劉曉永，吳啟堂，曹姝文

(1.華南農(nóng)業(yè)大學，廣東 廣州 510642；2.廣州市環(huán)境保護工程設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510115)

粵北區(qū)域受制于崇山峻嶺，社會經(jīng)濟發(fā)展水平稍落后于珠三角地區(qū)，而近年來粵北東源縣經(jīng)濟快速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，農(nóng)村人居生態(tài)環(huán)境惡化，其中農(nóng)村生活污水問題成為農(nóng)村環(huán)境問題的核心，民眾迫切要求改變農(nóng)村環(huán)境，改變農(nóng)村環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施嚴重滯后、生活污水污染嚴重等問題。為響應(yīng)黨的十九大“鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略”的要求[1]，落實廣東省環(huán)境保護“十三五”規(guī)劃的要求[2]，本著早治理早受益的原則，推進粵北農(nóng)村污水綜合整治是一件迫在眉睫的大事。

選擇適當?shù)奈鬯幚砑夹g(shù)是農(nóng)村生活污水處理的關(guān)鍵。針對農(nóng)村生活污水排放分散、來源廣、總量巨大，逐年增加且水質(zhì)水量波動大的特點[3- 5]，以及農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟基礎(chǔ)薄弱、從業(yè)人員水平和管理水平較低的現(xiàn)狀，需選擇能夠滿足達標排放且經(jīng)濟適用、運行簡便、維護管理簡單的處理工藝[6]。與傳統(tǒng)污水處理工藝相比，人工濕地技術(shù)因其基建投資費及運行費低，運行操作簡便，耐沖擊負荷能力強，去除能力強等特點，近年來在華南農(nóng)村地區(qū)倍受歡迎[7]。一些學者采用人工濕地工藝結(jié)合厭氧水解等多種方式來進行農(nóng)村生活污水的處理[8- 10]?；跂|源縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村實際情況，筆者認為“厭氧+人工濕地(水平潛流+垂直流)+微動力”組合工藝較為適合于粵北農(nóng)村污水處理，方法實用有效。

1 項目概況

1.1 項目基本情況

東源縣整縣推進城鄉(xiāng)環(huán)境綜合整治項目，總投資規(guī)模約5.1億，項目位于東源縣轄區(qū)范圍內(nèi)，包括ST鎮(zhèn)在內(nèi)的21個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，服務(wù)人口約43萬。

通過調(diào)研，綜合考慮當?shù)氐匦螚l件、人口聚居情況等，結(jié)合項目可行性報告以及當?shù)丨h(huán)保局針對項目的批文要求，選取以行政村為基本單位進行“村組級”[11]“分散式”[5，12- 13]處理模式。以DY村為例，DY村是東源縣ST鎮(zhèn)下轄的行政村，戶籍人口為2210人，服務(wù)范圍的常住人口數(shù)約為450人。

1.2 DY村污水站設(shè)計規(guī)模確定

根據(jù)實際情況，依據(jù)GB50282—2016《城市給水工程規(guī)劃規(guī)范》及GB50318—2017《城市排水工程規(guī)劃規(guī)范》，本項目宜采用分類用水指標法及單位人口綜合用水量指標法，對東源縣村組級生活污水處理設(shè)施處理規(guī)模進行預(yù)測。

1.2.1分類水量預(yù)測法

根據(jù)《廣東省用水定額》規(guī)定，珠三角以外地區(qū)的農(nóng)村居民用水定額為140L/(人·d)，根據(jù)《東南地區(qū)農(nóng)村生活污水處理技術(shù)指南(試行)》(中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布)中規(guī)定，DY村所屬類型農(nóng)村居民日用水量為90～130L/(人·d)，考慮到經(jīng)濟發(fā)展水平和用水量現(xiàn)狀，對水量預(yù)測指標選為120L/(人·d)。

根據(jù)《農(nóng)村生活污水處理項目建設(shè)與投資指南》(環(huán)境保護部發(fā)布)規(guī)定，農(nóng)村生活污水排放量應(yīng)按生活用水量的80%～90%計算，根據(jù)東源縣ST鎮(zhèn)DY村的實際情況，生活污水排放量按生活污水用量的85%計算。

