农村生活污水分散式处理的技术开发应用（三）

三、农村生活污水分散处理的必要性

以上四种常见的农村生活污水处理工艺，它们都有各自的优点和缺点，而这些工艺的组合往往能弥补各自技术的不足，提高处理效果，降低能耗。

采用生物净化槽/强化生态浮床组合工艺处理崇明岛的农村生活污水，平均出水 COD 小于45mg/L，氨氮小于 5mg/L，总磷小于0.75mg/L，固体悬浮物（SS）小于 20mg/L，已经达到一 级B 标准。

值得强调的是，无论采用哪种技术，要想以较小的投入实现污水处理系统的长期稳定，分散式的处理方式较为成熟，并且这一观点已经被国内大多数学者所认同。因为分散处理农村生活污水模式适合于居住分散、地势复杂、难以建立下水道管网的广大农村，在这一点上，学术界和各地政府的管理层面已形成共识。

2015 年 10 月在江西南昌举办的第五届中国农村和小城镇水环境治理论坛上，本研究团队提出了适合中国国情的农村生活污水分散处理模式，引发了讨论。2016 年 9 月在北京举办的第六届中国农村和小城镇水环境治理论坛上，基本都是围绕分散处理农村生活污水的专题发言和讨论，分散式处理农村生活污水模式得到了社会的认可。

日本尝试农村生活污水集中式处理的结果是负担过重，处理成本很高，例如日本政府在静冈县芝川町上长贯农村建设集中污水处理设施，该村庄一共只有 42 户，198 名村民，设施设计的处理能力为每天 240 人排放的家庭生活污水，污水流出农户家庭后通过重力流和提升泵进入地下排水管道和集水井，通过沉淀分离以及接触曝气的方式净化水质。42 户集中处理投资费用为5.26 亿日元，每年每户平均费用为 6.45 万日元，折合人民币为 3870 元。可见集中式的处理方式因地下管网建设费用过高，污水处理成本也会因水量过小造成吨水处理费用高。很多集中处理设施都因管网建设问题很难收集到污水，导致示范工程难以运行，因此未来中国农村生活污水处理模式基本为分散处理模式。

四、农村生活污水归一模块化处理模式

1、多户联用归一模块处理模式

本研究团队针对农村农户居住分散，地势复杂的特点，再结合我国农村管理模式，认为多户联用处理模式更适合我国农村生活污水的处理，虽然单户型净化槽的技术和装备成熟，处理效果也较好，但在节能减排方面还有待完善，特别是设备的投资较大，尽管单户净化槽减少了部分管网的建设费用，但一户一台净化槽的建设成本还是不能适应国情，需要进一步的研究开发，实行多户联用。经过近 4 年的研究，本团队开发出了一种新型净化槽，通过增加净化槽中的曝气区域和调控气泵功率，优化组合形成了一种多个农户联用处理的模式。具体措施是在原来单户净化槽的基础上，增加了气提装置，减少启动时间，让微生物在整个净化槽的内部进行循环；净化槽中各区域都加装曝气装置，充分利用气泵与好氧区域的优化组合，增加处理能力，实现多户联用处理；对生物滤床材料进行表面拉毛处理，增加生物着床的几率，快速挂膜。

除了净化槽的改进外，还开发出与此相匹配的水解槽，充分利用低氧下的微生物和后生动物，使任何家庭生活污水进入水解槽后，都将以可溶性的污水流出，大大降低了后续的处理负荷和后续管网的建设费用，这一过程被称为归一模块化处理模式。图 4 是多户联用净化槽处理农村生活污水的流程图，家庭生活污水进入各自的水解槽，酸化降解后经过管道流入新型净化槽，在厌氧或好氧的条件下进行生化处理。这种处理模式将复杂的农村生活污水处理系统简单化，尽可能采用自流式，形成由水解槽、管网、新型净化槽和气泵构建成的模块化系统，适合于广大农村的不同区域。

