滇池流域村庄生活污水“三池”处理系统浅析

单 蓓，土 琦，常军军，梁 赟，陆轶峰

(1. 昆明市园林科学研究所，云南 昆明 650224；2. 云南大学生态学与环境学院，云南 昆明 650091)



滇池流域村庄生活污水“三池”处理系统浅析

单 蓓1，土 琦2，常军军2，梁 赟2，陆轶峰2

(1. 昆明市园林科学研究所，云南 昆明 650224；2. 云南大学生态学与环境学院，云南 昆明 650091)

随着滇池污染治理工作的深入，滇池流域村庄生活污水收集处理得到社会各方面的高度重视。在当前农村生活污水处理工艺中，由沉砂池-隔油池-生态净化池构成的“三池”处理系统由于投资小、污水处理成本低、易于管理、环境效益高等优点，极为适应当地经济发展和周边环境状况，因此在滇池流域村庄生活污水的治理中得到了广泛的推广运用。以大渔村“三池”处理系统为例，通过与村庄生活污水其他处理工艺对比以及对“三池”处理系统进行效益分析，为滇池流域村庄生活污水处理工艺的选择提供科学依据。

滇池流域；村庄生活污水；“三池”处理系统；研究

0 引言

滇池位于昆明市西南，是云南省面积最大的高原湖泊，素有“高原明珠”之称。近二三十年来，滇池富营养化日趋严重，被国务院列为重点治理的“三湖三河”之一。虽然国家投入了大量资金对点源污染进行治理，但对湖泊水体富营养化状况的改善收效甚微，其重要原因之一就是农村面源污染未能得到有效控制[1, 2]。滇池流域村庄的生活污水和畜禽养殖污水未经处理直接排入流经村庄的河道和沟渠，致使大量氮、磷等营养物质进入滇池。随着农村的发展和居民生活水平的提高，作为流域最主要的面源污染源的村庄生活污水越来越成为滇池流域治理的重点、难点和热点，也是滇池污染治理过程必须面对和解决的问题。村庄生活污水治理一方面可以解决滇池流域村庄水污染问题，改善和美化村庄环境，提高村民的生活质量，另一方面能大幅度削减村庄生活污水进入滇池的负荷，达到从源头上保护滇池的目的。

目前国内常用的村庄污水处理技术包括厌氧沼气池处理技术、稳定塘处理技术、人工湿地处理技术、土壤渗滤处理系统以及生物滤池技术等[3-6]。村庄经济基础薄弱，治污技术匮乏，专业管理人员不足，管理水平低。尊重农村建设的客观规律，以满足农村的实际发展和农民的需要为前提，选择适宜于村庄污水处理的工艺十分重要[7]。

2011年7月，在一湖(滇池)两江(盘龙江、牛栏江)流域水环境综合治理会议上，昆明市委、市政府针对目前滇池流域村庄生活污水的特点，选用造价低、维护简单、易管理的“三池”系统，并大力推进其在滇池流域的建设。截止2011年底，687个村庄已完成了183个“三池”建设[8]。“三池”即相连的沉砂池、隔油池和生态净化池(包括植物净化池、生态沟渠、植物稳定塘等，可根据不同的需要进行选择)，依次对流入的污染物进行净化，最终排入农灌沟渠加以回用，并确保无污水直接进入河道。

1 “三池”系统的建设——以大渔村为例

1.1 设计规模和标准

大渔村隶属于呈贡县大渔乡，地处大渔乡西南边。现有居民938户，人口2 074人，参考《云南省地方标准用水定额》以及近年来滇池流域村庄污水收集处理工程实施经验，最终确定人均综合生活污水日排放量为50 L/d，因此整个村污水量为103.7 m3/d。集水沟渠是雨污合流制，初期雨水进入处理系统进行处理，后期雨水溢流进入农灌沟渠进行直接回用，整个系统设计规模为150 m3/d。工程总投资约15.5万元，占地面积1564 m2。出水水质执行《GB18918-2002城镇污水处理厂污染物排放标准》一级排放标准B标准，具体设计水质见表1。

表1 大渔村“三池”系统设计进、出水水质 (mg/L)

1.2 工艺流程设计及其简述

根据大渔村的土地利用情况与排水系统现状，采用隔油沉砂池+生态沟+植物稳定塘的“三池”处理系统。主要包含四个组分：溢流堰，隔油沉砂池，生态沟，植物稳定塘。处理工艺流程如图1所示。

① 溢流堰

设计在进水口下方0.8 m处，用混凝土浇筑或用砖块砌成，溢流堰顶标高为-0.7 m。由于集水沟渠是明渠，难免有生活垃圾和作物秸秆进入沟渠，需在进水口上游2 m处安置格栅，防止垃圾堵塞进水口和进入三池系统。格栅规格1.0×0.6 m，栅条间距30 mm。

