“无动力厌氧+人工湿地”处理农村分散式生活污水技术的推广应用研究

赵兵 王玉云* 杨平 杨丽

（1. 四川省雅安生态环境监测中心站，四川 雅安 625000；2. 四川大学建筑与环境学院，四川 成都 610065；3. 四川轻化工大学化学与环境学院，四川 自贡 643000）

1 引言

当前，随着农村经济和社会快速发展，农民生活水平越来越高，然而农村环境污染问题也逐渐暴露出来，尤其是水环境污染问题。生活污水未处理直接排放，污染了江河湖海、饮用水水源，导致水质变差和水体的富营养化，甚至出现黑臭水体，使得农村居住环境变差并影响到人们的身体健康［1］。生活污水主要包括冲厕、洗涤、洗浴和厨房等排水，生活污水的随意排放，给自然环境造成了严重污染，已成为农村环境污染、湖泊和河流富营养化等问题的主要原因之一［2］。

四川省地域辽阔，域内地形地貌复杂，雅安市域属四川盆地西缘山地，跨四川盆地和青藏高原两大地形区，市境山脉纵横，地表崎岖，地貌类型复杂多样，山地多，丘陵平坝少。加上农村地形复杂、经济发展程度低的影响，污水无法利用市政管网统一收集，农户一般直接将其排放到房外沟渠或泼洒到地面。随着农村经济发展，农村生活条件的逐步提高，洗衣机、花洒、浴缸、冲便器、马桶等设施逐渐普及，致使农村用水量和排水量急速增长。然而农村人口众多、居住相对分散，农村生活污水单户污水量少，敷设管网的难度相对较大，不具备完善的污水收集系统；水质水量波动大，排放量难以准确统计。

为了解决农村分散式生活污水直排等突出问题，雅安市相关部门及本项目课题组前往全国首个农村生态文明家园建设试点、全国农村生活污水治理示范县眉山市丹棱县考察农村分散生活污水治理问题，考察发现丹棱县农村推广的“无动力厌氧＋人工湿地”模式技术建设成本低、实施难度小、占地面积小、无能耗、运行管护方便，非常适合在山区、半山区及丘陵地带农村散户住区建设。有关部门经研究后亦认为该技术成熟可靠，决定在雅安市雨城区周公山镇新荣村（8 户散户）及狮子村1 家农家乐（山水人家）共修建9 座生活污水处理设施，推广应用该技术并作为示范工程。项目于2021 年4 月底动工，于2021 年5 月下旬修建完成并开始试运行。为了考察“无动力厌氧＋人工湿地”生活污水处理设施的处理效果，项目组于2021 年6 月对这一模式的进水、沉淀池出水和人工湿地出水进行了监测分析。

2 材料与方法

2.1 研究对象

雅安市已建成并正常运行的3 座“无动力厌氧＋人工湿地”模式处理生活污水工艺设施的设计处理规模分别为3，3，10 m3/d。“无动力厌氧＋人工湿地”模式，即“格栅沉渣池＋调节池＋厌氧发酵池＋沉淀池＋人工湿地”工艺，是指将来自厕所、厨房和浴室的混合污水通过管路自流进入污水处理设施的格栅沉渣池中，滤去垃圾及大颗粒悬浮物后进入调节池，污水稳定缓缓流入厌氧发酵池，利用厌氧作用，去除水中有机物，进入沉淀池，利用水的自然沉淀作用来去除水中的悬浮物，经沉淀池沉降后进入人工湿地，利用湿地植物和砂石分解、吸附及拦截作用，降低水中悬浮物、氮、磷等含量。

设施施工技术：池子有效容积按0.8 m3/人计算，修建时可按实际情况调整池子尺寸，但应保证体积比为调节池∶厌氧发酵池∶沉淀池＝2∶3∶1（各池子分区设计考虑停留时间的要求），池子总长2.0～3.0 m，宽和深1.0～1.5 m。湿地池面积按0.5 m2/人计算，不用太深，需种植水草，采用直径为1.0～2.0 cm 的砾石作为基质，基质填充高度约为50.0 cm。湿地植物采用鸢尾，植株数为5～10 棵，将其根栽入20.0 cm 的基质下。格栅池位置可根据地形布置，内部安装不锈钢网丝。过水管管径统一为100 mm。厌氧发酵池池顶盖板须密封，其余做活动盖板。具体设计施工见图1。

图1 “无动力厌氧＋人工湿地”模式

2.2 监测项目与方法

根据污水处理工艺，在进水、沉淀池出水和人工湿地出水设置采样点，对其处理效果及出水稳定性进行监测。监测项目为化学需氧量（CODCr）、总磷（以P 计）、氨氮（以N 计）、悬浮物（SS）。化学需氧量采用重铬酸盐法测定，总磷采用钼酸铵分光光度法测定，氨氮采用纳氏试剂分光光度法测定，悬浮物采用重量法测定。

2.3 排放标准

根据DB 51/2626—2019《四川省农村生活污水处理设施水污染物排放标准》，设计处理规模＜20 m3/d执行三级标准，具体如下：化学需氧量≤100 mg/L，总磷≤4 mg/L，氨氮≤25 mg/L，悬浮物≤40 mg/L。

