辽河源农村生活污水治理方法与技术研究

张天祥，刘春雨

(吉林省环境科学研究院，吉林 长春 130012)

1 引言

随着我国经济的迅速发展，农村经济发展水平也在加速，促使农民生活水平也得到很大提高和改善。由于农村居民生活水平的提高，农村需水量增加的同时农村生活污水无序排放更加严重，导致农村人居环境遭到破坏，当前农村生活污水治理水平低下，不利于满足提升农村人居环境质量和扎实推进美丽宜居乡村建设的需要[1]。本文利用“十二五”国家重大水污染控制与治理科技重大专项-辽河源头区水污染综合治理技术及示范研究课题中相关内容，从辽河源农村生活污水的特点和处理方法入手，给出了治理辽河源农村生活污水的有效途径。

2 农村生活污水排放特点

农村面源是指农村地区在农业生产和居民生活过程中产生的，未经合理处理的污染对水体、土壤和空气及农产品造成的污染[2]。

一是依据农村经济条件和生活环境的不同，生活用水量也有所不同。根据项目实施过程中收集辽河源的农村生活污水排放状况可知，不同季节排水水量差异较大，人均约20～180 L/d 不等[3]。项目研究过程中调查了辽河源农村生活污水的排放特点，其农村生活污水由灰水(厨浴排水、洗衣用水)和黑水(粪便、尿液及其冲厕水)组成，以单户为主。早、中、晚用餐高峰污水产生及排放量是平时的2～3倍，日变化系统为3.5～5.0之间，污水排放是呈现面广且分散、波动大的特点；在寒冷的季节，基本无淋浴、水冲厕所排水，只有灰水排放，排放形式不处理直接排放。

二是农村生活污水与城市废水水质差别也较大，农村的生活污水具有可生化性好、有机质的含量较高、有毒物质的含量低等特点。根据农村生活污水排污特点，其中有机污染物含量低于城市污水，主要污染物为COD、氮、磷，水质相对稳定，通过分析项目所在地辽河源农村生活污水一般水质为：NH3-N 15～35mg/L，COD 150～350mg/L，BOD 60～200mg/L，TP1～4mg/L。经调查可知，农村人均污水排放量少于城市居民，经济欠发达的地区，人均污水排放量越少。

总之，辽河源地区农村污水的特点与其他农村地区排放特点相同，均排放较分散、无固定的污水排放口，一般为明沟排水，由于缺少排水设施，雨水和污水沿道路边沟或路面随意排放和流淌。各种未经处理的污废水从农户家庭直接排入贯穿农村地区的小河沟或沟渠，对水体或农业灌溉会产生不利影响，导致农村生态环境进一步恶化[4]。

3 农村生活污水处理模式

结合吉林省农村环境连片整治工作中对吉林省农村环境调查及治理区域的村屯布局、地域特点、污水收集难易程度，同时对项目研究所在区域的气候条件等因素的综合考虑，确定了以下三种情况的生活污水处理技术模式。

3.1 分散式处理模式

如果治理区域范围内村屯分布较为分散、人口密度相对较小、地形条件复杂，是污水不易收集的相对独立的居民院落，宜采用无动力的庭院式小型湿地、污水净化池和小型污水净化槽等分散式处理技术和方法。

3.2 相对集中式处理模式

如果治理区域范围内村庄相对密集、人口规划相对较大、经济条件较好，有村镇企业或旅游业发达的连片村庄，宜采用集中式处理技术和方法，其中位于饮用水水源地保护区、自然保护区、风景名胜区等环境敏感的连片村屯，必须按照相对应功能区水环境相关要求及排放标准处理达标后才允许排放。

3.3 统一处理模式

将近郊乡镇污水通过现有城镇市政的污水处理设施进行收集，经由新建管道并入市政污水管网，统一将其收集至临近污水处理厂。该种模式适用于离市政污水管网距离较近且距离不超过5 km，符合接入市政要求的地形的乡镇方可采用[5]。

