小型污水处理设施在农村水环境治理中的应用

（中国水利水电第八工程局有限公司，湖南长沙 410000）

1 农村污水处理现状

现阶段，我国农村污水处理率仍处于较低水平。2018年农村污水处理数据统计显示，农村污水处理率不足10%。农村污水处理是当前水环境治理的一大难题，我国农村人口众多，区域分布较广，农村污水排放较为分散。

根据统计，我国城市污水日处理能力为3 500 万t，乡镇污水日处理能力为63.8 t，日处理能力仅为9.04%，农村污水处理能力远低于城市污水处理能力。当前我国农村污水处理厂的建设还不完善，需要将污水处理系统与污水处理系统相结合完成污水处理工作，目前农村污水处理厂建设进度缓慢，导致污水处理效率较低。

在此背景下，我国农村污水的处理越来越受到重视，处理技术日趋成熟，逐渐开展了农村污水的处理工作和水环境的治理。但由于农村建设的特点，我国农村污水治理工作还存在许多亟待解决的问题。

2 农村污水特征

2.1 水质特点

农村污水主要由生活污水、农田废水组成，农村污水中的污染物的浓度处于变化的过程，其中成分主要包含固体浮悬物、氮氧化物及有机物等，含重金属和有毒有害物质较少。由于农田化肥的作用，农田污水中有机物和氮氧化物的含量高于城镇污水，水质的波动较大且具有较好的可生化性特点。

2.2 水量特征

农村污水的水质水量受自然环境影响，在下雨天、干旱天气下会有较大变化。城市生活污水排放量大于农村生活污水排放量，原因在于居民的生活习惯和作息时间比较规律，早晨、晚上是农村生活污水排放的高峰期，白天和夜间排放较少，污水排放较规律[1]。

2.3 农村污水处理模式

乡村污水处理方式主要有集中式、分散式、接入市政管网等方式。我国农村的地形比较多样化，部分地区面积较大、地势较复杂且规模较小。对此，对于占地面积较大、地形条件较简单的农村，一般采用集中式污水处理；对于地形条件复杂、占地面积较小且较为分散的农村，采用分散式污水处理；靠近市政污水管网的农村，一般接入市政网管处理污水。上述三种处理方式中分散式污水处理是我国目前农村污水问题处理的较好选择，分散化处理指利用小型污水处理设施就近处理和回用污水。乡村污水处理应根据每个村庄的实际情况，选择合适的方式，避免因处理方式不当影响处理效果。

3 小型污水处理设施在农村污水处理中的应用

3.1 膜生物反应器（MBR）工艺

MBR是新型高效的污水处理方式，比传统的污泥活性法更节省能源、水资源、空间，其组成主要包括MBR装置和膜组件设备。系统处理环节分为预处理、调节池和膜生物反应器，污水首先经过预处理系统，由预处理系统经过处理后再进入调节池，最后进入膜生物反应器，反应器会对污水中的微生物和有害杂质进行处理，得到可进行利用的高质量的水。

小型MBR工艺技术的关键是膜组件和生化反应器的结合，膜组件可以大幅度提高农村污水中好氧微生物的浓度和污染物的分解效率，使污水中的污染物在反应器里分解为CO2和H2O，分离处理后的污水中的固体和液体得到清澈可利用的水资源。

该系统可就地处理和反复利用农村污水，节约了大量的时间，减少了排水管道及泵站的建设成本，系统直接通过自动控制实现自动化运行和管理。

工艺原理如图1所示。

图1 MBR工艺原理示意图

由于膜生物反应器的购置成本较高，且日常的运行管理需要消耗一定量的电能，因此，该设备只适合对水质质量要求较高、经济条件较好的村庄使用。经过实践可知，小型膜生物反应器对一些较分散、规模较小的农村污水点具有较好的处理效果，因此，小型膜生物反应器在一些小规模分散的村庄均得到了广泛使用。

