黄土沟壑区域农村生活污水处理模式及技术研究

黄子雍 ，张文波，唐小娟，赵庆博

(1.甘肃省水利科学研究院，兰州 730000；2.甘肃省科学院， 兰州 730000；3. 甘肃省庆阳市庆城县白马铺镇政府，甘肃 庆城 745110)

1 黄土地区农村生活污水特征

根据黄土沟壑区域人口分布特征和社会经济发展水平[1]，我国黄土沟壑区域农村生活污水源可以分为三大类[2]：乡镇政府所在地、自然村和农村生活小区。乡镇政府所在地人口集中，一般都在2 000 人以上，且交通畅利，经济现象繁荣，居户、餐饮、商铺、学校及工业企业集中，是农村生活污水的主要污水源[3]。在乡镇政府所在地区域都设有排污管沟体系，依据地形和历史遗留，一般一个乡镇政府所在地的生活污水排污口在2～5个之间，各排污口控制人口数量相差很大，排污量相差也很大。于自然村，农村居民居住一般是连片的[4]，少则十几户，多则上百户。这类地区的生活污水基本就是居民生活用水所产生的。在自然村类，根据人口集中程度，一般人口达到200人以上的连片生活区域，就专设雨污排水管沟，而连片生活区域人口较少的区域，基本没有专门的生活污水排污管沟，居民生活污水的排放一般以地形自然形成的小沟道形成自然排污道，经入渗及沟壑排放。农村生活小区是社会主义新农村建设的产物，小区一般都在50户以上，其整个供水与排水体系与城市小区基本一致，即有专门的排污管。

在黄土沟壑地区的农村生活污水中，由于经济条件受限，乡镇仅有卫生站级别的医疗机构，不构成医疗废水的产生条件。宾馆也均系小型旅馆，不构成宾馆级别的废水。对于用水大户且产生大量污水的企业，要求其具备完整且独立的排污及处理体系，不包含在本文所述的农村生活污水处理之中。所以，黄土沟壑地区农村生活污水的污染源主要是居民生活污水、餐饮污水、学校和企事业机关单位废水以及养殖户排污，污染源相对简单[5]。

由于黄土沟壑区域大都属于经济欠发达地区，降雨偏少，黄土沟壑地区的排污体系基本是雨污合流，包括农村生活小区内的排污体系。在雨污合排体系中，雨水的排放量要占整个污水排放量的50%～60%，因此，污水排放量是随降雨变化而变化的，在每年的雨季，排污量与降雨量呈正相关关系，排污量是生活污水排放量与雨水地面径流排放量的叠加。而非雨季节，农村生活污水的排放量年内基本稳定[排污量在30～60 L/(人·d)]，年际间的变化呈缓慢增长趋势。

由于黄土沟壑地区的农村生活污水的污染源、成污特征、排污方式等特性，排污口污水排放量为10～300 m3/d，且多集中在50～200 m3/d之间。黄土地区沟壑发育，无论是自然村落的排污还是乡镇修建的排污，包括农村生活小区的排污，沟壑基本上成为农村生活污水的去处。

经济收入是导致饮食结构和生活习惯不同的主要原因。黄土沟壑地区在我国属于经济欠发达地区，虽然黄土沟壑区域面积广大，但经济发展水平相差不大，生活习惯也基本一致，因此，黄土沟壑地区的农村生活污水具有较高的相似性。经对黄土地区的农村生活污水水质调查，农村生活污水的水质差异，主要与饮食结构、生活习惯和季节有关。经济收入高的地区，饮食结构宽广，生活污水中动植物油含量高，生活用水量大，COD、BOD5以及氨氮和磷的含量都较高。春、夏、秋季物产丰富，生活用水量也大，生活污水污染相对严重。春节前后，返乡人员增加，饮食结构与平常相比较为宽广，生活用水量也略有增加。国家住房和城乡建设部给出的西北地区农村生活污水水质参考标准[6]见表1。在现场试验中，对甘肃省庆阳市庆城县白马铺镇的鸭沟和马渠两个农村生活污水排污口的水质进行了监测，结果见表2。

表1 西北地区农村生活污水水质参考值 mg/LTab.1 Reference value of rural domestic sewage quality in northwest China

表2 甘肃省庆阳市庆城县白马铺镇农村生活污水水质 mg/LTab.2 The rural sewage water quality in Baimapu town，Qingyang city, Gansu province，China