② 隔油沉砂池

设计并联的2个隔油沉砂池。隔油沉砂池参考国标图集04S519中的GG-2S型隔油池，进水管设置在隔油沉砂池的边角处，进出水管选用PVC管，管径DN300 mm，进水管标高-0.55 m；出水管设于进水口的对角处，出水管标高-1.20 m。Ⅰ号隔油沉砂池规格5.0×4.0×1.5 m，240砖混结构。Ⅱ号隔油沉砂池规格5.0×5.0×1.5 m，砖混结构。2个处理池共占地45 m2，总体积67.5 m3，有效容积50 m3。

③ 折流式生态沟

污水从隔油沉砂池中自流流入生态沟，生态沟沟底宽3.0 m，沟面宽5.0 m，设计水深0.5 m，总深1.0 m，为一等腰梯形。生态沟全长85.0 m，为了节约土地和便于施工，把生态沟设计成迂回的折型。生态沟占地510.0 m2，总体积360.0 m3，有效容积148.8 m3，水力停留时间为20 h。生态沟沟埂上种植黑麦草、美人蕉和湿生乔木等。

④ 植物稳定塘

植物稳定塘规格为30.0×20.0×1.0 m，面积600.0 m2，植物塘中心区域为三个并列的深水区，其规格分别为15.0×4.0×2.0 m，15.0×6.0×2.5 m，15.0×4.0×2.0 m，三深水区间距3 m。周围为1 m深的浅水区。浅水区、深水区的实际水深分别设计为0.5 m、1.5 m、2.0 m。交替的深浅区是为了营造出更利于各类生物生存的多样化生境。稳定塘有效容积为534 m3，出水管管心标高-1.15 m。在植物选择方面，根据植物的休眠和死亡情况，合理选择配置植物。在浅水区、深水区种植荷、棱、豆瓣菜、浮萍等漂浮植物，但应注意其收获管理和定期收获；深水区种植金鱼藻、黑藻、菹草等沉水植物；近岸区域可种植风车草、旱伞草、鸢尾等挺水植物以及芋头、慈姑、茭白等具有经济价值的水生植物。

⑤ 围栏

为了防止人畜干扰，在系统外围建设一圈金属围栏，金属网为160×1.8 m。在入水口对应位置设置一道门，规格1.8×1.5 m。

1.3 核心单元的解析

①生态沟

生态沟渠可通过植物及沟渠中附着的大量藻类和微生物降解和吸收污染物质，同时增加污水中溶解氧的含量，为后续处理步骤创造良好的条件[9-11]。折流式生态沟可充分利用土地，减少占地面积和工程量。沟埂底角设计为45°梯形，既解决垂直沟埂易塌方的问题，又增加了埂表面湿生植物的种植面积。

②植物稳定塘

作为一种利用天然净化能力的生物处理构筑物，植物稳定塘主要利用菌藻的共同作用分解吸收污水中的各类污染物[12-13]。其作为“三池”处理系统的主体工艺，具备以下优势：可充分利用地形，工程简易，基建投资省；管理简单，运行维护费低，处理效果稳定；底泥清淤所需周期长；稳定塘中可以种植茭白、慈菇、藕等经济作物，同时放养田螺、鲢鱼、鳙鱼、鲤鱼、鲫鱼等水生生物，形成良好的水生生态系统，滤池性鱼类的存在还可抑制藻类的过度生长，同时可获得一定的经济收入。

③生态沟和稳定塘生态系统的建立

在生态沟渠和稳定塘周边和浅水区域种植挺水植物，在深水区域种植沉水植物和漂浮植物。在选择和配置方面，应选择生命力强、生物量大、生命周期短、纳污能力强、便于收获及具有一定美学和经济价值的植物；采用多种植物进行搭配，不仅可在视觉上进行相互衬托，提高物种多样性，充分应用不同植物的生长周期，构建更为健康的生态系统，而且可使污水处理的能力得到增强[14]。同时投放的水生动物也是该水生生态系统中的重要组成部分。

1.4 运行效果

对大渔村“三池”污水处理系统进行采样检测，检测结果显示其对COD、NH3-N、TP的去除效率分别达到68.8%、71.7%和81.3%，表明该处理系统对污染物的削减效果明显，对村庄污水的净化能力显著。

2 “三池”处理系统和其他村庄污水处理工艺的比较

2.1 一体化设备

一体化设备主体工艺采用生物膜法，通常由调节池、酸化池、生化池、过滤池和消毒池五部分组成[15]。一体化设备的污泥产量较少，过滤池中的污泥可以回流到酸化池中，具有流程紧凑、污水处理效率高、占地面积小等优点；但其价格相对较高，处理水量小，因此不太适宜用于该流域村庄污水的处理。

