三、農(nóng)村生活污水分散處理的必要性

以上四種常見的農(nóng)村生活污水處理工藝，它們都有各自的優(yōu)點和缺點，而這些工藝的組合往往能彌補各自技術(shù)的不足，提高處理效果，降低能耗。

采用生物凈化槽/強化生態(tài)浮床組合工藝處理崇明島的農(nóng)村生活污水，平均出水 COD 小于45mg/L，氨氮小于 5mg/L，總磷小于0.75mg/L，固體懸浮物（SS）小于 20mg/L，已經(jīng)達(dá)到一 級B 標(biāo)準(zhǔn)。

值得強調(diào)的是，無論采用哪種技術(shù)，要想以較小的投入實現(xiàn)污水處理系統(tǒng)的長期穩(wěn)定，分散式的處理方式較為成熟，并且這一觀點已經(jīng)被國內(nèi)大多數(shù)學(xué)者所認(rèn)同。因為分散處理農(nóng)村生活污水模式適合于居住分散、地勢復(fù)雜、難以建立下水道管網(wǎng)的廣大農(nóng)村，在這一點上，學(xué)術(shù)界和各地政府的管理層面已形成共識。

2015 年 10 月在江西南昌舉辦的第五屆中國農(nóng)村和小城鎮(zhèn)水環(huán)境治理論壇上，本研究團隊提出了適合中國國情的農(nóng)村生活污水分散處理模式，引發(fā)了討論。2016 年 9 月在北京舉辦的第六屆中國農(nóng)村和小城鎮(zhèn)水環(huán)境治理論壇上，基本都是圍繞分散處理農(nóng)村生活污水的專題發(fā)言和討論，分散式處理農(nóng)村生活污水模式得到了社會的認(rèn)可。

日本嘗試農(nóng)村生活污水集中式處理的結(jié)果是負(fù)擔(dān)過重，處理成本很高，例如日本政府在靜岡縣芝川町上長貫農(nóng)村建設(shè)集中污水處理設(shè)施，該村莊一共只有 42 戶，198 名村民，設(shè)施設(shè)計的處理能力為每天 240 人排放的家庭生活污水，污水流出農(nóng)戶家庭后通過重力流和提升泵進(jìn)入地下排水管道和集水井，通過沉淀分離以及接觸曝氣的方式凈化水質(zhì)。42 戶集中處理投資費用為5.26 億日元，每年每戶平均費用為 6.45 萬日元，折合人民幣為 3870 元。可見集中式的處理方式因地下管網(wǎng)建設(shè)費用過高，污水處理成本也會因水量過小造成噸水處理費用高。很多集中處理設(shè)施都因管網(wǎng)建設(shè)問題很難收集到污水，導(dǎo)致示范工程難以運行，因此未來中國農(nóng)村生活污水處理模式基本為分散處理模式。

四、農(nóng)村生活污水歸一模塊化處理模式

1、多戶聯(lián)用歸一模塊處理模式

本研究團隊針對農(nóng)村農(nóng)戶居住分散，地勢復(fù)雜的特點，再結(jié)合我國農(nóng)村管理模式，認(rèn)為多戶聯(lián)用處理模式更適合我國農(nóng)村生活污水的處理，雖然單戶型凈化槽的技術(shù)和裝備成熟，處理效果也較好，但在節(jié)能減排方面還有待完善，特別是設(shè)備的投資較大，盡管單戶凈化槽減少了部分管網(wǎng)的建設(shè)費用，但一戶一臺凈化槽的建設(shè)成本還是不能適應(yīng)國情，需要進(jìn)一步的研究開發(fā)，實行多戶聯(lián)用。經(jīng)過近 4 年的研究，本團隊開發(fā)出了一種新型凈化槽，通過增加凈化槽中的曝氣區(qū)域和調(diào)控氣泵功率，優(yōu)化組合形成了一種多個農(nóng)戶聯(lián)用處理的模式。具體措施是在原來單戶凈化槽的基礎(chǔ)上，增加了氣提裝置，減少啟動時間，讓微生物在整個凈化槽的內(nèi)部進(jìn)行循環(huán)；凈化槽中各區(qū)域都加裝曝氣裝置，充分利用氣泵與好氧區(qū)域的優(yōu)化組合，增加處理能力，實現(xiàn)多戶聯(lián)用處理；對生物濾床材料進(jìn)行表面拉毛處理，增加生物著床的幾率，快速掛膜。