根據(jù)項目要求，污水收集率需達到80%以上。

DY村污水處理站服務(wù)范圍的常住人口為450人，因此污水處理設(shè)施規(guī)模至少應(yīng)達到：

Q=0.120×450×85%×80%=36.8m3/d

1.2.2單位人口綜合用水量指標法

根據(jù)項目可行性報告引用的《廣東省農(nóng)村環(huán)境綜合整治技術(shù)指引》(廣東省環(huán)境保護廳，2016年4月)以下簡稱《指引技術(shù)》，農(nóng)村生活污水常采用“人均綜合用水量”法。

計算公式如下：

污水處理量=人均綜合用水量×人口數(shù)×綜合排放系數(shù)×(1+地下水滲入系數(shù))

(1)

(1)人均綜合用水量指標

根據(jù)《指引技術(shù)》，對于經(jīng)濟條件一般，有簡單的室內(nèi)衛(wèi)生設(shè)施地區(qū)：平均日人均用水量指標為80～100L/(人·d)，根據(jù)東源縣實際情況，參考廣東省相近地區(qū)農(nóng)村的用水情況，東源縣農(nóng)村平均日人均綜合用水量指標取值90L/(人·d)。

(2)污水排放系數(shù)

根據(jù)GB50014—2016《室外排水設(shè)計規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，居民生活污水定額和綜合生活污水定額應(yīng)根據(jù)當?shù)夭捎玫挠盟~，結(jié)合建筑內(nèi)部給排水設(shè)施水平和排水系統(tǒng)普及程度等因素確定，可按當?shù)叵嚓P(guān)用水定額的80%～90%確定。

根據(jù)《指引技術(shù)》相關(guān)規(guī)定，居住較為集中、衛(wèi)生設(shè)施與排水管網(wǎng)相對完善的村莊，生活污水排放量一般為總用水量的70%～80%。

根據(jù)GB50318—2017相關(guān)規(guī)定，當規(guī)劃城市供水量、排水量統(tǒng)計分析資料缺乏時，城市分類污水排放系數(shù)可根據(jù)城市居住、公共設(shè)施和分類工業(yè)用地的布局，綜合考慮該項目實地情況，確定污水排放系數(shù)取值0.8。

公式(1)中人口數(shù)目可行性報告注明原則上按常住人口考慮，東源縣農(nóng)村平均日人均綜合用水量指標取值100L/(人·d)。根據(jù)政府提供人口統(tǒng)計可知ST鎮(zhèn)DY村污水處理站服務(wù)范圍常住人口數(shù)為450人。

污水量=0.10×450×0.8×(1+0.1)=35.6m3/d

1.3 污水站規(guī)模確定

根據(jù)上述兩種方法預(yù)測污水量的結(jié)果相近，根據(jù)項目可行性報告，結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況，并考慮到經(jīng)濟發(fā)展水平和用水量現(xiàn)狀，最終確定ST鎮(zhèn)DY村污水處理設(shè)計污水量取40m3/d。

1.4 村級污水處理站工藝比選

根據(jù)調(diào)查，目前在廣東農(nóng)村生活污水處理項目常用的處理單元主要有調(diào)節(jié)水解池、人工濕地、穩(wěn)定塘等[14- 15]，常用的村鎮(zhèn)生活污水處理技術(shù)有生物濾池法、人工濕地法、土地處理法等[16]。但是，單一處理單元往往無法滿足實際需求，為適應(yīng)廣東省農(nóng)村生活污水處理實際情況，通過現(xiàn)場調(diào)研和分析總結(jié)，選取以下污水處理技術(shù)作為工藝比選。

1.4.1調(diào)節(jié)水解+人工濕地[17]

工藝流程如下：

1.4.2調(diào)節(jié)水解+穩(wěn)定塘

工藝流程如下：

工程位于廣州增城市中新鎮(zhèn)坑貝村，該村設(shè)兩個污水處理站點，服務(wù)總?cè)丝?00人，設(shè)計處理水量120m3/d。

污水均采用管道收集，建設(shè)主管長約1518m，支管長約500m，污水處理后排入鄰近水渠或水塘，占地面積約520m2。

污水處理后主要污染物達到一級排放濃度，進出水水質(zhì)見表1。

表1 中新鎮(zhèn)坑貝村生活污水處理廠進出水水質(zhì)

