農(nóng)村污水無動力復合生態(tài)凈化工藝

2019年1月印發(fā)的《中共中央國務院關于堅持農(nóng)業(yè)農(nóng)村優(yōu)先發(fā)展做好“三農(nóng)”工作的若干意見》將農(nóng)村生活污水治理作為實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略、改善農(nóng)村人居環(huán)境的重要任務。截止到2020年年底，建制鎮(zhèn)污水處理率達到70%，而村鎮(zhèn)污水處理能力僅為214.77萬m3/d，污水處理率僅有18.75%。村鎮(zhèn)污水處理相對滯后，大量污水未經(jīng)處理直接排入附近水域，嚴重影響水體環(huán)境。農(nóng)村居住人口較少且地理位置較為分散，難以通過集中模式進行污水處理，因為集中式污水處理強烈依賴于排水管網(wǎng)收集系統(tǒng)，投資大、運行成本高，并不完全適用于農(nóng)村污水處理。分散式污水治理通過小型污水處理設備或設施可對小范圍內(nèi)污水進行就近處理，高度適用于污染源分散的鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村。

無動力復合生態(tài)凈化技術經(jīng)過不斷探索與試驗，已經(jīng)高度適用于農(nóng)村污水的處理?？舍槍ν耆稚⒌?/span>1―2戶設置，也可針對相對集中的幾十到幾百戶設置。系統(tǒng)建成后可連續(xù)運行10年以上，實現(xiàn)“無設備、無動力、無能耗、無藥劑、無耗材、無維護”的節(jié)能生態(tài)綠色處理，尾水可直接排放或者資源化利用。本文介紹了農(nóng)村污水無動力復合生態(tài)凈化技術及其工程應用情況，以期為農(nóng)村生活污水處理提供技術參考。

1、農(nóng)村生活污水的特點及存在的問題

1.1 農(nóng)村生活污水的特點

農(nóng)村生活污水主要由餐廚污水、糞尿和潔具沖洗用水、沐浴洗滌用水組成，水質(zhì)主要有以下特點：

（1）分布面廣且較為分散，大部分村落無排污管網(wǎng)，無法集中收集。

（2）污水濃度高，水質(zhì)波動大，氮、磷含量高，不含重金屬元素，五日生化需氧量/重鉻酸鹽指數(shù)（BOD5/CODCr）的比值（0.39―0.92）比城鎮(zhèn)污水高，可生化性強。

（3）排水量變化系數(shù)大，一天中早晚比其他時間段排放量大，水量排放不連續(xù)。

（4）大部分無污水集中排放管網(wǎng)，多采取就地排放或者明溝排放。

（5）處理率低，大部分地區(qū)缺乏污水處理裝置，多數(shù)地區(qū)還在使用傳統(tǒng)的旱廁，有水沖廁所的地區(qū)大多是三格化糞池設施，其污水中所含污染物濃度依然很高。

1.2 農(nóng)村污水處理面臨的問題

雖然我國城鄉(xiāng)一體化建設逐步加快，但農(nóng)村污水處理仍存在較多的問題，我國農(nóng)村生活污水處理剛剛起步，還沒有形成系統(tǒng)化、規(guī)范化、標準化，處理過程中主要面臨以下幾種問題：

（1）缺少適宜不同區(qū)域特點的實用技術。我國農(nóng)村地區(qū)存在著明顯的區(qū)域差異性特征，導致常規(guī)技術在不同地域運用時會出現(xiàn)大量問題。

（2）污水處理標準、規(guī)范尚未建立。目前，農(nóng)村污水處理直接套用城鎮(zhèn)的污水處理標準體系，因為除了少數(shù)地區(qū)規(guī)定了農(nóng)村污水的處理標準外，大部分地區(qū)沒有統(tǒng)一的農(nóng)村污水處理標準。農(nóng)村污水氮、磷含量高，水體富營養(yǎng)化嚴重，單位處理噸水技術成本高，完全參考城市污水處理的標準不是非常合理。

（3）缺乏長效的運行管理機制。對于建成的污水處理設備，運行維護資金短缺、無保障，缺乏專業(yè)人員進行運行及維護管理，設備故障時得不到及時維護，長期處于廢棄狀態(tài)，工程管理水平普遍較低。