2.2 土壤渗滤

土壤渗滤利用土壤毛细血管浸润扩散原理，在渗滤过程中利用存在于土壤各种微环境中的不同功能微生物对污染物进行降解和净化[16, 17]，具有基建及运行管理费用低、运行管理简单、氮磷去除能力强、处理水质好、可用于污水回用等特点。但容易发生土壤堵塞导致系统散失处理功能，对地面景观和卫生环境也有一定影响，还有可能污染地下水。

2.3 人工湿地

人工湿地指模拟自然湿地，人工设计建造的由填料、植物、动物、微生物等组成的统一体，利用湿地生态系统中物理、化学和生物的共同作用来实现对污水的净化作用。人工湿地操作管理简单、运行费用低、投资少、具有一定的美学价值，可充分利用农村地区现有的荒地、洼地、沼泽地来进行修建，已得到较为广泛的应用[18]。但人工湿地占地面积较大，易受气候条件的影响，随着运行，污水中悬浮物被截留下来，营养物质不断积累，植物腐烂，加上农村技术管理的欠缺，更容易产生淤积阻塞现象，导致湿地水流不畅，最终可能导致系统崩溃[19]。

2.4 小结

“三池”处理系统与上述三种村庄污水处理工艺相比，易于建设、便于维护、运转费用低，适合在滇池流域村庄进行推广。

3 “三池”处理系统效益分析

3.1 环境效益分析

环境效益是“三池”处理系统最主要的效益。自“三池”处理系统运行后，村庄产生的生活污水得到有效的收集处理，由进水浓度×去除率×水量得到COD、氨氮、TP的年削减量分别为18.4 t、2.2 t和0.28 t。从源头上削减了滇池流域的村落生活污染，减少了入湖污染量，大大减轻了“污灌”现象，保护了耕地和农产品质量，同时改善了村庄的环境卫生状况，提高了村庄生态文明水平。

3.2 经济效益分析

“三池”处理系统的运用，一方面可以实现生活污水的资源化利用，经过三池处理后的水可作为农田灌溉用水、景观用水等，提高水的利用率，减少化肥和清洁水的使用。另一方面，从长远来看，可以降低滇池水质下降所造成的经济损失，并改善周围村民的生活卫生条件，由此增强居民的身体健康水平，减少周围居民的医疗卫生支出。

此外，“三池”处理系统运营后，将促使滇池流域村庄周边生态环境得到显著改善，提高村庄形象，吸引更多外来投资，促进滇池流域村庄经济发展。

3.3 社会效益分析

“三池”处理系统工程将村庄生活污水作集中处理，通过污水处理工程措施的整体性发挥工程社会效益。工程体现了因地制宜、经济合理的原则，而且整改后发展生态农业，不影响农民现有创收水平。村庄生活污水通过三池净化，使得村民居住环境得以优化，相当于开展了农村环境宣传教育，逐步营造了良好的环境氛围。

村庄环境改善，减少了居民疾病的发病率，有益于提高公共卫生健康状况及其他生活质量。通过村庄水环境综合整治，普及了科技知识，提高了村民的科学技术应用水平，增强了村民的环保意识、生态意识，养成了文明健康的生产、生活方式，对推动社会主义新农村建设具有积极的意义和典型的示范作用。

4 结语

“三池”处理系统是根据昆明市村庄生活污水和村庄发展特点，有针对性地进行设计的一种污水处理工艺。具有前期资金投入少、运行成本少、后期人工维护简单、占地面积少且可因地制宜，根据实际情况进行适当修改的特点。景观效果好，没有噪声污染，污水治理效果能达到《GB18918-2002城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准，适用于滇池流域农村污水的治理工程。

[1]段永慧，张乃明.滇池流域农村面源污染现状分析[J].环境保护,2003(7):28-30.

[2]Ongley, E. D., Xiaolan, Z., Tao, Y. Current status of agricultural and rural non-point source pollution assessment in China[J]. Environmental Pollution, 2010, 158(5): 1159-1168.

[3]刘超翔, 胡洪营, 黄霞, 施汉昌, 钱易.滇池流域农村污水生态处理系统设计[J]. 中国给水排水, 2003, 19(2): 93-94.

[4]刘晓璐, 牛宏斌, 闫海, 丁湛,卢凤兰, 马晓毅, 杨柳青, 刘永智. 农村生活污水生态处理工艺研究与应用[J]. 农业工程学报, 2013, 29(9): 184-191.