1.4.3調(diào)節(jié)水解+人工濕地+穩(wěn)定塘[18]

工藝流程如下：

該技術(shù)優(yōu)點：投資費用省，運行費用低，維護管理簡便，出水水質(zhì)較好，植物可以美化環(huán)境。缺點：污染負荷較低，占地面積較大。

工程位于花東鎮(zhèn)李溪村，服務(wù)人口約5770人，設(shè)計處理規(guī)模為700m3/d，人工濕地3個，占地面積共1500m2。

污水處理后出水主要污染物指標達到一級排放濃度，進出水水質(zhì)見表2。

表2 花都區(qū)花東鎮(zhèn)李溪村生活污水處理廠進出水水質(zhì)

1.4.4一體化污水處理設(shè)備

一體化成套技術(shù)是近年來比較新興的技術(shù)，其具有抗沖擊負荷能力強、占地小、低能耗、出水水質(zhì)穩(wěn)定、便于完成自動控制等優(yōu)點，對農(nóng)村生活污水的處理起到重要作用[19- 20]。

工藝流程如下：

該技術(shù)具有占地極少、效率高、有機剩余污泥排放極少的特點，目前已經(jīng)在多個鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、村污水處理項目中運用，并取得良好效果。該技術(shù)在2013年獲得中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會和廣東省環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會的推薦，適用于生活污水處理領(lǐng)域。

工程為惠來縣溪西鎮(zhèn)溪南村生活污水處理項目。

1.4.5復合生物濾池+活性生物濾床

工藝流程如下：

該工藝采用自然通風，不需曝氣，僅需一次水力提升，噸水能耗低。

1.4.6調(diào)節(jié)水解+人工濕地沉箱式生物處理系統(tǒng)+組合式人工濕地

該技術(shù)可廣泛適用于水量較小、變化較大的農(nóng)村典型生活污水處理以及黑臭河道原位治理等方面。

優(yōu)點：①具有非常好的高效微生物再生、孵化和緩釋、擴散功能，可以起到長期的除黑、除臭和水質(zhì)清潔效果。一次添加和固定高效微生物后，一般不需要再次或多次添加。②管理和維護方便，不需要反沖洗。③投資省、運行費用低，應(yīng)用范圍廣。

1.4.7調(diào)節(jié)水解+人工濕地

工藝流程如下：

該技術(shù)在保留了常規(guī)地下滲濾技術(shù)環(huán)境和景觀效果好、運行和管理費用很低、維護簡便等優(yōu)點的同時，日處理1m3生活污水的地下滲濾面積僅需1.2m2，并且提高了其脫氮除磷效果和氣候(低溫)適應(yīng)性，是一項建得起、用得起、效果好、可持續(xù)的村鎮(zhèn)和各種生活園區(qū)污水處理新技術(shù)。

高負荷地下滲濾污水處理復合技術(shù)工藝包括預(yù)處理(格柵槽、沉淀池、厭氧池和調(diào)節(jié)池)、高負荷地下滲濾和深度處理三個單元，其工藝流程如上圖所示，其中的深度處理單元可以單獨建設(shè)，也可置于高負荷地下滲濾系統(tǒng)的下方。

1.5 DY村污水處理站工藝確定

根據(jù)實地調(diào)研情況，ST鎮(zhèn)DY村布局分散、人口規(guī)模較小、地形條件復雜、污水不易集中收集，采用造價低，地形要求低，后期維護費用低的“厭氧+人工濕地(水平潛流+垂直流)+微動力”工藝。該工藝能滿足處理的要求，投資費用省，運行費用低，維護管理簡便，出水水質(zhì)較好的優(yōu)點[20]。污水處理工藝流程如圖1所示。

