中原地区农村污水生态处理系统设计

中原地区农村污水生态处理系统设计

高丽丽， 石志强

(安阳工学院土木与建筑工程学院，河南安阳 455000)

摘要结合中原地区农村污水处理现状，建立了与农业生产相结合的农村污水生态处理系统模型。采用沼气池、生物滤池、潜流式人工湿地、生态稳定塘组合工艺，设计了中原地区农村污水生态处理工程。该系统既能够处理农村生活污水，又改善了生态环境，还实现了水资源的循环利用。

关键词中原地区；农村污水；沼气池；生物滤池；人工湿地；生态稳定塘

中图分类号S181.6;X703.1

基金项目安阳工学院院

作者简介高丽丽(1979- )，女，辽宁盘锦人，讲师，硕士，从事工程管理研究。

收稿日期2015-06-02

The Design of Rural Sewage Ecological Treatment System in Central Plains Region

GAO Li-li, SHI Zhi-qiang (School of Civil and Architecture Engineering, Anyang Institute of Technology, Anyang, Henan 455000)

AbstractThe model of rural sewage ecological treatment system was developed, it was based on agriculture production, combined with the present situation of rural sewage disposal in the Central Plains region. Combined process was adopted with methane tank, biological filter, subsurface constructed wetland and ecological stabilization pond, the rural sewage ecological treatment project was designed. The system is capable of disposing both rural sewage, and improving the ecological environment, but also achieves the recycling of water resources.

Key words Central Plains region; Rural sewage; Methane tank; Biological filter; Constructed wetland; Ecological stabilization pond

建设部《村庄人居环境现状与问题》(2005年10月)调查报告，对我国具有代表性的9个省、43个县、74个村庄进行了入户调查。调查显示，96%的村庄生产生活污水不经处理随意排放，没有排水渠道以及污水处理系统；89%的村庄无人负责垃圾收集与处理；目前全国农村每年有超过2 500万吨的生活污水直接排放，造成河流、水塘污染，影响村民居住环境，严重威胁农民的身体健康。我国农村生活污水处理尚处于起步阶段，污水处理设施不完善，其建设与运行管理相对滞后[1]。加强对农村污水的处理，避免污水对农村地区水体、土地等自然环境产生污染具有十分重要的理论和现实意义[2]。

1中原地区农村污水处理现状

中原地区是我国的重要农业生产区域，该区域农业人口相对集中，原有乡村建筑厨厕污水排放系统设计水平低下，污水横流，圈厕污染严重，进行现有乡村建筑厨厕污水排放处理系统的改造潜力巨大。

2006年河南省制定了农村改厕项目实施方案，要求农村卫生厕所普及率达到62%以上，提高农村粪便无害化处理率。改厕类型推荐沼气式户厕，用三联式沼气池与厕所联接，并给予厕改户一定的财政资金支持。经过近几年的发展，河南省农村厕改取得了一定的效果，部分试点村庄沼气式户厕已经推广，覆盖面较大。

河南省委《关于改善农村人居环境的指导意见》(2014年7月)要求重点治理农村污水，离城镇较远且人口较多的村庄，可建设村级污水集中处理设施，人口较少的村庄可建设户用污水处理设施，因地制宜发展规模化沼气和户用沼气，要求分散居住的村庄建设微动力污水处理设施、生态污水处理设施。

2中原地区生态污水处理系统设计

2.1农村污水来源与生产生活系统分析中原地区农业生产以大田种植业为主部分养殖业为辅，人口集中的县镇有工业集聚区。离县镇较远的农村污水主要来自于厨厕生活污水、养殖业污水，污水来源相对单一，污染物类型相对稳定。中原地区又是一个严重缺水的农业产区，需要提高节水率、实现水循环利用，提高水利用效率，保障农业生产。结合中原地区的特点，设计建立了与农业生产相结合的农村污水生态处理系统模型，如图1所示。

