苏北地区某镇农村生活污水分散式处理模式工程设计应用分析.pdf

2023 年 第 16 期 广 东 化 工 第 50 卷 总第 498 期 119 苏北地区某镇农村生活污水苏北地区某镇农村生活污水 分散式处理模式工程设计应用分析分散式处理模式工程设计应用分析 蔡金燕*，孙争，陈赛杰(江苏河加海环境设计研究院有限公司，江苏 南京 210000)摘 要经过实地调研与监测，梳理了苏北地区某镇农村生活污水分散处理模式存在的问题，结合农村污水常用分散处理技术和影响因素，从处理效果好、运营维护方便、运行费用低等方面综合考虑，提出了“黑水+化粪池+第四格处理单元+微生态人工湿地/强化快渗地”和“灰水+原位生态净化槽+微生态人工湿地/强化快渗地”农村生活污水分散处理组合工艺，设计并建设了最大处理规模为50 m3/d的农村生活污水分散处理系统。同时在系统建成后连续半年的监测数据表明，该组合工艺出水 COD、HN3-N、TN 和 TP 水质指标优于农村生活污水处理设施水污染排放标准(DB32/3462-2020)二级标准。关键词农村生活污水；分散处理模式；第四格处理单元；原位生态净化槽；微生态人工湿地；强化快渗池 中图分类号TQ 文献标识码A 文章编号1007-1865(2023)16-0119-03 Design and Application Analysis of the Decentralized Treatment Mode of Rural Domestic Sewage in a Town in Northern Jiangsu Cai Jinyan*,Sun Zheng,Chen Saijie(Jiangsu Hejiahai Environmental Design and Research Institute Co.,Ltd.,Nanjing 210000,China)Abstract:Trough field investigation,problems existing in household decentralized treatment for a town in northern Jiangsu rural domestic sewage were sorted out.Considering the commonly used rural sewage treatment technologies and their limitation factors,a combined process of household decentralized treatment for rural sewage“black water+septic tank+fourth treatment unit+micro-ecological constructed wetland/enhanced rapid infiltration land”or“grey water+in-situ ecological purification tank+micro-ecological constructed wetland/enhanced rapid infiltration land”was put forward whilst considering its effectiveness in treatment,easiness and convenience in operation and maintenance,low cost to run,and etc.A decentralised treatment system for rural household sewage with a capacity of 50 m3/d had been designed and constructed.At the same time,the monitoring data for half a year after the completion of the system showed that the effluent quality indicators of COD,HN3-N,TN and TP of the combined process were superior to the secondary standard of the Discharge Standard for Water Pollution from Rural Domestic Sewage Treatment Facilities(DB32/3462-2020).Keywords:rural domestic sewage；decentralized wastewater treatment；the fourth processing unit；in-situ ecological purification tank；micro-ecological constructed wetland；enhanced rapid infiltration tank 长期以来，农村生活污水呈现无序排放，成为污染村镇水体的重要原因之一1。