4 辽河源农村生活污水处理方法与工艺

通过资料查阅，适用于分散式农村生活污水处理技术主要有人工湿地、地下渗滤、沼气池、净化槽、化粪池和接触氧化处理工艺[6]。项目组根据辽河源当地生活污水的水质情况研制农村户用一体化生活污水处理装置，并通过对折流式、管道式等厌氧反应器结构类型的比选，确定污水处理装置反应器的结构类型和处理设施科学合理的组合形式，并通过实验确定科学适宜的水力停留时间，同时对设施内填料种类、添装位置等参数进行比选，确定采用填料的种类以及添装位置。项目组在实施过程中对简易农村生活污水处理一体化设备进行了设计与实验，最终得出实验结论。

4.1 辽河源农村生活污水处理一体化设备设计

项目组结合折流式与管道式两种反应器的特点完成设计简易小型污水处理装置。整个装置包括三段反应。

第一段为反应过滤段：采用石英砂的颗粒，以及活性炭为吸附材料，对出水水质进行吸附作用，填料需选择质量轻，强度好，抗氧化腐蚀性强，不带来新的毒害的物质。预计COD处理效率在约9%～10%。

第二段为生物接触氧化反应段：在反应容器内设置悬浮式填料，通过对污水进行持续充氧，使反应器体内污水处于流动状态，以保证污水与污水中的填料充分接触，避免存在污水与填料接触不均的缺陷。另外，在第二段反应器底部放置蜂窝状火山岩填料，以实现生物附着与挂膜，提高废水净化能力。蜂窝状填料孔径须根据废水水质(BOD、悬浮物等的浓度)、BOD负荷、充氧条件等因素进行选择。在一般情况下，BOD浓度为100～300 mg/L，孔径可选用32 mm；BOD浓度为50～100 mg/L，可选用15～20 mm；如在50 mg/L以下，可选用10～15 mm孔径的填料。整体处理效率预计在15%～20%。

第三段为厌氧反应段：通过投加含有各种厌氧微生物的接种物，同时尽量避免粗大物质与惰性物质进入第三段反应器中。对过稠的接种物，可用水稀释、过筛、沉淀，去除粗大物质及沉于底部的砂、石、土等无机物质，经处理后的接种物挥发分应大于60%。第三段反应出水沿水管进入中部集水系统后经过管隙流出。简易农村生活污水处理一体化设备设计见图1。

图1 简易农村生活污水处理一体化设备设计示意

4.2 小型一体化设备实验方案

辽河源头区农村生活污水处理工艺主要由几部分组成：盛装容器，既污水沉淀装置，用于分离油脂固体及水；气浮装置，用于除去水质中轻质油与悬浮态物质；反应容器既小型一体化厌氧反应器，用于进一步去除污水中部分营养物质及大部分COD；处理后的水体排入生态沟渠，作为三级处理。反应容器结合折流式厌氧反应器与管道式厌氧反应器的特点，具备停留时间长，反应效果好的特点，内部三段处理包括滤料过滤段，兼性生物菌反应段及厌氧反应段三个过程，整体水利停留时间为8 h。

4.2.1 设备调试

开启气浮设备空压机，将空压机输出气压调节至0.45～0.55 MPa范围内；启动回流阀门，根据流量计的显示将回流量控制在空气处理量的30%～50%，观察流量计中无明显气泡，转开截止阀。设备在试运行时，投加适量的絮凝剂，观察絮凝效果并进行适量调节。将所收集的农村生活污水通过过滤，除去粒径较大的杂质，将滤后的污水停留静置30 min，通入气浮装置进行预处理。随着时间的增加，气浮装置对水体中污染物的去除呈现稳定的趋势，其中对COD和总磷的去除率可在20%以上，氨氮的去除效果维持在10%左右。由于农村生活污水所含油脂类(特别是植物油轻质油，乳化油)及洗涤剂液成分较多，因此，在前期预处理阶段气浮过程中表现出较高的去除效率。气浮装置预处理实验效果见图2。

图2 气浮装置预处理实验效果示意图

4.2.2 参数比选

(1)过滤填料比选小试试验。温度控制在9～11 ℃；选取粒径分别为0.5～1 mm，4.3～8 mm，8～16 mm的石英砂及2～4 mm的活性炭与陶粒，用水和冰醋酸进行清洗，减少误差。通过实验得出，过滤及吸附效果与粒径大小呈正相关的趋势，但在实际条件下，农村生活污水中杂质成分复杂，含有油脂类及粘性物质，粒径小的填料已发生栓塞，影响过滤效果的同时对设备的维护带来诸多不便，因此，综合分析混合填料较为理想。