该系统建立在现有农业生产生活系统基础之上，将农业生活生产污水经沼气池厌氧处理、稳定塘生物处理、人工湿地再处理，最终达到灌溉水标准进行农田灌溉。在该系统中不但实现了农村生产生活污水的处理，还实现了水资源的循环再利用，提高了水资源利用率，实现了节水；该系统中沼气池产出沼渣，作为有机肥可以投入到农田，从而减少了化肥的使用量；稳定塘和人工湿地产出的植物青饲料可以供给养殖场进行养殖生产，节约了养殖成本；系统中人工湿地提供了渔业生产的空间，可以产出渔业产品。该系统结合了现有农业生产系统，在进行污水生态处理的同时，为传统种植和养殖业提供了支持。

2.2污水生态处理系统设计污水处理系统由沼气池、人工湿地、稳定塘3个主要部分构成，污水处理流程如图2所示。

2.2.1沼气池厌氧消化一级处理系统。将沼气池作为一级污水处理系统是结合河南省厕改成果进行的设计。污水进入沼气池后，大部分有机物经厌氧发酵后产生沼气，从而达到污水处理的作用，沼气可以提供燃料，沼渣是很好的有机肥，运用沼气池进行污水处理，达到了一举多得的效果。田洪春等1998～2000年监测了88处污水处理沼气池的出口污水污染物，3年平均COD为189 mg/L；BOD5为86 mg/L；NH3-N为25 mg/L；SS为41 mg/L；色度为45°；pH为7.29；寄生虫卵为0个/L[3]。监测结果说明运用沼气池作为农村生活污水处理的第一级处理方式是非常有效的。

2.2.2生态预处理系统。农村分户沼气池输出的污水比较分散，经污水管网收集后需要进行生态处理前的沉淀、过滤、配水等预处理设施。系统设计了格栅井和生物滤池两个设施进行污水生态处理的预处理，其中格栅井具有过滤漂浮物、沉淀干物质的作用，生物滤池具有过滤、预处理和给人工湿地配水的作用。

格栅井只起到物理过滤和沉淀作用，原理简单，对污染物没有净化作用。生物滤池是生物膜法污水处理的传统设施，构造简单、造价低廉、维护方便。复旦大学的黄伟丽等以常州市民丰村为例进行了生物滤池对农村生活污水处理的应用。该处理工艺包括厌氧滤池、复合式生物滤池两个部分，系统输入污水COD为155～300 mg/L、BOD5为100～240 mg/L。经过厌氧滤池处理，COD为180 mg/L、BOD5为144 mg/L，COD和BOD5去除率接近40%，总氮总磷去除率10%。经过复合式生物滤池处理后，COD处理率为80%，BOD5去除率为90%，总氮总磷去除率80%[4]。

2.2.3人工湿地-稳定塘污水生态处理系统。人工湿地污水生态处理系统是利用植物根系吸收、微生物降解、填料吸附等综合生态作用处理污染物的，其投资省、易维护、工艺简单、处理效果好、生态效益显著[5]。稳定塘是利用藻类、水生植物、微生物、水生鱼类的天然生态系统进行污水净化的设施，与人工湿地一样，稳定塘设施简单、易于维护、有利于污水资源的综合利用[6]。李松等报道了浙江淳安县某村建设的人工湿地-稳定塘污水处理系统，经运行监测，该系统对COD、BOD5、SS、TN、NH4+-N、TP、粪大肠杆菌的平均去除率分别达到75.1%～87.3%、75.2%～94.3%、90.2%～97.6%、50.2%～67.8%、65.0%～75.3%、70.6%～85.9%和98.7%～100%[7]。

3工程案例

该案例位于豫北地区某村，该村共有120余户，有一个存栏20头左右的养猪专业户，该村边有一面积约700 m2天然水塘，水塘与一季节性河流相连，塘外即是农田。该村进行过厕改，80%以上的村民使用沼气厕所，污水通过水沟自流进入水塘，最终排入河道。经监测，该村日平均污水排放量约35～40 m3/d，经沼气池厕所处理后排放的污水COD平均含量为237 mg/L、BOD5平均含量为96 mg/L。案例设计污染物去除目标为满足城镇污水处理厂2级排放标准要求。

3.1工程设计

3.1.1格栅井。格栅井采用沉淀、过滤复合功能设计，如图3所示。格栅井设置在地平面以下，有效深度为1.5 m，井壁和井底用混凝土浇筑而成，平面外包尺寸为2.4 m×2.4 m，格栅高度为0.9 m，格栅条净间距10 mm，格栅及其下部支持墙将格栅井分为进水沉淀室和出水沉淀室两个部分。