农村污水管网收集系统多不健全，且缺乏配套的污水处理设施，给生活污水的收集和集中处理带来难度，造成农村污水收集和处理率较低的局面一直存在2。较之城镇，农村人口居住分散，农村住宅布局不规则，大多沿河建造，居民对生活污水的概念认识有偏差，农村生活排放的污水大部分未经处理就直接排入附近水体3。目前，农村生活污水处理现状存在以下治理问题：(1)街道各行政村污水收集管网欠缺，污水收集难，接管不到位，污水直排入河2；(2)处理模式难选择，单一的处理模式或者技术方案并不能解决所有村庄的问题4；(3)处理水量水质波动大，设施出水难稳定达标等。上述治理问题对农村水环境质量造成严重影响。农村生活污水治理工程是保障经济发展和人民生活的重要基础设施。完善农村生活污水收集处理系统，实现生活污水的集中或相对集中处理，不仅能减少生活污水对周边水体的污染，还能改善村民生活环境，有利于提升农村整体形象，具有明显的社会效益、经济效益和环境效益。近年来，越来越多的针对农村生活污水集中处理技术的研究应用，使之越发成熟，但对于小规模分散处理模式技术的研究还有待完善，尤其是针对单户小规模水量的分散式污水处理方面的研究较少5-7。以下是针对苏北地区某镇农村生活污水处理现状进行的分散式农村生活污水组合工艺设计与应用分析。1 项目基本情况项目基本情况 1.1 村庄概况 该苏北地区某镇属于典型的丘陵地区，地势西高东低、北高南低，属于暖温带季风性气候，年平均降水为 780 mm。该地区远离敏感河流、水库等地表水体，属于非环境敏感地区。该镇下辖 6 个自然村，户籍户数 1200 户，总人口 3889 人，常住人口 2320 人，目前农村供水和改厕率达到 100%。1.2 治理必要性 该镇地形起伏较大，村民居住较分散，产生的生活污水难以实现管网集中收集处理。该村未建设排水管网，厨房、洗涤、洗浴等生活污水直接外排出庭院，导致路面污水横流，影响村庄人居环境。1.3 治理概况 该地区下设5个自然村，其中3个自然村已完成污水治理，黑水通过四格式化粪池无害化处理后，进行资源化利用(如农田浇灌等)或者专业拉运队运至镇驻地污水处理站进行集中处理，灰水采用隔油池、原位生态净化槽、微生态人工湿地、强化快渗地等户用分散技术，处理后达到 农村生活污水处理设施水污染排放标准(DB32/3462-2020)二级标准，一部分达标后排入周边河道，一部分用于花园或菜园浇灌。目前村庄已完成化粪池及第四格处理单元 360 套、原位生态净化槽 220 套、微生态人工湿地 310 套、强化快渗地池 250套，人均用水量约 60 L/人天，总设计处理规模 60 m3/d，实际总处理规模 50 m3/d。2 分散式污水处理工艺设计分散式污水处理工艺设计 2.1 工艺技术模式选择 针对该镇农户居住分散，黑灰分质收集处理、灰水产生量少、污染物浓度低、房屋周边有可用土地或者水塘等特点，采用户用分散式污水处理模式。收稿日期 2023-03-09 作者简介 蔡金燕(1991-)，女，江苏启东人，硕士，中级工程师，主要从事环境工程咨询与设计，包括生活污水治理、人工湿地、河道、湖泊生态修复、以及小流域环境综合治理相关研究、技术成果转化及工程应用。*为通讯作者。广 东 化 工 2023 年 第 16 期 120 第 50 卷 总第 498 期 根据该地区农村实际情况，对农村黑水、灰水因地制宜地采用不同处理模式，对远离城镇及敏感水体、环境容量较大、布局分散、人口规模较小、地形复杂的居住点或村落，可就地就近对单户或多户(15 户)生活污水进行收集，通过风扇是处理设施进行处理。(1)当化粪池黑水直接下河时：根据现场实际情况，部分居民的化粪池黑水直接排入河道，此时需在化粪池出水管设置第四格处理单元，经第四格处理单元处理后排入人工湿地再次净化达标后排放。(2)当化粪池黑水不外排时：根据现场实际情况，部分居民的化粪池黑水居民直接利用，此时需在化粪池出水管设置第四格处理单元，经第四格处理单元处理后资源化利用。(3)当厨房、洗衣、清洁和洗浴产生的灰水下河时：根据现场实际情况，部分居民的厨房、洗衣、清洁和洗浴产生的灰水直接排入河道，此时需在厨房出水管设置隔油池，之后与洗衣、清洁和洗浴产生的生活污水进入原位生态净化槽处理后，排入设置在河道内的微生态人工湿地，经净化达标后排放。(4)当厨房、洗衣、清洁和洗浴产生的灰水直接排放在空地上时：根据现场实际情况，部分居民的厨房、洗衣、清洁和洗浴产生的灰水散排至空地上，此时需在厨房出水管设置隔油池，之后与洗衣、清洁和洗浴产生的生活污水进入原位生态净化槽处理后，排入设在空地内设置的人工湿地，经净化达标后排放。(5)当厨房产生的灰水直接排入化粪池、庭院内洗漱水排入空地时：根据现场实际情况，部分居民厨房产生的灰水直接排入化粪池、庭院内洗漱水排入空地，此时厨房出水管设置隔油池，与接入化粪池的污水一同通过第四格处理单元处理，庭院内洗漱水进入微生态人工湿地处理后排放。