重庆市农村生活污水处理经济适用技术探讨
摘要：重庆市农村地区住户居住较为分散，地形差异大，经济水平不高，其生活污水具有水质、水量日变化系数和时变化系数均较大的特点，与城市生活污水具有较大的差别。因此，传统城市污水处理工艺并不适合重庆市农村生活污水的治理。针对重庆市农村生活污水的特点，详细介绍了三种适合重庆市农村生活污水处理的经济适用技术，包括高效藻类塘、复合型人工湿地和净化沼气池－人工湿地技术。这三种处理技术均具有投资省、运行费用低、管理维护简单、处理效果好和运行稳定的特点，在重庆市农村生活污水处理上具有较强的适应性和可行性。
关键词：农村生活污水；高效藻类塘；复合型人工湿地；净化沼气池－人工湿地
我国农村生活污水处理长期以来没有得到足够的重视，绝大部分地区直接排放到当地河流，影响了农村人居环境。
重庆市地处长江上游地区，辖40个区县（自治县），有580个镇、291个乡，8 967个行政村，10多万个村民小组（自然村）［1］。重庆市所辖镇乡量大面广，居住分散，地形地质条件复杂，社会经济发展水平较低，是三峡库区水资源保护、库周污染源防治的核心区域，其生态安全与环境保护是国家环境战略的重要内容。2009年底，重庆市已建城市污水处理厂约70座，但是农村污水厂尚在规划中，没有实施。重庆市农村生活污水治理形势严峻。
从20世纪70年代开始，美国、欧洲、日本等发达国家就开始采用分散式污水处理技术对农村生活污水进行治理，有净化槽技术、蚯蚓生态滤池技术、土壤地下渗滤处理技术［2－5］等，并取得了良好的成效。重庆市农村生活污水水质及水量均有别于城市生活污水，因此，在借鉴国内外先进经验基础上，结合重庆市农村生活污水特点，探索适合农村生活污水处理的工艺相当迫切。
1 重庆市农村生活污水特点
1．1 水质特点
农村生活污水主要包含洗澡、洗衣、洗菜废水和冲厕等污水。污水中一般不含有毒物质，往往含有Ｎ、Ｐ等营养物质，还含有大量的细菌、病毒和寄生中卵［6］。与其他地区相比，重庆市农村工业化发展水平较低，污水以生活污水为主，主要来源有：一是农民日常生活排放的生活污水；二是养殖禽畜产生的污水。重庆市不同区域农村，由于居民的饮食习惯、化粪池系统的使用情况等因素的影响，生活污水水质差异性较大。研究表明［7］重庆市石宝村镇生活污水ＣＯＤ平均值为180ｍｇ·Ｌ-1左右，且差异程度小，ＴＮ浓度整体分布比较均匀，平均值为47．30ｍｇ·Ｌ-1主要分布在25～70ｍｇ·Ｌ-1，ＴＰ的平均值为4．42ｍｇ·Ｌ-1，主要分布在2．0～7．0ｍｇ·Ｌ-1之间，呈现高氮、中磷、低有机物及低碳氮比的特征。研究表明［8］重庆市长寿湖农村生活污水ＣＯＤ，ＴＮ和ＴＰ平均值分别为1 624．5，68．4和5．8ｍｇ·Ｌ-1，呈现出高氮磷的高浓度生活污水特征。因此，在选择污水处理技术时，应对乡村水质进行化验，并监测水质的变化状况。
1．2 水量特点
我国农村生活污水量一般较小［9］。《2009年重庆市水资源公报》显示，重庆市农村人均生活用水量约53Ｌ／ｄ，约为全国农村的人均生活用水量94Ｌ／ｄ的一半［10-11］，同时考虑到污水排放系数、污水收集率等因素，重庆市农村人均生活污水量约为30Ｌ／ｄ。以重庆一个典型村庄100户，每户3人为例，则产生的污水量仅为9ｍ3／ｄ，污水规模较小。已有文献表明［9，11］，我国农村生活污水日变化系数大（一般为3．0～5．0）。由于重庆市农村地区外出务工人员比重大，“空心化”现象较为严重，污水水量在年内季节及昼夜变化较大，污水排放呈不连续状态，日变化系数和时变化系数均较大。
1．3 收集系统特点
我国农村生活污水一般呈粗放型排放，96%的村庄没有系统排水沟渠和污水处理设施，生活污水多就势排入低洼处［9］。对重庆市农村地区而言，污水收集系统更加不完善。在重庆较偏远的农村，有些住户居住分散，户与户之间距离远，而且往往地势高低错落，沟渠、桥路等横穿村落，污水大多自流到地势低洼的河流等地表水体中，污水收集率远低于城区。
2 重庆市农村生活污水处理工艺选择
重庆市农村生活污水的水量小、时变化大。同时，由于重庆市农村经济基础相对薄弱、缺乏专业管理人员，其污水处理设施的基本要求是操作管理方便，能耗低，经济适用，效果稳定。
2．1 高效藻类塘
2．1．1 高效藻类塘工艺原理
早在20世纪50年代，美国加州大学伯克利分校的Ｏｓｗａｌｄ便提出用藻类来处理污水［12］。高效藻类塘（Ｈｉｇｈ Ｒａｔｅ Ａｌｇａｅ Ｐｏｎｄ，ＨＲＡＰ）作为稳定塘的改进形式，其内存在的藻类和细菌比稳定塘具有更加丰富的生物相，对有机物及氮磷具有很好的去处效果。高效藻类塘技术在美国、德国、比利时、新加坡等国得到了广泛应用［13］，在我国太湖地区农村也有应用［14-15］。高效藻类塘工艺流程如图1所示。
进水→沉淀池→高效藻类塘→水生生物塘→出水
图1 高效藻类塘工艺流程图
在高效藻类塘中，通过水中藻类和细菌的同化吸收作用以及氨氮的吹脱使污水中氮得到去除。高效藻类塘去除磷的途径主要包括微生物的同化吸收以及磷酸盐沉淀。其中，同化吸收的磷所占比例不大，一半在20%以下［15］，Ｂ．Ｐｉｃｏｔ等［16］认为藻类塘中所去除的磷酸盐中约90%是通过化学沉淀实现的。在高效藻类塘处理单元后置水生生物塘以进一步降低ＳＳ和氮磷等营养元素以及对藻类的去除。高效藻类塘处理系统污染物去除率如表1所示。
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2．1．2 高效藻类塘工艺适用性
