類塘技術在美國、德國、比利時、新加坡等國得到了廣泛應用［13］，在我國太湖地區農村也有應用［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%是通過化學沉淀實現的。在高效藻類塘處理單元后置水生生物塘以進一步降低ＳＳ和氮磷等營養元素以及對藻類的去除。高效藻類塘處理系統污染物去除率如表1所示。
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2．1．2 高效藻類塘工藝適用性
高效藻類塘與傳統穩定塘相比，既有運行成本低，維護管理簡單等優點，又克服了傳統穩定塘停留時間過長、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經濟指標如表2所示。
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2．2 復合型人工濕地
2．2．1 復合型人工濕地工藝原理
濕地國際組織（Ｗｅｔｌａｎｄｓ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）給出的關于濕地的定義如下：“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，整年的或者是每年的某一段時間。”污水中的污染物在經過濕地系統過濾后被土壤吸收，或被微生物轉變成無害物。人工濕地處理生活污水是人為模擬自然濕地系統，利用強化了的自然生態系統中物理、化學和生物的三重協同作用，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對污水的高效凈化。
豎向折流式濕地＋側向潛流濕地的復合型人工濕地技術是在現有潛流型濕地和滲濾型濕地基礎上改良開發而成的新型污水處理工藝［17］。其流程如圖2所示。
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豎向折流式濕地組和側向潛流濕地床組以梯度向下的形式，依次水路相連而構成。豎向折流式濕地組的每一濕地內設置有至少一塊豎向的導流墻，水流以上下折流的流態穿過濕地，濕地中放置填料并在頂部栽種水生植物；側向潛流濕地床組由多級側向潛流濕地床、自然復氧區組成；每一側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氧區相連，促使污水進行多級好氧→缺氧→好氧循環生物反應。復合型人工濕地處理系統污染物去除率如表3所示。
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2．2．2 復合型人工濕地工藝適用性
豎向折流式濕地＋側向潛流濕地的復合型人工濕地技術相比普通人工濕地，其占地面積減小約50%左右；由于強化自然復氧和生物作用，其處理效率提高。豎向折流式濕地＋側向潛流濕地的復合型人工濕地出水各項指標能達到ＧＢ18918－2006《城鎮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、地形坡度較大的農村地區，以及利用城鎮周邊的非建設用地，適用規模為10～2000噸／天。豎向折流式濕地＋側向潛流濕地的復合型人工濕地主要技術經濟指標如表4所示。
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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
厭氧技術用于處理生活污水已經有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上發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，利用厭氧發酵技術，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。
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生活污水經過后，進入厭氧調節池，參照厭氧污泥床設計，嚴格密封且隔絕空氣，保持厭氧環境，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。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－人工濕地處理系統污染物去除率如表5所示。
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2．3．2 凈化沼氣池－人工濕地工藝適用性
農村凈化沼氣池為地埋式，不需要專門的建池場地，其結構多采用磚混和鋼筋混凝土結構，并且無機械和動力設備，污水在池內自流，無能耗，不需要專人管理運行穩定，建設費用低。
凈化沼氣池－人工濕地工藝適合分散建設，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，經濟發展落后，遠離市政下水道系統的旅游服務網點，“農家樂”等農村地區。凈化沼氣池－人工濕地處理系統主要技術經濟指標如表6所示。
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3 結語
傳統城市污水處理工藝對于農村地區而言，技術要求高、操作復雜，與其經濟發展水平和管理水平不相適應，因此傳統工藝并不適合于農村生活污水的處理。針對重慶市農村地區生活污水水質水量特點，提出了3種適合重慶地區農村生活污水處理技術：高效藻類塘、復合型人工濕地和凈化沼氣池－人工濕地技術。這3種處理技術都具有投資省、運行費用低、管理維護簡單處理效果好、運行穩定的特點，對重慶農村生活污水的處理具有較好的經濟適用性。
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