2.4 数据统计分析

出水水质稳定性分析采用标准差系数法（Vσ），显示处理设施出水各污染物指标浓度在中心位置的集中程度［3］，计算方法如下：

式中，x 为各水质指标平均值；xi为各水质指标监测值；N 为样本数量。

3 研究结果

3.1 “无动力厌氧＋人工湿地”模式处理前后水质监测结果评价

由于农村居民没有固定的上下班作息时间和相对稳定的生活习惯，因此污水为间歇排放，有早、中、晚不同时段相对集中排放等特点，波动较大。本研究监测采样时间为中午，监测点位为进水、沉淀池出水、人工湿地出水，采样时3 个点位同步采样，处理规模、监测项目及监测频次见表1。对该处理模式2次实地取样进行实验室测试分析，检测的出水浓度均达到DB 51/2626—2019《四川省农村生活污水处理设施水污染物排放标准》三级标准。

表1 “无动力厌氧＋人工湿地”模式处理前后水质监测结果

3.2 “无动力厌氧＋人工湿地”模式处理前后水质监测结果分析

通过对化学需氧量、氨氮、总磷和悬浮物4 个项目的监测结果进行初步统计分析，整理出进水和人工湿地出水的最小值、最大值、平均值，然后通过进水和人工湿地出水浓度值得出去除效率的最小值、最大值、平均值，监测结果数据分析见表2。从表2可以看出，该模式组合进水的监测结果为化学需氧量117～664 mg/L、氨氮11.60～17.20 mg/L、总磷1.02～1.86 mg/L、悬浮物127～762 mg/L；人工湿地出水化学需氧量38～59 mg/L、氨氮4.62～8.75 mg/L、总磷0.72～0.92 mg/L、悬浮物11～22 mg/L。该处理模式化学需氧量的去除效率在66.7%～91.1%之间，平均值为75.8%；氨氮的去除效率在49.1%～60.4%之间，平均值为57.0%；总磷的去除效率在29.4%～50.5%之间，平均值为40.6%；悬浮物的去除效率在89.8%～97.9%之间，平均值为93.1%。

表2 “无动力厌氧＋人工湿地”模式处理前后水质监测结果数据分析

3.3 “无动力厌氧＋人工湿地”模式出水稳定性分析

研究表明，标准差系数Vσ≤0.5 是正常波动范围，0.5＜Vσ≤1.0 是可接受的波动范围，Vσ＞1.0 则认定为异常波动［4-5］。该模式出水标准差系数分别为化学需氧量0.16、氨氮0.25、总磷0.10、悬浮物0.26，说明出水稳定性较好。

4 讨论

（1）正常运行情况下，“无动力厌氧＋人工湿地”模式的出水水质浓度达到DB 51/2626—2019《四川省农村生活污水处理设施水污染物排放标准》三级标准，具有相对较高的化学需氧量、氨氮、悬浮物去除效率，但对磷的去除效率相对较低。该模式要达到比较好的去除效果，建议采取增加人工湿地面积、深度，筛选吸附能力更强的基质或植物，增加人工湿地植物数量及出水在人工湿地的停留时间等措施，进一步提高生活污水中总磷的去除效率。

（2）研究显示，该模式出水化学需氧量、氨氮、总磷、悬浮物标准差系数相对较低，出水稳定性较好。该技术具有建设成本低、实施难度小、占地面积小、布局灵活、运行管护方便、处理效率较高、出水水质相对较稳定等特点。非常适合农村地区单户居民或者分散居民生活污水的处理，对于居民居住分散、农户较少、地形条件复杂、生活污水不易通过管道集中收集的农村，适合大力推广“无动力厌氧＋人工湿地”处理模式。

（3）该模式已在眉山市丹棱县农村污水治理方面大力推广，技术成熟可靠，雅安市是在深入考察、交流学习中引入该模式，其应用推广使得雅安市新荣村、狮子村周边水环境质量和居住环境得到了很大改观。该技术的应用解决了农村散户及农家乐生活污水直排、乱排问题，也为生态环境、农业农村等政府部门提升农村人居环境整治提供了有力的长效治理技术支持，取得了良好的经济效益与社会效益。

5 结语

目前农村生活污水处理技术日趋成熟，各种传统工艺组合和一体化设备层出不穷，然而由于农村生活污水的排放特点和地形地貌条件不同，要因地制宜，采用工程措施与生态措施相结合、集中与分散相结合的建设模式和处理工艺，加强源头减量和尾水再生利用，积极推广易维护、低成本、低能耗的生活污水处理技术，大力推广经实践验证的可复制、可推广的先进处理模式，确保处理设施能够“建成一个，运行一个，见效一个”，避免设施空置“晒太阳”而造成的资金浪费。农村散户生活污水治理有利于改善农村周边水环境质量，提升农村人居环境质量，关系到农村居民的获得感、幸福感、安全感，对于加快改变农村发展面貌、改善农民生产生活条件具有极为重要的意义。“无动力厌氧+人工湿地”生活污水处理技术，可弥补农村生活污水处理技术的不足，其作为农村生活污水处理可持续性发展模式，能实现社会效益、经济效益、环境效益相统一。