高效藻类塘与传统稳定塘相比，既有运行成本低，维护管理简单等优点，又克服了传统稳定塘停留时间过长、占地面积大等缺点，其出水各项指标能达到ＧＢ18918-2006《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级Ｂ类排放标准。高效藻类塘主要技术经济指标如表2所示。
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2．2 复合型人工湿地
2．2．1 复合型人工湿地工艺原理
湿地国际组织（Ｗｅｔｌａｎｄｓ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）给出的关于湿地的定义如下：“湿地就是某些有水覆盖着土壤的地面，或者水存在于土壤的表面或者接近表面。水也可以存在于根区，整年的或者是每年的某一段时间。”污水中的污染物在经过湿地系统过滤后被土壤吸收，或被微生物转变成无害物。人工湿地处理生活污水是人为模拟自然湿地系统，利用强化了的自然生态系统中物理、化学和生物的三重协同作用，通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解等过程来实现对污水的高效净化。
竖向折流式湿地＋侧向潜流湿地的复合型人工湿地技术是在现有潜流型湿地和渗滤型湿地基础上改良开发而成的新型污水处理工艺［17］。其流程如图2所示。
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竖向折流式湿地组和侧向潜流湿地床组以梯度向下的形式，依次水路相连而构成。竖向折流式湿地组的每一湿地内设置有至少一块竖向的导流墙，水流以上下折流的流态穿过湿地，湿地中放置填料并在顶部栽种水生植物；侧向潜流湿地床组由多级侧向潜流湿地床、自然复氧区组成；每一侧向潜流湿地床中的水呈Ｓ形潜行，上一级湿地床与下一级湿地床之间由自然复氧区相连，促使污水进行多级好氧→缺氧→好氧循环生物反应。复合型人工湿地处理系统污染物去除率如表3所示。
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2．2．2 复合型人工湿地工艺适用性
竖向折流式湿地＋侧向潜流湿地的复合型人工湿地技术相比普通人工湿地，其占地面积减小约50%左右；由于强化自然复氧和生物作用，其处理效率提高。竖向折流式湿地＋侧向潜流湿地的复合型人工湿地出水各项指标能达到ＧＢ18918－2006《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级Ｂ类排放标准，适用于有荒地、地形坡度较大的农村地区，以及利用城镇周边的非建设用地，适用规模为10～2000吨／天。竖向折流式湿地＋侧向潜流湿地的复合型人工湿地主要技术经济指标如表4所示。
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2．3 净化沼气池－人工湿地
2．3．1 净化沼气池－人工湿地工艺原理
厌氧技术用于处理生活污水已经有100多年的历史，著名的厌氧消化专家Ｇ．Ｌｅｔｔｉｎｇａ教授断言：厌氧生物处理技术如果有合适的后处理方法相配合，可以成为分散型生活污水处理模式的核心手段，尤其适合发展中国家运用［18］。净化沼气池［19］是在化粪池和沼气池的基础上发展起来的新型沼气池，解决了化粪池处理效果差，沉积污泥多，沼气池沼气回收率低的弊端。净化沼气池－人工湿地工艺原理是由于生活污水的生化性高的特点，利用厌氧发酵技术，在厌氧的条件下由厌氧和兼氧微生物共同将生活污水中的有机物分解转化成ＣＨ4，ＣＯ2 和Ｈ2Ｏ。为了进一步降解有机物，强化脱氮除磷的能力，在沼气池后接人工湿地单元。处理工艺流程如图3所示。
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生活污水经过后，进入厌氧调节池，参照厌氧污泥床设计，严格密封且隔绝空气，保持厌氧环境，其功能是分离截流悬浮物，吸附降解胶体及溶解有机物。净化沼气池的功能是进一步截流降解污染物质。人工湿地处理单元通过水生植物吸收，微生物的硝化和反硝化作用脱氮，通过植物根系吸收除磷。净化沼气池－人工湿地处理系统污染物去除率如表5所示。
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2．3．2 净化沼气池－人工湿地工艺适用性
农村净化沼气池为地埋式，不需要专门的建池场地，其结构多采用砖混和钢筋混凝土结构，并且无机械和动力设备，污水在池内自流，无能耗，不需要专人管理运行稳定，建设费用低。
净化沼气池－人工湿地工艺适合分散建设，可以几户合建，同时也可以一家一户修建，尤其适合重庆部分住户分散，经济发展落后，远离市政下水道系统的旅游服务网点，“农家乐”等农村地区。净化沼气池－人工湿地处理系统主要技术经济指标如表6所示。
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3 结语
传统城市污水处理工艺对于农村地区而言，技术要求高、操作复杂，与其经济发展水平和管理水平不相适应，因此传统工艺并不适合于农村生活污水的处理。针对重庆市农村地区生活污水水质水量特点，提出了3种适合重庆地区农村生活污水处理技术：高效藻类塘、复合型人工湿地和净化沼气池－人工湿地技术。这3种处理技术都具有投资省、运行费用低、管理维护简单处理效果好、运行稳定的特点，对重庆农村生活污水的处理具有较好的经济适用性。
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