一 级厌氧加二级好氧小型净化槽在不同进水流量下处理生活污水的能力如图 5 所示。实验装置只有实际大型净化槽装置体积的 1/133。考虑到净化槽前端有水解槽的作用，原水污水 BOD 5 的浓度较低，结果显示即使处理相当于七户农家产生的生活污水（进水流量为 70L/d），出水 BOD 5 仍然低于一 级标准，因此这种净化槽完全可以满足处理五户农家污水的需要，该研究为新型净化槽的实际应用提供了重要的基础数据。

2、应用案例

针对农村各种不同的生活方式，研究团队以归一模块化模式为指导，在天津市科委和农委的项目资金的支持下，利用水解槽与净化槽的不同组合来处理单户、多户、别墅、楼宇甚至小型企业产生的生活污水，建立并且成功运行了许多示范工程。

（1）天津市西青区辛口镇第六埠村

2006 年在天津市农委的支持下，启动了净化槽示范工程项目，在西青区辛口镇第六埠村选择了三家农户分别安装了单户型的净化槽装置。在前期小型化净化槽基础研究的支撑下，大型净化槽的运行稳定，抗冲击性强，不受环境温度的影响，实现了无人值守。之后，2009 年开展了多户联用的示范工程，为了验证不同生活方式农户的联用效果，专门选择了两套两户联用，一套十五户联用和一套楼宇十户联用的归一模块化处理系统进行示范工程。

随着户数的增加，根据图 5 的实验数据判断生活污水的污染物负荷已超过一台新型净化槽的处理能力，所以采用两台新型净化槽串联方式处理污水，串联处理 2015 年 8 月完成，随即启动，经过一年多的稳定运行，出水水质仍然保持清澈透明，即使2016 年暴雨次数较多导致下水管道雨污水返灌，也未受到影响。说明该系统的抗冲击性能力很强，能够快速恢复处理效果，保持稳定运行，出水水质 BOD 5稳定在 20mg/L 以下。

2015 年 9 月稳定运行至今，解决了新农村建设中楼宇生活污水处理的难题，实现了污水的原位处理，多台净化槽串联保证水质能够达标排放。

总之，实践证明以归一模块化处理模式为指导的净化槽多户联用技术不仅可以减少净化槽的设备投资，而且还可以减少下水管网的建设费用。因为农村不能像城市生活污水处理那样修建价格昂贵的地下管网，所以农村生活污水处理的关键就是污水的收集，本研究团队开发的归一模块化处理系统就能很好地解决这一难题，为农村生活污水处理实现了节能减排，将会成为我国的模式。多户联用模式能够大大降低处理能耗以及投资成本。联用的户数越多，能耗和投资费用就越低。

（2）天津市静海区惠丰西村

在天津市科委的支持下，以扶贫的形式对天津市静海区惠丰西村进行整体的农户家庭厨卫改造并处理产生的生活污水。该村有农户 138 户，居民 483人。针对家庭生活污水，采用单户和多户联用的分散式处理方式，由于该村庄的房屋排列整齐规范，归一模块化处理系统以五户家庭为一个处理单元，共用一个新型净化槽，每户户外出水口处安装一台水解槽，共建造了七套这样的系统，同时也对该村 3 个地理位置比较分散的农户采用单户型净化槽，共建有三套。示范工程分两期进行，一期建设时间是 2014年 10 月，第二期建设时间为 2015 年 4 月，至今所有系统都在稳定运行，吨水处理耗电 0.6kW˙h，虽然在此期间也有停电的状况，但是两年间从未出现过故障。五户联用示范工程的现场和处理效果图如图 8所示。该示范工程体现了归一模块化的处理思路，工程在没有改变村庄的原始面貌的情况下，开展了农村生活污水集中处理的探索。