圖1 污水處理工藝流程圖

污水經(jīng)管網(wǎng)收集，流經(jīng)格柵去除污水中較大尺寸的漂浮物及大顆粒固體，污水自流進入調(diào)節(jié)池中均勻水質(zhì)水量，通過提升泵進入沉砂池去除污水中的顆粒物泥砂。人工格柵可人工提出地面上，柵渣及泥砂均由人工定期清運處理。

污水經(jīng)過沉砂池進入?yún)捬醭剡M行厭氧發(fā)酵，增加污水的可生化性；厭氧池出水進入“水平潛流+垂直流”兩級人工濕地，人工濕地經(jīng)適當?shù)膱龅夭贾煤椭参锎钆洌ㄔO(shè)成為濕地公園的形式，利用濕地植物、濕地基質(zhì)以及濕地布氣管的共同作用，去除污水中的如氮、磷、COD等，同時可以達到美化環(huán)境的功能，該工藝已有郁南縣的成功應(yīng)用經(jīng)驗，技術(shù)成熟可靠。

人工濕地出水采用現(xiàn)場投加固體氯片進行接觸溶解消毒，消毒后排入受納水體。

厭氧池多余的污泥定期抽吸外運至附近鎮(zhèn)區(qū)有污泥處理能力的污水處理廠進行處理。

1.6 進出水水質(zhì)確定

1.6.1進水水質(zhì)

根據(jù)項目可行性報告中引用的《技術(shù)指引》，農(nóng)村生活污水水質(zhì)最好以實測值為基礎(chǔ)分析確定，在無實測資料時，可參考見表3。

表3 廣東省農(nóng)村地區(qū)生活污水進水水質(zhì)參考值

根據(jù)粵東西北其他農(nóng)村監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合東源縣地區(qū)特點，確定本項目各村污水處理站進水水質(zhì)見表4。

表4 東源縣村級污水處理站進水水質(zhì)

1.6.2出水水質(zhì)

根據(jù)項目可行性報告，對于農(nóng)村生活污水處理設(shè)施出水水質(zhì)，污水排放標準應(yīng)因地制宜，根據(jù)受納水體功能和當?shù)氐沫h(huán)境容量確認排放標準。出水標準參照廣東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳等部門印發(fā)的《加快推進粵東西北地區(qū)新一輪生活垃圾和污水處理基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)實施方案》(粵建城[2015]242號)相關(guān)指引，村級污水站出水執(zhí)行GB18918《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級B標準。同時根據(jù)不同的用途，參考GB5084《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》。具體的執(zhí)行標準見表5。

表5 東源縣村級污水處理站出水水質(zhì)

注：pH無量綱。

1.7 項目基本建設(shè)情況

DY村建1個農(nóng)村污水處理工程，總設(shè)計處理能力約40m3/d，設(shè)計污水干管DN300，管長約505m；設(shè)計污水接戶干管De200，管長約481m；新增接戶支管De110接入新建入戶小方井有效處理，按每戶9m進行預(yù)留(共298戶)，管長約2682m。對于管網(wǎng)收集不到的居住片區(qū)，就近排水到渠、排水到塘，增加化糞池等形式進行有效處理。

DY村生活污水處理工程量匯總見表6。

表6 DY村生活污水處理工程量匯總表

圖2 DY村生活污水處理工藝高程圖

2 工程設(shè)計

根據(jù)HJ2005—2010《人工濕地污水處理工程技術(shù)規(guī)范》標準，結(jié)合實地調(diào)研情況，進行設(shè)計。根據(jù)DY村污水處理站(40m3/d)管網(wǎng)設(shè)計，確定進水標高定為-1.50m(以國家高程117.5m為±0.00m)。DY村生活污水處理工藝高程圖如圖2所示。

格柵池。1座，鋼砼結(jié)構(gòu)，半地埋，尺寸為3.0m×0.8m×2.2m。同時設(shè)置人工格柵1套(柵間間距5目，寬600mm)。

調(diào)節(jié)池。1座，鋼砼結(jié)構(gòu)，半地埋，尺寸為3.0m×4.5m×3.2m，有效水深1.4m，停留時間9.0h。同時設(shè)置潛水泵2臺(一用一備)，流量3m3/h，揚程5m，功率0.18kW；浮球式液位計1套，測量范圍0～4m；轉(zhuǎn)子流量計1套，塑料材質(zhì)，測量范圍0.6～6m3/h；格柵網(wǎng)1套(柵間間距5目，寬800mm)。