（4）居民環(huán)保意識薄弱。農(nóng)村居民環(huán)境保護意識薄弱，大多數(shù)不愿承擔污水處理設備費用，村鎮(zhèn)政府對污水處理可支配資金較少，導致農(nóng)村污水處理政策推進困難。

2、農(nóng)村污水無動力復合生態(tài)凈化技術

2.1 農(nóng)村污水無動力復合生態(tài)凈化技術工藝

針對農(nóng)村生活污水污染負荷高、排水量變化系數(shù)大的特點，開發(fā)了無動力復合生態(tài)凈化技術，利用人工基質(zhì)、定向選擇和培育的功能微生物及凈水植物，通過填料吸附過濾、微生物轉(zhuǎn)化與降解、植物吸收轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)生活污水的深度處理和資源化利用。

經(jīng)過統(tǒng)一收集的農(nóng)村生活污水通過管道輸送至調(diào)節(jié)池，在調(diào)節(jié)池內(nèi)通過重力自然沉降去除泥沙和大顆粒污染物。調(diào)節(jié)池內(nèi)污水與厭氧反應池內(nèi)微生物充分混合，通過微生物代謝降解去除有機污染物。前端處理后的污水通過重力流入生態(tài)凈化床，結(jié)合基質(zhì)吸附、植物根系物質(zhì)交換與光合作用，對污水進行進一步的凈化和蒸發(fā)。出水水質(zhì)可達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918―2002）中的一級A標準。

對于單戶處理：采用一體化集成裝備，只需將管路與每戶常用的排水口對接進入裝備入口即可。裝備入口設過濾網(wǎng)以攔截大顆粒污染物。微生物、基質(zhì)、植物集成在一個裝置系統(tǒng)中，利用基質(zhì)―微生物―植物的復合生態(tài)系統(tǒng)，經(jīng)物理、化學和生物的聯(lián)合作用達到高效凈化污水的目的。實際運行中只需定期清洗、更換濾網(wǎng)即可。

對于集中處理：需要利用（鋪設）污水管道將污水集中排入無動力污水處理系統(tǒng)，利用系統(tǒng)中的基質(zhì)、微生物、特定植物對污水進行凈化處理。在系統(tǒng)建設初期完成微生物接種、馴化，特定植物培育、移栽，后續(xù)根據(jù)運行情況補充少量微生物、植物，以保證系統(tǒng)處理效果。

2.2 農(nóng)村污水無動力復合生態(tài)凈化技術優(yōu)勢

（1）適用廣。

可針對完全分散的1―2戶設置，也可針對相對集中的幾十到幾百戶設置，系統(tǒng)可穩(wěn)定運行10年以上。

（2）生態(tài)集成化。

農(nóng)村污水無動力復合生態(tài)凈化技術在無動力情況下，將厭氧、好氧、多介質(zhì)滲濾和人工濕地生態(tài)處理技術優(yōu)化集成，優(yōu)勢互補，多介質(zhì)生態(tài)協(xié)同處理，實現(xiàn)“無設備、無動力、無能耗、無藥劑、無耗材、無維護”的節(jié)能生態(tài)綠色處理，尾水可直接排放或者資源化利用。

（3）資源化。

裝備結(jié)構(gòu)可采用3D打印技術，使用城市、鋼廠、電廠、煤化工固體廢棄物作為原料，實現(xiàn)廢棄物再生利用，達到“以廢治廢”的目的。

（4）節(jié)能高效。

使用無動力復合生態(tài)凈化處理系統(tǒng)每年可節(jié)約能耗100%，污水中CODCr和BOD5減少95%，總氮（TN）和總磷（TP）分別減少95%、90%，處理1t生活污水，可減少二氧化碳（CO2）排放6.7kg。該處理系統(tǒng)占地面積為傳統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)占地面積的1/3。

2.3 農(nóng)村污水無動力復合生態(tài)凈化技術原理

農(nóng)村污水無動力復合生態(tài)凈化技術利用人工基質(zhì)、定向選擇和培育的功能微生物及馴化的凈水植物，通過填料吸附過濾、微生物轉(zhuǎn)化與降解、植物吸收轉(zhuǎn)化實現(xiàn)生活污水的深度處理和資源化利用。

