湖北省村镇污水特征与污水处理设计研究

苏青青 高婷 宋林旭 郭亚丽 赵小蓉

关键词：农村生活污水；水质特征；水量特征；污水处理

前言

根据长江生态大保护工作要求，在湖北省内多地开展了村镇生活污水处理调研工作，以现场调研和收集资料为主，主要调查了乡镇污水处理厂建设运行情况、农村生活污水小型集中处理工程以及分散式处理工程，同时对当地农户进行了广泛访谈。在远离城市及乡镇的农村地区，因为资金、偏远地区、分散居住等多方原因，农村污水治理率显著偏低。鉴于此，文章通过对农村分散户进行定点采样，结合人口分布、地形地貌、自然、经济、村民生活习惯等，研究湖北省村镇污水的水质、水量及产生的特征，以期为后续农村生活污水处理模式的选择提供参考。

1农村分散户现场采样

1.1采样点概述

为了能够长期有效地获得连续的监测数据，研究中选取宜昌市周边包括山区、丘陵、平原等三个典型地形地貌区具有代表性的6个村落，具体点位分布情况如表1所示。采样点具备适宜处理方式的代表性（分别可适宜建集中式村镇污水处理厂和农户分散式处理点）、经济水平差异明显的区域代表性（农户家庭人均纯收入从1.1万元到2.3万元）以及各采样点农户家庭用水习惯、生活方式差异代表性。

1.2采樣与分析

根据农户生活习惯和生活污水产生规律，分6：00-10：00、10：00-14：00、14：00-18：00、18：00-22：00和22：00-6：00等时间段采集水样。为了探索不同地区农户生活污水产生和水质差异性的日间分布规律，分别选取1、3和5号采样点作为山区、丘陵和平原农户的典型代表，连续2个月每天在18：00-22：00分别对黑水（厕所粪污）和灰水（包括厨房用水、洗漱用水等）取样。为了探索不同地区农户生活污水水量和水质差异性的月分布及季分布规律，分别在上述所有6个农户生活污水采样点，2021年5月-12月间于每个月上、中、下旬相同或相近日期的18：00-22：00时间段分别采样。按照上述方案采得黑水样348个，灰水样348个，总计696个。分析了COD、氨氮、TN、TP和SS等5个水质指标的项目，获得各指标有效数据共计4163个。（见表2）

2结果与讨论

2.1污水水量特征研究

2.1.1黑水水量特征与影响因素

统计黑水水量数据计算得时变化系数为1.7～2.5，表明不同时间段内黑水水量不同，符合生理需求、生活规律；根据逐日数据统计分析结果，日变化系数为1.5～1.7．表明黑水水量存在一定日间差异。不同采样点月变化系数分布区间为1.2～1.4，表明各采样点不同月份的采样检测结果存在一定的差异，但差异性不大；不同采样点季度变化系数分布为1.0～1.1，表明不同季度的采样检测结果差异性小，而且各采样点之间差异性小。结合黑水水量统计数据和农户基本资料分析可知，在人口数量及组成、地形地貌、自然、经济、村民生活习惯等诸多可能的影响因素中，节假日时间和村民生活习惯等对人均黑水产生量有显著影响。

2.1.2灰水水量特征与影响因素

灰水水量时变化系数为3.3～5.1，具有较大随机性；且不同采样点之间差异大，说明不同用水习惯也与日内用水规律不同。日变化系数为1.8～2.0，表明日间灰水水量的变化较大，不同采样点之间差异较小。不同采样点月变化系数分布区间1.3～1.8，表明各采样点不同月份的采样检测结果存在一定差异，彼此之间差异性较明显；不同采样点季度变化系数分布区间为1.3～1.4，表明各采样点不同季度的采样检测结果差异性小，而且各采样点之间差异性小。分析灰水水量统计数据和农户基本资料可知，在人口数量及组成、地形地貌、自然、经济、村民生活习惯等诸多影响因素中，经济水平和村民生活习惯对人均灰水产生量有显著影响，地形因素对于灰水产生有一定影响，人口数量及组成因素则影响极小。

2.2水质特征

2.2.1采样点黑水水质特征与影响因素

根据黑水水质数据统计结果，除个别采样点黑水水质参数（SS）的时变化系数较大达到1.8以外，其余采样点其他水质参数时变化系数分布区间为1.1～1.3；各采样点黑水SS日变化系数均较大，分布区间达到1.8～2.0，其余所有采样点水质参数日变化系数分布区间为1.3～2.1。表明黑水水质的不同参数日间变化差异明显，但不同采样点之间差异较小。统计结果还表明，节假日与降雨情形下的黑水水质与一般情况相比，两者并无明显差异性。