沉砂池。1座，鋼砼結(jié)構(gòu)，地上，尺寸為3.0m×0.8m×1.4m。

厭氧池。1座，鋼砼結(jié)構(gòu)，半地埋，尺寸為3.0m×2.3m×4.0m，有效水深3.5m，有效容積19.1m3，停留時間11.5h。同時設(shè)置：組合填料1套(Φ150mm，7.6m3)填料支架1套。

人工濕地。1座，鋼砼結(jié)構(gòu)，半地埋，尺寸為6.8m×15.1m×1.4m，水力負荷0.50m3/m2/d，有效面積79.4m2，種植植物選擇當?shù)爻Ｒ娢锓N：菖蒲(9～12株/m2)、紅、黃花美人蕉(9～12株/m2)、千屈菜(16～25株/m2)、風車草(25～35株/m2)、金魚藻(3～9株/m2)。同時設(shè)置：布水集水系統(tǒng)1套(PVC-U排水材質(zhì))，通氣系統(tǒng)1套(PVC-U排水材質(zhì))。

排水口。1座，鋼砼結(jié)構(gòu)，半地埋，尺寸為6.8m×0.9m×1.7m。同時設(shè)置：巴歇爾計量槽1套(喉寬25mm，流量0.3～19.4m3/h)，超聲波明渠流量計1套，與巴歇爾計量槽配套。

3 運營維護

3.1 調(diào)試

工程完工后進行清水實驗，按照要求開啟相應(yīng)運行設(shè)備，進行調(diào)試。待濕地植物根系扎穩(wěn)，再將農(nóng)村污水引入，經(jīng)過一段時間的調(diào)試，出水水質(zhì)穩(wěn)定達標時，此農(nóng)污站即處于動態(tài)平衡，調(diào)試結(jié)束，可以正常運行。

3.2 后勤維護

定期對柵渣、沉砂進行外運清理，定期對厭氧池污泥抽吸外運清理，人工濕地的植物定期進行殺蟲、修剪、清理等，根據(jù)需要在排放口添加氯片進行消毒處理。

3.3 效益分析

(1)生態(tài)效益?！皡捬?人工濕地(水平潛流+垂直流)+微動力”工藝已有郁南縣的成功應(yīng)用經(jīng)驗，技術(shù)成熟可靠，在有效處理農(nóng)污的同時達到美化環(huán)境的目的。

(2)環(huán)境效益。人工濕地(水平潛流+垂直流)穩(wěn)定運行后，對DY村農(nóng)污消減量為2014.9～3117.1kg/a，其中對COD、BOD5、SS、氨氮和TP的消減量分別為1022、730、1168、73～175.2、21.9kg/a。

(3)示范效應(yīng)。隨著DY村農(nóng)污站的建立，能夠有效輻射周邊鄉(xiāng)村、鎮(zhèn)，勢必對當?shù)赜绊懏a(chǎn)生積極影響，進一步在華南地區(qū)推廣“厭氧+人工濕地(水平潛流+垂直流)+微動力”處理村組級農(nóng)污經(jīng)驗。

4 結(jié)論

(1)采用“厭氧+人工濕地(水平潛流+垂直流)+微動力”的組合工藝處理粵北地區(qū)東源縣農(nóng)村污水，選取村組級分散式處理模式，設(shè)計村組級農(nóng)村污水處理能力40m3/d，出水水質(zhì)略優(yōu)于GB18918中的一級B標準，對BOD5、COD、氨氮、TN、TP和SS的去除率分別為53.8%、71.4%、80%、25%～60%、60%。

(2)采用“厭氧+人工濕地(水平潛流+垂直流)+微動力”的組合工藝既能達到水質(zhì)處理要求，又具有能耗低、維護和管理方便、費用低等優(yōu)點，是一種適宜于粵北農(nóng)村生活污水的處理工藝。