2 黄土地区农村生活污水处理技术及模式

黄土沟壑地区的农村生活污水具有分散、污染源相对简单一致、雨污合流、排污口污水量大小不一等特征[7]。我国农村生活污水处理的模式有三种[8]，即分散处理模式、村落集中处理模式、入城镇排水管网模式。城镇排水管网模式一般适用于污水处理量大且污水水质复杂的城镇污水，以污水处理厂的方式进行处理。分散式处理模式由于是以“点”的形式面对农村生活污水，不适应规模处理。所以，村落集中处理模式是黄土沟壑地区农村生活污水处理的主要模式[9]。

黄土沟壑地区农村生活污水的排放分散、排污量相对小(一般不超过200 m3/d)的特点，使得单独使用人工湿地处理系统或地下土壤渗滤净化系统进行黄土地区农村生活污水处理时难以与净化技术系统相匹配[10]，也因其造价高、黄土的强渗透性和易湿陷性，不适于在黄土沟壑地区推广使用。而采用小型A/O工艺处理技术[11]，即缺氧、好氧生化处理系统，由于其技术成熟，技术方案的确定、设备的选择、运行维护以及污水处理效果均能满足对不同农村生活污水处理量的要求，且不受地形、场地、排污量大小的影响而灵活运用，因此特别适合于黄土沟壑地区农村生活污水的处理。

传统的A/O工艺处理技术的一般工艺流程为：污水经调节池、沉淀池预处理后，进行缺氧、好氧的硝化反硝化以及生物降解和吸附污水处理，附加消毒措施，达标排放。随着科技的进步，对传统的A/O工艺处理技术不断进行技术的集成与创新，主要表现在将传统的调节池、沉淀池改变为缺氧池，缺氧池中以提高污水的生化条件为主要目的；更新生物降解填料以针对不同污水水质并提高生物降解效率；添加和更新生化过滤膜，有效去除污水中的有机物、有害微生物、颗粒杂质、悬浮物等；附加微小型人工湿地以过滤污水中难降解的磷等物质。对传统的A/O工艺处理技术进行集成与创新后的农村生活污水生化处理技术，其工艺流程简述为：污水在一级缺氧池生化条件下预处理后，经过二级缺氧池以及好氧池的硝化与反硝化、生物降解与吸附，生物膜过滤，中水排放，再经微小型人工湿地或地下土壤渗滤净化系统的处理，达到农村生活污水处理的目的。

在实践过程中，农村生活污水中的磷降解和去除困难，为此，多采用添加除磷剂等化学药品以达排放标准，但此时的污水处理成本较高。为降低设备运行成本，并利用人工湿地以及地下土壤渗滤净化技术的优点，对经过A/O工艺处理过的中水进行再次深度处理，不仅可以有效地降低污水处理成本，并可保证污水的处理达标排放。

实践证明，采用集成与创新的A/O工艺技术，不仅投资成本低(一般每吨污水设备成本一万元左右)，设备运行和维护成本低，建设周期短，污水处理后可达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)的一级A要求。表3为甘肃省庆阳市庆城县2019年建成的一体化A/O生活污水处理站(样本)的投资和运行成本情况。表中运行成本仅为设备运行的成本，未计入人员工资等管理性成本，建设周期包括土建工程。

表3 庆城县一体化生活污水处理站(样本)投资和运行成本表Tab.3 The integrated domestic sewage treatment station (sample) investment and operation cost in Qingcheng county, Gansu province, China

在笔者参与的甘肃省庆阳市庆城县农村生活污水处理项目中，对现有A/O工艺处理技术进行集成创新后的系统，较好地完成了庆城县农村生活污水处理示范任务，实践了黄土沟壑地区农村生活污水处理技术模式的集成与创新。表4为其中两个小型排污口污水处理后的水质情况(取样时间为2019年9月06日，监测单位为庆阳市生态环境局庆城分局)。需要指出的是，指标中，总磷略有超标(水样为人工湿地前的)，说明磷的去除仅依靠A/0工艺处理技术是有风险的，采用“A/O+微小型人工湿地”的模式，就完全可以解决磷的去除问题。

表4 庆城县白马铺镇污水处理水质 mg/LTab.4 The quality of rural sewage treated in Qingcheng county, Gansu province, China

3 结 语

对A/O工艺处理技术进行集成与创新，采用“A/O+微小型人工湿地/地下土壤渗滤净化”的农村生活污水处理模式，具有建设周期短、投资低、运行和维护成本低、污水处理效果好的特点，适合于黄土沟壑地区广泛采用。