(2)生物填料。挂式填料：温度控制在17 ℃，相对湿度保持在20%，选取挂式填料进行试验，停留时间为8 h。实验过程中，前期时段由于厌氧装置内部活性菌群较强，因此表现出较高的去除效率。随着时间的增加，填料内部生物菌群活性的降低，COD、氨氮和总磷等污染物指标基本维持在30%～40%的去除率。

(3)悬浮式填料。温度控制在17 ℃，相对湿度保持在19%，选取悬浮式填料进行试验，停留时间为8 h。实验过程中，COD、氨氮和总磷等污染物指标基本维持在40%左右的去除率。中期COD指标略有波动，是由于农村生活污水中油脂成分发生了变化，悬浮填料出现堵塞等情况，后期经过及时调整和处理，处理率基本维持在40%左右。

(4)混合填料。温度控制在18 ℃，相对湿度保持在20%，选取混合填料进行试验，停留时间为8 h。前期COD、总磷处理较低，原因是由于生活污水中洗涤成分和油脂成分均有所降低。总体上，混合填料在污染物处理上相对稳定，后期处理率达到30%～40%左右。

4.2.3 试验结论

农村生活污水处理小型微动力设备，通过气浮装置的预处理，实现部分污染物，特别是浮游、轻油油脂成分的降低，在气浮过程中，适量投加絮凝药剂，使之聚集移除。二段进水通过厌氧装置过滤、好氧、厌氧等过程，投加兼性好氧型微生物，并附着于填料上。通过对比试验看出，挂式、悬浮式填料均对污染物有一定的处理效果，混合填料处理过程相对稳定。为保证处理效果的优化，将在尾水部分建设小型生态沟渠，以期达到更好的处理效果。

5 农村生活污水处理方法选择

依据项目组研究结果，适合辽河源区域内的农村生污水处理方法选择。

(1)分散处理模式。结合辽河源头区农村特点，经济欠发达，农户排放污水量少，各个村屯布局分散、人口密度较小、地形条件复杂、污水不易收集等具体特点，建议采用无动力的庭院式小型湿地、生态支沟、小型污水净化槽等分散处理技术。

(2)相对集中处理模式。村屯相对密集，人口规模相对较大，经济条件较好连片村屯，宜采用集中处理技术，其中位于饮用水水源地保护区杨木水库环境敏感区，必须按照功能区水环境相关要求及排放标准处理达标后方可排放。简易农村生活污水处理装置要广泛用于环境相对敏感区域的农户、小型饭店及办公场所等。人工湿地或生态拦截沟渠与湿地植物协同净化作用处理技术可应用于湖库入水处。

6 结语

改善农村人居环境，建设美丽宜居乡村，是党的“十九大”报告首次提出的实施乡村振兴战略的一项重要任务，事关全面建成小康社会，事关广大农民根本福祉，事关农村社会文明和谐[7]。目前我国对于农村污水治理的研究，已经取得相当丰硕的成果[8]。总体来看，农村地区环保意识欠缺、经济能力有限，因而无法得到足够的物质保障和技术支持，无法进行村屯污水收集与治理系统的相关建设。因此，我国农村地区的生活污水和垃圾还没有达到预期的治理效果，环境污染仍然对农民的生产生活存在着严重的威胁。在改变农民传统的生活习惯，提高环保意识的同时，还要高度重视对生活污水和垃圾地有效处理，在实践中找到解决办法，提高治理水平[9]。农村生活污水问题不解决，农村居住环境会持续恶化，同时也会对周围环境产生不利影响。为营造宜居的农村人居环境，辽河源农村生活污水治理研究应从以下三个问题加强研究：一是加强适合农村生活污水治理技术与方法选择的研究；二是加快农村生活污水治理标准和政策制定的研究；三是推进多元化相结合治理主体进入农村生活污水治理领域的研究，从而为推进美丽乡村建设和乡村振兴战略打下良好的基础。