单户式污水处理设施用于农村污水治理的研究

刘超航 何雨来

1.政策背景

2018年2月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《农村人居环境整治三年行动方案》，将开展厕所粪污治理，推进农村生活污水治理列为2018-2020年的重点任务。

目前，我国广大农村地区绝大多数污水是不经过任何处理，直接排放进入水体，使部分河流遭到了污染，同时也对农业生产和农民健康造成了威胁。近年来，越来越多的工程技术人员和专家开始试点农村污水治理。目前农村污水治理应用的模式按集中方式可分为小型污水站处理和并入乡镇污水厂处理两种模式。本文提出单户式污水处理设施处理的思路，并与上述两种方式进行比较。

2.治理现状

农村生活污水与城市生活污水水质相似，但存在水量小，地域分散，变化系数大的特点。小型污水站处理模式即将农村污水以村或居民点为单位集中后，通过小型污水站处理。这种方式存在运行管理繁琐，吨水建设和处理成本高，由于水量变化系数大造成冲击负荷大的缺点。目前，很多小型污水站面临运行成本高，出水水质不稳定的问题。

并入乡镇污水厂处理模式即将农村污水由污水收集管网收集后，通过提升泵站泵入最近的乡镇污水厂处理。这种方式污水运行管理及出水水质均较小型污水站处理模式要好，但存在污水收集管网及泵站投资巨大的缺点。

针对以上两种方式的缺点，我们提出单户式污水处理设施处理的思路，即将单户农户生活污水单独进行处理，该模式克服了小型污水站运行困难和并入乡镇污水厂管网投资大的缺点。通过低能耗、无人值守、景观化的方式，让农村生活污水在农户房前屋后就地进行处理。

3.实例分析

湖北某地农村居民点共120户，平均每户按5口人计，每人每日污水产量按80L计，污水出水水质要求达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A标准。以下按新建小型污水站、并入乡镇污水厂和单户污水设施三种模式，从投资和运行等方面进行比较分析。

3.1新建小型污水站

3.1.1概况

根据以上信息，单人污水量按80L计，则该居民点污水水量Q=0.08×120×5=48m3/d。拟新建一座50m3/d的污水站，采用工艺流程为：格栅池→调节池→AO池→二沉池→混凝池→滤布滤池→紫外消毒器→出水。

3.1.2工艺描述

格栅池：利用人工格栅，拦截污水中大块悬浮物和漂浮物，保证调节池中潜水泵的正常运行。

调节池：设置调节池，调节水质和水量，使后续构筑物不受冲击负荷。

AO池：设置生化池，分为缺氧段（A段）和好氧段（O段），缺氧段钟的厌氧菌和兼性菌将水中难降解的长链污染物转化为易降解的短链污染物，便于好氧段中好氧菌的利用。好氧段中的好氧菌通过生命活动大幅降解水中的各项污染物。好氧段出水一部分回流至缺氧段在缺氧段中完成反硝化反应，将水中的氮元素污染物转化为N2排入空气中，从而完成N的去除。

二沉池：设置二沉池，将AO池出水进行固液分离，上清液进入混凝池，下部污泥一部分回流至AO池的缺氧段，用于补充系统的微生物浓度，一部分作为剩余污泥排出系统。

混凝池：二沉池出水进入混凝池，混凝池中投加混凝剂，如PAC等，一方面PAC可以与水中的磷酸盐生成难溶物，另一方面，PAC水解为大分子的絮凝体，便于水中的沉淀物的沉淀分离。