由于膜生物反应器的出水水质较高，因此该设备被广泛应用于我国北方缺水地区的中水回用工程以及平原河网地区，小型膜生物反应器的发展前景和应用前景将会越来越好。

3.2 人工湿地处理工艺

通过模拟天然水生动植物的物理、化学和生物作用，实现污水处理，是人工湿地污水处理系统的基本原理。人造湿地污水处理系统需要将污水置于一个长宽比适中、底面有坡度的凹坑中，填土层由土壤和自然物质混合组成。系统运行时，污水能够通过床体填料缝隙或床体表面流动，可在床体表面种植水生植物，如芦苇、菖蒲、水葱等，具有良好的处理性能和景观价值[2]。

人造湿地污水处理系统由预处理系统、人工湿地系统、出水调节井和管道、阀门系统组成。人工湿地污水处理系统如图2所示。

图2 人工湿地处理工艺原理示意图

人工湿地污水处理系统适用于不同的处理规模，建造费用较低，无须复杂的机械设备，且系统的日常运行维护和管理比较简单，人工湿地系统运行的主要材料有碎石、沙、土等，可以就地取材，根据地形建造处理系统，使污水自然流入，无须修建额外的输送管道，降低了建设和运营成本。现有的人工湿地处理系统存在占地面积过大的情况，在安装建造方面，应充分利用当地的废池塘和沼泽地，以降低其他土地资源的占用。

3.3 无动力地埋式污水处理工艺

该统的基本工艺流程：污水→一级消化→二级消化→过滤→接触氧→消毒→出水。

（1）排出系统收集污水后进入一级消化池，通过产酸杆菌在消化池中发酵产生厌氧酸，将污水中的大分子有机物转化为小分子有机酸。

（2）废水经过一级消化后流入二级消化池，得到碱性消化液，污水中的小分子有机酸和醇类分解生成CH4和CO2。

（3）经过第一和第二消化池的处理，污水中的大部分污染物已经被降解，但仍存在少部分有机物未能分解，这部分有机物会进入系统的下一个环节，进入厌氧生物滤池在厌氧菌的作用下进一步分解。

（4）污水经过厌氧生物滤池处理后，进入接触氧气池中，由氧气池中的好氧菌对污染物继续降解，得出优质的水资源，并向水中补充氧气，以提高出水的溶解氧量。该阶段的供氧工序主要依靠特定的一套气流循环系统实现，并对最终的出水进行消毒处理。

该系统适用于有高落差、处理量小的村庄，具有无须消耗动力、安装后无须管理、建造成本和运行管理成本均较低等有点。由于该套装置全部埋在地底下，不占任何的空间位置，因此，无须建造房屋和采暖保温，设备可以进行一体化生产，运行过程中不会产生有害气体和臭味，对环境基本没有影响。

由于该系统的全部设备埋设在地底下，因此，维护、检修难度较大。无动力地埋式污水处理设施在一些离城市排水管网较远、处理规模较小、占地面积较小的村庄得到了较广泛使用，污水的分散处理可采用无动力地埋式设备。

4 结语

我国不同的农村地区地势环境和规模存在差异，在选择小型污水处理设施时应因地制宜，综合每种设施的处理工艺、当地的经济条件、管理水平等实际情况进行选择。文章从目前农村污水处理的现状出发，阐述了农村处理的现状，从水质特点、水量特征、处理方式等三方面分析了当前农村污水的主要特点，并对无动力地埋式污水处理工艺、膜生物反应器（MBR）工艺、人工湿地处理工艺三种处理方式进行了分析。

（1）针对一些对水质要求较高、经济条件发达的村庄，可采用MBR系统进行污水处理。

（2）针对中西部地区的实际特点，中西部地区在无水源地的村庄更适宜采用人工湿地的方式处理污水，人工湿地处理的方式虽需要占用大量的土地面积，但其具有方便简单、容易管理、费用低廉等优点。

（3）针对高度落差较大、下泄水量较小的村庄，可采用无动力地埋式处理。