除了凈化槽的改進(jìn)外，還開發(fā)出與此相匹配的水解槽，充分利用低氧下的微生物和后生動物，使任何家庭生活污水進(jìn)入水解槽后，都將以可溶性的污水流出，大大降低了后續(xù)的處理負(fù)荷和后續(xù)管網(wǎng)的建設(shè)費用，這一過程被稱為歸一模塊化處理模式。圖 4 是多戶聯(lián)用凈化槽處理農(nóng)村生活污水的流程圖，家庭生活污水進(jìn)入各自的水解槽，酸化降解后經(jīng)過管道流入新型凈化槽，在厭氧或好氧的條件下進(jìn)行生化處理。這種處理模式將復(fù)雜的農(nóng)村生活污水處理系統(tǒng)簡單化，盡可能采用自流式，形成由水解槽、管網(wǎng)、新型凈化槽和氣泵構(gòu)建成的模塊化系統(tǒng)，適合于廣大農(nóng)村的不同區(qū)域。

一 級厭氧加二級好氧小型凈化槽在不同進(jìn)水流量下處理生活污水的能力如圖 5 所示。實驗裝置只有實際大型凈化槽裝置體積的 1/133。考慮到凈化槽前端有水解槽的作用，原水污水 BOD 5 的濃度較低，結(jié)果顯示即使處理相當(dāng)于七戶農(nóng)家產(chǎn)生的生活污水（進(jìn)水流量為 70L/d），出水 BOD 5 仍然低于一 級標(biāo)準(zhǔn)，因此這種凈化槽完全可以滿足處理五戶農(nóng)家污水的需要，該研究為新型凈化槽的實際應(yīng)用提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2、應(yīng)用案例

針對農(nóng)村各種不同的生活方式，研究團隊以歸一模塊化模式為指導(dǎo)，在天津市科委和農(nóng)委的項目資金的支持下，利用水解槽與凈化槽的不同組合來處理單戶、多戶、別墅、樓宇甚至小型企業(yè)產(chǎn)生的生活污水，建立并且成功運行了許多示范工程。

（1）天津市西青區(qū)辛口鎮(zhèn)第六埠村

2006 年在天津市農(nóng)委的支持下，啟動了凈化槽示范工程項目，在西青區(qū)辛口鎮(zhèn)第六埠村選擇了三家農(nóng)戶分別安裝了單戶型的凈化槽裝置。在前期小型化凈化槽基礎(chǔ)研究的支撐下，大型凈化槽的運行穩(wěn)定，抗沖擊性強，不受環(huán)境溫度的影響，實現(xiàn)了無人值守。之后，2009 年開展了多戶聯(lián)用的示范工程，為了驗證不同生活方式農(nóng)戶的聯(lián)用效果，專門選擇了兩套兩戶聯(lián)用，一套十五戶聯(lián)用和一套樓宇十戶聯(lián)用的歸一模塊化處理系統(tǒng)進(jìn)行示范工程。

隨著戶數(shù)的增加，根據(jù)圖 5 的實驗數(shù)據(jù)判斷生活污水的污染物負(fù)荷已超過一臺新型凈化槽的處理能力，所以采用兩臺新型凈化槽串聯(lián)方式處理污水，串聯(lián)處理 2015 年 8 月完成，隨即啟動，經(jīng)過一年多的穩(wěn)定運行，出水水質(zhì)仍然保持清澈透明，即使2016 年暴雨次數(shù)較多導(dǎo)致下水管道雨污水返灌，也未受到影響。說明該系統(tǒng)的抗沖擊性能力很強，能夠快速恢復(fù)處理效果，保持穩(wěn)定運行，出水水質(zhì) BOD 5穩(wěn)定在 20mg/L 以下。

2015 年 9 月穩(wěn)定運行至今，解決了新農(nóng)村建設(shè)中樓宇生活污水處理的難題，實現(xiàn)了污水的原位處理，多臺凈化槽串聯(lián)保證水質(zhì)能夠達(dá)標(biāo)排放。

總之，實踐證明以歸一模塊化處理模式為指導(dǎo)的凈化槽多戶聯(lián)用技術(shù)不僅可以減少凈化槽的設(shè)備投資，而且還可以減少下水管網(wǎng)的建設(shè)費用。因為農(nóng)村不能像城市生活污水處理那樣修建價格昂貴的地下管網(wǎng)，所以農(nóng)村生活污水處理的關(guān)鍵就是污水的收集，本研究團隊開發(fā)的歸一模塊化處理系統(tǒng)就能很好地解決這一難題，為農(nóng)村生活污水處理實現(xiàn)了節(jié)能減排，將會成為我國的模式。多戶聯(lián)用模式能夠大大降低處理能耗以及投資成本。聯(lián)用的戶數(shù)越多，能耗和投資費用就越低。