（1）CODCr、BOD5降解：農(nóng)村生活污水中CODCr、BOD5的降解主要靠微生物的代謝活動，在厭氧池中，微生物形成微生物群落結(jié)構(gòu)，污水中的有機污染物在厭氧細菌和兼性菌的處理下分解為小分子有機物、甲烷（CH4）、CO2和水（H2O）。隨后污水進入復合生態(tài)凈化床，填料的吸附、微生物的降解及植物的吸收作用使污水中的CODCr、BOD5得以去除。厭氧降解和復合生態(tài)凈化床的多級循環(huán)降解完成了有機物的深度脫除。

（2）懸浮物（SS）的脫除：農(nóng)村生活污水所含SS較少。小顆粒有機物靠微生物的降解作用去除，而無機物主要依靠物理攔截、沉降和過濾作用去除。

（3）氮的去除：農(nóng)村污水無動力復合生態(tài)凈化技術的脫氮原理主要是微生物氨化、硝化和反硝化作用，植物吸收氮的比例約為10%。

氨氮（NH3-N）的脫除：農(nóng)村生活污中水NH3-N的脫除主要采用生物法。在好氧條件下，污水中的有機氮被分解成NH3-N，NH3-N在亞硝化菌、硝化菌作用下經(jīng)過硝化作用被氧化成亞硝酸鹽和硝酸鹽。其反應方程式如下：

TN的脫除：NH3-N經(jīng)過硝化作用轉(zhuǎn)化為硝酸鹽和亞硝酸鹽，TN的含量保持不變，TN去除主要在反硝化菌的作用下，將硝酸鹽和亞硝酸鹽中的氮還原成氮氣（N2），完成脫氮過程。

TN去除的反應方程式如下：

（4）TP的脫除：農(nóng)村生活污水中TP的去除過程主要由植物和基質(zhì)來完成，少量磷酸鹽被植物吸收合成自身所需要的營養(yǎng)成分，基質(zhì)以離子交換形式的化學吸附以及填料表面沉積過程實現(xiàn)對可溶性磷酸鹽的去除，有機磷與難溶性無機磷需要在微生物、植物與基質(zhì)的協(xié)同作用下去除。

3、農(nóng)村污水無動力復合生態(tài)凈化技術的工程應用

安徽桐城無動力農(nóng)村生活污水處理項目于2021年建成并運行，處理化糞池出口污水及生活污水約10t/d。項目采用四級循環(huán)生活污水無動力復合生態(tài)凈化系統(tǒng)，利用水位差形成無動力水流條件，增加水流途徑，在復合生態(tài)凈化床內(nèi)部與植物根系、微生物、基質(zhì)充分接觸，實現(xiàn)污染物的深度凈化處理，出水可達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918―2002）中的一級A標準。農(nóng)村污水無動力復合生態(tài)凈化系統(tǒng)凈化效果見下表。

4、結(jié)語

（1）針對農(nóng)村生活污水的特點及存在的問題，開發(fā)了農(nóng)村污水無動力復合生態(tài)凈化技術，系統(tǒng)可針對完全分散的1―2戶設置，也可針對相對集中的幾十到幾百戶設置。該項目不僅實現(xiàn)了建筑廢棄物再利用，達到“以廢治廢”的目的，而且占地面積小、適用范圍廣，整個處理過程無設備、無動力、無能耗、無藥劑、無耗材、無維護。

（2）農(nóng)村污水無動力復合生態(tài)凈化處理系統(tǒng)每年節(jié)約能耗100%，污水中CODCr減少95%，TN和TP分別減少95%、90%，處理1t生活污水，可減少CO2排放6.7kg，該系統(tǒng)占地面積為傳統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)占地面積的1/3。

（3）在安徽桐城農(nóng)村生活污水處理項目中，采用四級循環(huán)生活污水無動力復合生態(tài)凈化系統(tǒng)，出水可達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918―2002）中的一級A標準。（來源：上海國惠環(huán)境技術有限公司）