3、天津市蓟州区桃花寺村

天津市蓟州区桃花寺村有农户 89 户，居民 290人，主要经营农家乐等旅游产业，工程日处理生活污水 50t。整个村庄采用归一模块化的处理方式，每家产生的生活污水依靠地势差自流式原理依次经过水解槽、地下管网、调节池后进入由 6 台新型净化槽串并联组合的系统，其中 3 台净化槽串联后与另外 3 台串联的净化槽进行并联，可以通过调节各净化槽的曝气方式，实现 A/O/A/O 工艺，达到低能耗脱氮效果，也可以根据污染物浓度或水量的变化，实现全曝气好氧过程，达到更高的处理能力，使出水达标排放。

表 3 是天津市蓟州区桃花寺村日处理 50,t 生活污水的进出水水质，可以看出出水水质较好，但对于水源地区域来说，富营养化的问题需要引起重视，即使出水中磷含量只有 5,mg/L，也需要进一步处理。考虑到长期稳定的处理效果，电解法和湿地都有各自的缺点，所以研究团队采用化学方法，投加与磷含量相匹配的硫酸铁，使水中离子态的磷酸根离子与铁离子作用生成难溶解的磷酸铁沉淀。

具体措施是向其中一列 3 台串联的净化槽系统中前端净化槽中投放药剂硫酸铁，溶解后的铁离子随水流在之后的多级净化槽中与水中的磷酸根离子发生作用，实现沉淀除磷，而另一列串联净化槽中不投放药剂。通过该对比实验发现，由于磷含量低，投加的少量硫酸铁对微生物的代谢没有影响，而产生的难溶解的磷酸铁随净化槽出水排放到环境中，但是难溶解的磷酸铁即使进入水体也不会像离子态磷酸根离子一样造成严重的水体富营养化。该示范工程证明开发的多台串并联系统不仅投资成本低，工期短，而且运行费用较低，还可以与反硝化作用和化学除磷法结合，实现较好的脱氮除磷效果。

4、山东省德州市双一集团

由于我国经济的飞速发展，在广大农村地区也有很多工业园区或者小型企业，它们距离城镇污水处理厂较远，产生的生活污水如果直接排放，也同样会污染环境，迫切需要处理。本研究团队开发的多台净化槽串并联处理系统能够灵活地根据不同厂区的大小或车间的职工人数确定处理规模，从而选择不同的串并联形式，有效地进行原位处理，节省管网建设费用。

于 2014 年在山东省德州市双一集团的两家分厂分别安装了 6 套净化槽串并联处理系统，处理生活区和车间产生的污水，日处理水量为 12～24t。2014 年12 月 21 日安装了日处理 18t 的处理系统，安装完后随即启动微生物的挂膜，尽管是冬季，生物挂膜速度较慢，但处理效果越来越好。

投菌后由于气温很低，一个半月后出水仍然显黄，从右向左依次为化粪池出水、前端净化槽中区域的水样、后端净化槽中第三个区域的水样，经实验分析出水水质 BOD 5 为6.5mg/L，NH 3 -N 为 5.2mg/L。

2016 年 5 月对另一家分厂的 5 个车间和 3 个食堂产生的生活污水进行了处理，直接在车间的附近分别串联安装了五套新型净化槽系统，夏季启动反应器，启动速度很快，一个月后出水变得清澈透明，BOD 5 达到了一 级B 排放标准，为企业创造了环保效益，实现了政府规定的水质排放要求。

五、结 语

未来我国农村生活污水的处理将是环境保护工作中 心领域，然而为了保证工程能够长期、有效地运行，迫切地需要形成一套完善的理论体系和可靠的技术保障。农村生活污水的归一模块化处理模式是本研究团队在长期的理论探索和工程经验总结的基础上提出的，适合处理不同地域、不同生活模式下产生的农村生活污水，而且对分散的企业产生的生活污水同样具有很好的原位处理效果。应用该模式进行生活污水的处理，兼顾了节能和减排，并且能够长期稳定运行，出水水质均达到了GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一 级B 标准，具有很大的商业化推广价值和前景。实践已经证明归一模块化处理理论的科学性和合理性，必将成为我国农村生活污水处理的重要模式。