滤布滤池：通过滤布的过滤作用，将水中的SS分离出系统，保证出水达标。

紫外消毒器：通过紫外线的作用，对出水进行消毒处理，使水中的细菌指标达标。

3.1.3工程设计

（1）格栅池：设计尺寸为1.0×1.0×2.0m，设置一个孔径为5mm的格栅网。

（2）调节池：设计尺寸为5.0×2.5×3.5m，停留时间为12h，设置2台潜水泵为整个泵站提供所需要的水头。

（3）AO池：设计尺寸为5.0×2.5×3.5m，分为2格，总停留时间15h，其中A段4.5h，O段10.5h。A段设置潜水搅拌机1台，O段设置微孔曝气器。

（4）二沉池：设计尺寸为2.0×2.0×4.5m，采用豎流式沉淀池，设置中心筒。

（5）混凝池：设计尺寸为1.0×1.5×2.0m，停留时间为45min，设置桨式搅拌机1台。

（6）滤布滤池：设计尺寸为1.6×1.0×2.0m，过滤面积1.2m2，滤速为2.1m/h，功率为1.5kw。

（7）紫外消毒器：处理量为2.5m3/h，功率0.04kw

3.1.4投资估算

根据以上分析，参考湖北省相关工程定额，并根据2018年市场信息，估算结果如下表：

由上表可知，采用新建小型污水站的方式，总建设投资约为80.3万元。

3.1.5运行费用

污水处理站主要运行费用包括电费、人工费、药剂费、污泥费等，具体如下。

（1）电费

污水站有效功率为3.6kw，功率系数按0.85计，按每度电0.6元计，则吨水电费为S1=3.6×0.85×24×0.6÷50=0.88元。

（2）人工费

污水站配置操作人员1人，工资及福利按2800元每月计，则吨水人工费用为S2=2800÷30÷50=1.87元。

（3）药剂费

投加混凝剂，吨水药剂费用约为S3=0.05元。

（4）污泥费

污水站污泥量较小，作为肥料供污水站绿化使用，无需额外支付费用。

由上可知，采用新建小型污水站的方式，吨水运行费用约为2.8元。

3.2并入乡镇污水处理厂

3.2.1概况

乡镇污水处理厂距离该居民点约为2.5公里，拟新建一座50m3/d的污水提升泵站，将污水提升至乡镇污水厂并入处理。

3.2.2投资估算

根据以上分析，参考湖北省相关工程定额，并根据2018年市场信息，估算结果如下表：

由上表可知，采用并入乡镇污水厂的方式，总建设投资约为169.8万元。

4.2.3运行费用

参考《三峡库区生态屏障区污水处理厂建设投资和运行费用标准研究》[1]，规模在500-1500m3/d的乡镇级污水厂吨水运行费用平均为1.5元。

3.3单户式污水处理设施

3.3.1概况

对居民点120户居民生活污水进行分别处理，利用居民房前屋后的边角空地进行景观花园式设计，在景观绿化中使污水得到净化。单户式污水处理设施设计规模为0.4m3/d，工艺流程为化粪池泵入→高负荷生物滤池→人工湿地→达标出水。

3.3.2工艺描述

高负荷生物滤池：高负荷生物滤池的滤料间隙中存在大量生物膜，生物膜由外至内分别为好氧菌、兼性菌和厌氧菌，形成一个个微型的A2O系统，当污水从滤料上部流入下部时，这些微型A2O系统通过不同种类的微生物协同作用，大幅降解水中的各项污染物。同时，由于温差、自然风等作用，系统不断从外界空气中转移氧气，从而维持系统的正常运行。

人工湿地：采用水平潜流人工湿地，将高负荷生物滤池底部孔板出水进行均匀配水。配置芦苇、风车草、再力花、美人蕉等生长期长、根系发达、植株美观的植物，通过植物根系周围的生物群落的作用，对水中的有机污染物进一步处理，同时将整个系统形成花园景观。

3.3.3工程设计

（1）高负荷生物滤池：设计尺寸为0.5×0.5×2.0m，设置波形塑料填料层。

（2）人工湿地：设计尺寸为3.4×3.4×1.0m，停留时间为12d。

设置2台潜水泵由用户化粪池中取水泵入系统，配置100w的光伏系统用于对潜污泵供电。

3.3.4投资估算

根据以上分析，参考湖北省相关工程定额，并根据2018年市场信息，估算结果如下表：

由上表可知，采用单户式污水处理设施的方式，总建设投资约为52.8万元。

3.3.5运行费用

采用单户式污水处理设施建成后，可将设施移交给该户居民管理，污水设施无需专业运行經验，仅需及时将设施故障报告给指定管理部门即可。为此，可按吨水1元的价格对该户居民进行补贴，提高居民积极性。

3.4 三种模式比较分析

根据以上分析，三种模式在投资、运行、效果等方面均有所不同，以下是三种模式的比较分析

4结论

综上所述，本文认为，单户式污水处理设施用于农村污水治理，与新建污水站和并入乡镇污水厂处理两种常用的农村居民点污水处理模式相比，有较为明显的优势。

（1）单户式污水处理设施免去污水管网铺设，除了大幅降低污水处理工程投资外，也减少了管网铺设带来的协调难度，大大提高工程建设效率。

（2）单户式污水处理设施将污水处理融入景观花园，在为居民带来美学享受的同时，利用边角空地，免去因征地带来的矛盾。

（3）单户式污水处理设施无需专业运营，委托居民作为花园看管，既为居民带来一些收益，又免去专业运营人员的管理，同时几乎不再产生运行费用。