由水质参数COD、TN和TP的数据分析统计结果可知，C/N比值分布区间为6.0：1～7.8：1，N/P比值分布区间为3.8：1～5.0：1。其中C/N比值分布区间远远偏离好氧生物反应所需C/N比20：1，N/P比值分布区间则基本覆盖生物反应所需N/P比5：1。由此可见，黑水进行生物处理时C/N比过低、碳源不足问题较为突出，运行中需额外补充碳源。

结合黑水水量统计数据与农户基本资料分析，黑水水质影响因素复杂，其中农户生活习惯尤其是用水习惯及对其产生影响的各种因素（家庭人口数量及组成、自然经济等）综合作用的影响相对显著，但节假日及降雨等因素未对黑水水质构成显著影响。

2.2.2采样点灰水水质特征与影响因素

灰水水质数据统计分析表明，各采样点的水质参数时变化和日变化系数分布区间分别为1.0～1.3和1.2～1.7，这表明各采样点不同时间段内灰水水质变化幅度小，不同参数日间差异明显，但不同采样点相互之间差异小。

根据水质参数COD、TN和TP的数据分析统计，C/N比值分布区间为20：1～32：1，N/P比值分布区间为4.7：1～10.4：1。考虑生活污水BOD与COD换算关系（换算系数0.5～0.8），其中部分灰水C/N比值分布区间低于好氧反应所需C/N比20：1，N/P比值分布区间满足生物反应所需N/P比5：1。由此可见，灰水采用生物技术进行处理时，N和P营养物比例合适，但碳源可能会略偏低，需额外补充。

所有采样点中③号采样点，水质参数氨氮和TP除外，其他所有水质参数时变化、日变化或者月变化和季度变化系数大小相对其他采样点而言基本一致，分析和比较家庭人口数量及组成、自然经济等因素可能产生的影响，应主要归因于该农户家庭成员的用水习惯。另外，在节假日和降雨情形下，节假日灰水水质无规律性变化。

综上所述，灰水水质主要影响因素是农户生活习惯尤其是用水习惯及对其产生影响的各方面因素的综合作用。

2.3关于农村生活污水集中处理站點进水水质的讨论

集中站点进水与农户出水水质间存在着收集输送等环节，两者间必然存在着差异。在调研过程中，现场随机采集了部分工程进水样，并与农村分散户排水水样进行对比，结果发现集中站点进水水质与农村分散户排水水质间存在较大差别。相比农户产生的黑水及灰水中污染物浓度水平，处理站点进水的浓度水平明显低。其中COD和SS是集中站点进水与农户出水水质中差异最为突出的水质参数，氨氮、TN及TP的浓度水平则两者大致相当。（见表3）

出现这一现象的原因，可能是因为农户采样为污水原水，水质分析也是水样混匀液，通常进入集中站点前还有不同程度的预处理环节，例如出户前的粗滤、沉淀、水解酸化，管道输送过程中的沉降，距离稍远时降解等。特别是粗滤、沉淀过程中随着SS的显著降低，非溶解态的COD、氮、磷等也会有不同程度的降低。

为了厘清农户生活污水物理拦截及沉淀预处理过程对水中各组分去除的贡献，针对不同来源的灰水进行采样，并分别对不同来源的灰水水样的混匀液、水样沉淀之后上清液、水样过滤之后的过滤液中各水质参数分析。根据实际的现场调研，沉淀为自然静置30min，以（1-上清液／混匀液）粗算预沉淀的去除率；过滤用普通纱布模拟现场粗滤，以（1-过滤液／混匀液）粗算筛滤的去除率。实验结果分析表明，预处理过程对不同来源灰水的处理效果差异显著，而且对各个不同水质参数的影响亦不同，处理效率分布情况见表4。

3结论

农村生活污水量受人口数量及组成、地形地貌、自然、经济、村民生活习惯等诸多因素影响，其中节假日和村民生活习惯对黑水量影响最为显著，经济水平和村民生活习惯对灰水量影响最为显著。农村生活污水水质影响因素复杂，其中农户生活习惯、尤其是用水习惯及对其产生影响的多种因素（家庭人口数量及组成、自然经济等）综合作用的影响相对显著，但节假日及降雨等因素并不对黑水／灰水水质构成显著影响。农村污水收集方式和预处理方式的不同，导致集中站点进水水质与农村分散户排水水质间存在显著差异。