2.2 改造原则(1)综合考虑村庄规模、区域位置、环境敏感性、房屋密度、常住人口数量、农业结构、地形地质、施工条件、排放要求等多方面因素，按照资源化利用优先，宜接管则接管，相对集中与分散处理相结合，收集外运为补充的原则，根据实际情况选择分散处理模式或集中处理模式。(2)化粪池排水管后需设置第四格处理单元；厨房排水管后需设置隔油池，所以排入河道污水均需设置人工净化湿地或，经处理达标后方可排放。(3)农村生活污水的污染物排放管理，因符合农村生活污水处理设施水污染排放标准(DB32/3462-2020)的规定。(4)厕所粪便污水与厨房污水、洗浴污水应分开收集，厕所粪便污水需先排入化粪池，经第四格处理单元处理后排放，厨房污水经沉渣隔油后进入排水管，其他污水可直接进入排水管。2.3 排放标准 由于农村无数排放水域为水环境功能未明确区域，根据 农 村 生 活 污 水 处 理 设 施 水 污 染 排 放 标 准(DB32/3462-2020)，农村污水日处理能力大于 50 m3时执行二级标准，当处理设施设计日处理能力小于 50 m3，应执行三级标准，详见表 1 所示。表表 1 出水水质主要指标一览表出水水质主要指标一览表 Tab.1 List of main indicators of effluent quality mg/L 水质指标 CODCr SS TN NH3-N TP 二级出水水质()100 30 30 15 3 三级出水水质()120 50-25-2.4 污水收集 灰水由户内排水管收集，采用 DN110、DN75 的 PVC 管，地埋方式铺设，平均每户连接管 5 m。2.5 主要构筑设施设计 图图 1 农村生活污水治理模式选择流程图农村生活污水治理模式选择流程图 Fig.1 Flow chart of rural domestic sewage treatment mode selection 黑水进入化粪池出水管后，设置第四格处理单元，经第四格处理单元处理后排入人工湿地再次净化达标后排放或者用于资源化利用。灰水有户内排水管收集后，经隔油/沉淀池预处理后，通过原位生态净化槽、微生态人工湿地或强化快渗地等强化生态处理，用于房前屋后小菜园、小果园、小花园灌溉用水，实现污水就地资源化利用。项目总投资约 7000 元/户，其中，污水处理设备投资 5005 元/户，管道投资约 910 元/户，基坑开完等土建及设备安装费用 1085 元/户。主要工艺构筑设施如下：(1)第四格处理单元：第四格处理单元为化粪池尾水强化处理装置8，有效容积大于等于 0.6 m3，内置垂直纤维弹性填料，对化粪池出水处理后排入人工湿地或资源化利用。第四格处理单元安装做法应符合玻璃钢化粪池选用与埋设(14SS706)中有关规定。(2)隔油池：灰水进入湿地之前需设置隔油池，用于收集灰水中的固体污物和油脂，处理后的废水排入人工湿地进行净化处理。隔油池安装做法应符合 餐饮废水隔油设备选用与安装(16S708)中简易隔油器有关规定。(3)原位生态净化槽：灰水进入隔油-沉淀一体池，通过过滤和沉淀作用去除杂物、悬浮物和有无；经初步处理后的污水进入净化槽内，自下而上流动，污水中的污染物被净化槽内的过滤介质吸附、截留，利用负载在填料上的好氧菌/兼性菌/厌氧菌等生物的联合降解作用实现污水中污染物的深度净化处理。原位生态净化槽的水利负荷 0.250.5 m3/m2d，可根据日最高用水量选定设备尺寸。(4)人工湿地设计：微生态人功能湿地工艺由预处理单元和生态强化净化处理单元组成。污水首先收集至隔油/沉淀一体池进行预处理以去除悬浮物和有无，避免后续处理单元堵塞；预处理后污水由配水管均匀投配到微生态人工湿地处理单元。通过布设填料浮床和水生植物根系上的水处理功能微生物的降解以及植物根系吸收等去除有机物、氮磷等。微生态人工湿地的水力负荷 0.20.45 m3/m2d9-11，可根据日最高用水量选定设备尺寸。根据农村现场实际情况，因地制宜地实施人工湿地，对农户排放污水进行净化处理，本次设计人工湿地面积约0.52 m2，根据现场实际情况的不同，可采用共三种人工湿地做法。第一种人工湿地：适用于布设在河道内，位于水面开2023 年 第 16 期 广 东 化 工 第 50 卷 总第 498 期 121 阔地带；基质铺设从下至上分别为200 mm沸石、450 mm沸石和150 mm级配砂，保证水生植物生根所需的营养和基质条件；四周设置木桩，每根木桩间隔为20 mm，桩径10 cm，木桩长度根据现场湿地底高程调节，桩顶标高位于常水位100 mm；湿地净水管道需位于沸石层，保证湿地处理效果。第二种人工湿地：适用于布设在河道内，位于水面狭窄地带；基质铺设从下至上分别为200 mm沸石、450 mm沸石和150 mm级配砂，保证水生植物生根所需的营养和基质条件；四周布设套筒，套筒采用3根木桩固定，杉木桩桩长暂定为45 m；湿地净水管道需位于沸石层，保证湿地处理效果。