3.1.2生物滤池。格栅井出水自流进入地埋式生物滤池，如图4所示。生物滤池埋置深度3.25 m，平面尺寸为3.6 m×3.6 m，池壁及池底均用混凝土浇筑而成。生物滤池中部用一混凝土隔板分为进水室和出水室两个部分，进出水室下部连通，池内填充物为级配碎石和炉渣混合物，填充料孔隙率>40%、水力传导系数>0.02 mm/s，出水室中部设1 mm孔径的不锈钢筛网一道。

3.1.3人工湿地。该工程中人工湿地选用的是水平潜流型人工湿地，长30 m、宽15 m、深1.2 m，如图5所示。湿地底部为150 mm厚混凝土垫层，外围护墙采用砖砌结构，外墙内部及混凝土垫层底部抹20 mm厚防水砂浆，内部砌筑两道均匀透水隔墙，进水端形成布水槽，出水端形成沉淀槽。

人工湿地的填料选用碎石、砂、炉渣和种植土，进水配水区和出水集水区的填料采用粒径为5～20 mm的碎石分布于整个床宽，处理区填料表层选用240 mm厚种植土以利于植物种植，表层之下以5～10 mm碎石、粗砂、炉渣混合材料组成，污水处理区填料孔隙率>50%、水力传导系数>0.004 mm/s。人工湿地进水端设计选用芦苇，种植密度为12～18株/m2；其余部分种植蒲草和灯心草，种植密度为20～25株/m2。

3.1.4生态稳定塘。将原有水塘经清淤后改造成稳定塘，塘深为1.5～2.2 m，设计面积约350 m2。稳定塘进水口附近较浅，种植一定密度的挺水植物；塘边种植蒲草、水葫芦等植物；塘中放养草鱼、鲢鱼和鲤鱼，要控制鱼类密度，使其保持在8尾/m2以下；塘中投入少量河蚌和田螺，建立起动物、植物、微生物生态系统。

3.2工程投资及效益分析工程占地面积约为820 m2，是在原有水塘的基础上改造的污水生态处理系统，工程总造价8.31万元。该污水处理系统无需动力设备，管理简单维护方便，村卫生清洁人员可以进行管理，运行管理费用低。人工湿地和氧化塘可以为养殖户提供部分蒲草、水葫芦等青饲料，稳定塘提供了渔业养殖空间。系统余水可以进行农田灌溉、补充生态用水，沼渣清理后可以为农田提供有机肥。

4结语

采用沼气厕所作为农村污水的一级处理方式，使输出污水COD含量降低为237 mg/L、BOD5含量降低为96 mg/L。生物滤池去除COD、BOD5近40%，人工湿地-稳定塘污水生态处理系统去除COD 75%～85%、去除BOD575%～90%。该污水处理系统结合了中原地区特点和现有厕改成果，可以因地制宜灵活运用，不但美化了环境，还可以实现污水资源化利用。

参考文献

[1] 于宁.我国农村污水处理技术研究进展[J].安徽农业科学，2014，42(11):3323-3325.

[2]卜全民.我国农村污水处理模式与技术研究[J].安徽农业科学，2011，39(20):12261-12263.

[3] 田洪春，谢红，唐中玖,等.城镇净化沼气池处理生活污水效果评价[J].中国沼气，2002，20(4)：33-36.

[4] 黄伟丽，吴江涛，张继彪，等.复合式生物滤池处理农村生活污水工程实例[J].环境工程，2012,30(5)：47-49.

[5] 付融冰，杨海真，顾国维，等.潜流人工湿地对农村生活污水氮去除的研究[J].水处理技术，2006,32(1)：18-22.

[6] 白晓慧，王宝贞，秦晓荃.稳定塘系统与城镇污水资源化[J].西北水资源与水工程，1998,9(2):20-23.

[7] 李松，单胜道，曾林慧，等.人工湿地/稳定塘工艺处理农村生活污水[J].中国给水排水，2008,24(10):67-69.