[5]Qiang, Z., Dong, H., Zhu, B., Qu, J., Nie, Y. A comparison of various rural wastewater treatment processes for the removal of endocrine-disrupting chemicals (EDCs)[J]. Chemosphere, 2013, 92(8): 986-992.

[6]Zou, J., Guo, X., Han, Y., Liu, J., Liang, H. Study of a novel vertical flow constructed wetland system with drop aeration for rural wastewater treatment[J]. Water, Air, Soil Pollution, 2012, 223(2): 889-900.

[7]曲波, 谭学军, 顾俊, 皇甫建国,范彬.县 (市) 域农村污水处理设施集约化运行管理方式与应用[J]. 中国给水排水, 2016, 32(22):34-38.

[8]中国环保在线.http://www.hbzhan.com/news/detail/60610.html

[9]王岩, 王建国, 李伟, 薄录吉, 杨林章. 生态沟渠对农田排水中氮磷的去除机理初探[J]. 生态与农村环境学报, 2010, 26(6): 586-590.

[10]陶玲, 李谷, 李晓莉, 林玉良, 张世羊.基于固着藻类反应器的生态沟渠构建[J]. 农业工程学报, 2011, 27(1):297-302.

[11]Chen, L., Liu, F., Wang, Y., Li, X., Zhang, S., Li, Y., Wu, J. Nitrogen removal in an ecological ditch receiving agricultural drainage in subtropical central China[J]. Ecological Engineering, 2015(82): 487-492.

[12]Sutherland, D. L., Turnbull, M. H., Craggs, R. J. Increased pond depth improves algal productivity and nutrient removal in wastewater treatment high rate algal ponds[J]. water research, 2014(53): 271-281.

[13]卢少勇, 张彭义, 余刚, 祝万鹏, 向长生. 农田排灌水的稳定塘-植物床复合系统处理[J]. 中国环境科学, 2004, 24(5):605-609.

[14]Zhang, C. B., Wang, J., Liu, W. L., Zhu, S. X., Liu, D., Chang, S. X., Chang J.,Ge, Y. Effects of plant diversity on nutrient retention and enzyme activities in a full-scale constructed wetland[J]. Bioresource technology, 2010, 101(6): 1686-1692.

[15]黄治平, 张克强, 沈丰菊, 马友华, 翟中葳, 孙丽.巢湖流域农村生活污水处理技术模式调查和分析[J]. 农业环境科学学报, 2012,31(1): 179-184.

[16]闫亚男, 张列宇, 席北斗, 侯明, 夏训峰,熊瑛.改良化粪池/地下土壤渗滤系统处理农村生活污水[J]. 中国给水排水, 2011,27(10):69-72.

[17]Dong, H. Y., Qiang, Z. M., Wang, W. D., & Jin, H. (2012). Evaluation of rural wastewater treatment processes in a county of eastern China[J]. Journal of Environmental Monitoring, 14(7): 1906-1913.

[18]Wu, H., Zhang, J., Ngo, H. H., Guo, W., Hu, Z., Liang, S., Fan J., Liu, H. A review on the sustainability of constructed wetlands for wastewater treatment: design and operation[J]. Bioresource technology, 2015(175):594-601.

[19]黄锦楼, 陈琴,许连煌.人工湿地在应用中存在的问题及解决措施[J]. 环境科学, 2013, 34(1), 401-408.

Preliminary Analysis of “Three Chambers” System for Treatment of Domestic Wastewater from Villages around the Dianchi Lake Watershed

SHAN Bei1, TU Qi2, CHANG Jun-jun2, LIANG Yun2, LU Yi-feng2

(1. Kunming Institute of Landscape Science, Kunming Yunnan 650224, China)

The collection and treatment of village domestic wastewater around the Dianchi Lake watershed have attracted great attentions of the public. At present, among the various treatment technologies, the “three chambers” system composed of grit chamber, oil separator, and ecological purifying chamber was popularized and employed widely due to its low cost of construction and wastewater treatment and simple management and high environmental benefit as well as good adaptability to local economic development and surrounding environmental conditions. Dayuvillage, a small village near Dianchi Lake, was used as an example in this paper. The application of “three chambers” system in the village was assessed through comparison with domestic wastewater treatment technologies in other villages. And a comprehensive benefit analysis of the technology was conducted as well. The purpose of this paper was to provide some scientific bases for how to choose village domestic wastewater treatment technology for the villages around Dianchi Lake.

theDianchi Lake watershed; village domestic wastewater; “Three Chambers” treatment system; study

2017-05-05

国家水体污染控制与治理重大专项(2012ZX07302-002-11)。

X703

A

1673-9655(2017)05-0028-04