第三种人工湿地：适用于在空地内布置人工湿地；基质铺设从下至上分别为200 mm沸石、450 mm 沸石和 150 mm 级配砂，保证水生植物生根所需的营养和基质条件；湿地净水管道需位于沸石层，保证湿地处理效果。人工湿地内需间隔种植菖蒲、茭白、美人蕉等水生植物。(5)强化快渗池：污水首先进入处理设施中间的沉淀池进行预处理，以去除悬浮物和颗粒物；在二级净化单元中，通过多孔性填料截留的有机物、氮磷等污染物；污水进入三级净化单元及周边土壤中后，被附着与卵石/河沙以及土壤中的微生物所利用，水质得到进一步改善。强化快渗地处理负荷采用0.40.6 m3/m2d，可根据日最高用水量确定建设面积和设备尺寸。3 污水处理效果污水处理效果 该镇农村生活污水处理设施建成正常运行后，每月监测1次，从连续半年的监测数据来看，该组合工艺出水COD89.75 mg/L、NH3-N8.77 mg/L、TN24.23 mg/L、TP1.98 mg/L，水质指标优于农村生活污水处理设施水污染排放标准(DB32/3462-2020)二级标准(见表 2)。农忙时节周边居民自发将化粪池和人工湿地塘内水就近浇灌农田、果园、菜园，非农灌季节人工湿地内达标尾水就近排入河道，收割的人工湿地水生植物可作为生产饲料喂养农户的鸡、鸭、鹅、猪等家禽。表表 2 分散式污水处理组合工艺出水污染物浓度分散式污水处理组合工艺出水污染物浓度 Tab.2 Concentration of pollutants in the effluent of the combined process of decentralized sewage treatment mg/L 监测日期 COD NH3-N TN TP 2022.04 80.12 5.44 22.43 1.07 2022.05 77.21 6.12 23.41 1.90 2022.06 67.52 8.70 24.01 1.89 2022.07 88.12 8.77 24.22 1.98 2022.08 89.75 8.12 24.23 1.96 2022.09 88.72 7.42 23.99 1.12 4 运行维护运行维护 4.1 运维主体 设施日常维护中，对于出现的简单问题，由各农户自行进行简单处理，村级指定专人对全村生活污水治理设施进行巡查及管护，及时维修村民反馈的设施运行复杂问题，保证各污水治理设施长效正常运行。组建镇、村协管队伍，每村配备 12名协管员，形成由农户自身负责、村级管理、乡镇巡查、县级抽查的自下而上的管理体系。4.2 运维费用 该工程污水处理设施无需外加动力，无电费等运行费用，根据农户不同排水量情况，各设施沉淀池内沉积物平均每月清掏一次，每处设施每次清掏费约 2 元，每处污水处理设施平均每年运维费用约 24 元。5 适用范围及注意事项适用范围及注意事项 5.1 使用范围 该工程设计主要适用于丘陵地区、居住相对分散、污水排放量较小、不便于管网收集、气温相对温暖(冬季平均气温不低于-10)，受纳水体为非环境敏感水体的地区。5.2 注意事项(1)净化槽、第四格处理单元、微生态人工湿地处理效果受环境温度影响较大，冬季平均气温低于-10 时影响设施处理效果。(2)微生态人工湿地浮床、强化快渗地的填料需要每年进行冲洗、翻晒、装填，可交给第三方统一管理，也可知道农户自行维护，需要约 50 元/户年的清理费用。6 结论结论(1)我国农村人口多，生活污水排放量大，处理率很低，农村生活污水已成为中国主要流域水污染的重要因素，农村污水治理制约农村经济发展，需引起我们更多的关注，尤其是农村住户不集中、地势不平坦、污水收集难度大的区域。(2)根据农村生活污水水质、水量特点，结合农村污水常用技术及受限因素，从处理效果好、运营维护简单方便、运行费用低等方面进行比选组合，提出了“黑水+化粪池+第四格处理单元+微生态人工湿地/强化快渗地”和“灰水+原位生态净化槽+微生态人工湿地/强化快渗地”农村生活污水户式分散处理组合工艺。(3)以苏北地区某镇农村为例，进行了组合工艺设计和污水处理系统建设，出水 COD89.75 mg/L、NH3-N8.77 mg/L、TN24.23 mg/L、TP1.98 mg/L，水质指标优于农村生活污水处理设施水污染排放标准(DB32/3462-2020)二级标准。参考文献参考文献 1蒋涛，李亚，盛安志，等 农村生活污水治理模式与技术研究综述J 环境与可持续发展，2018，43(04)：79-83 2杨晓英，袁晋，姚明星，等中国农村生活污水处理现状与发展对策以苏南农村为例J复旦学报：自然科学版，2016，55(2)：183-188 3Wang C，Feng B，Wang PRevealing factors influencing spatial variation in the quantity 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