（2）天津市靜海區(qū)惠豐西村

在天津市科委的支持下，以扶貧的形式對天津市靜海區(qū)惠豐西村進(jìn)行整體的農(nóng)戶家庭廚衛(wèi)改造并處理產(chǎn)生的生活污水。該村有農(nóng)戶 138 戶，居民 483人。針對家庭生活污水，采用單戶和多戶聯(lián)用的分散式處理方式，由于該村莊的房屋排列整齊規(guī)范，歸一模塊化處理系統(tǒng)以五戶家庭為一個處理單元，共用一個新型凈化槽，每戶戶外出水口處安裝一臺水解槽，共建造了七套這樣的系統(tǒng)，同時也對該村 3 個地理位置比較分散的農(nóng)戶采用單戶型凈化槽，共建有三套。示范工程分兩期進(jìn)行，一期建設(shè)時間是 2014年 10 月，第二期建設(shè)時間為 2015 年 4 月，至今所有系統(tǒng)都在穩(wěn)定運行，噸水處理耗電 0.6kW˙h，雖然在此期間也有停電的狀況，但是兩年間從未出現(xiàn)過故障。五戶聯(lián)用示范工程的現(xiàn)場和處理效果圖如圖 8所示。該示范工程體現(xiàn)了歸一模塊化的處理思路，工程在沒有改變村莊的原始面貌的情況下，開展了農(nóng)村生活污水集中處理的探索。

3、天津市薊州區(qū)桃花寺村

天津市薊州區(qū)桃花寺村有農(nóng)戶 89 戶，居民 290人，主要經(jīng)營農(nóng)家樂等旅游產(chǎn)業(yè)，工程日處理生活污水 50t。整個村莊采用歸一模塊化的處理方式，每家產(chǎn)生的生活污水依靠地勢差自流式原理依次經(jīng)過水解槽、地下管網(wǎng)、調(diào)節(jié)池后進(jìn)入由 6 臺新型凈化槽串并聯(lián)組合的系統(tǒng)，其中 3 臺凈化槽串聯(lián)后與另外 3 臺串聯(lián)的凈化槽進(jìn)行并聯(lián)，可以通過調(diào)節(jié)各凈化槽的曝氣方式，實現(xiàn) A/O/A/O 工藝，達(dá)到低能耗脫氮效果，也可以根據(jù)污染物濃度或水量的變化，實現(xiàn)全曝氣好氧過程，達(dá)到更高的處理能力，使出水達(dá)標(biāo)排放。

表 3 是天津市薊州區(qū)桃花寺村日處理 50,t 生活污水的進(jìn)出水水質(zhì)，可以看出出水水質(zhì)較好，但對于水源地區(qū)域來說，富營養(yǎng)化的問題需要引起重視，即使出水中磷含量只有 5,mg/L，也需要進(jìn)一步處理。考慮到長期穩(wěn)定的處理效果，電解法和濕地都有各自的缺點，所以研究團隊采用化學(xué)方法，投加與磷含量相匹配的硫酸鐵，使水中離子態(tài)的磷酸根離子與鐵離子作用生成難溶解的磷酸鐵沉淀。

具體措施是向其中一列 3 臺串聯(lián)的凈化槽系統(tǒng)中前端凈化槽中投放藥劑硫酸鐵，溶解后的鐵離子隨水流在之后的多級凈化槽中與水中的磷酸根離子發(fā)生作用，實現(xiàn)沉淀除磷，而另一列串聯(lián)凈化槽中不投放藥劑。通過該對比實驗發(fā)現(xiàn)，由于磷含量低，投加的少量硫酸鐵對微生物的代謝沒有影響，而產(chǎn)生的難溶解的磷酸鐵隨凈化槽出水排放到環(huán)境中，但是難溶解的磷酸鐵即使進(jìn)入水體也不會像離子態(tài)磷酸根離子一樣造成嚴(yán)重的水體富營養(yǎng)化。該示范工程證明開發(fā)的多臺串并聯(lián)系統(tǒng)不僅投資成本低，工期短，而且運行費用較低，還可以與反硝化作用和化學(xué)除磷法結(jié)合，實現(xiàn)較好的脫氮除磷效果。

4、山東省德州市雙一集團

由于我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，在廣大農(nóng)村地區(qū)也有很多工業(yè)園區(qū)或者小型企業(yè)，它們距離城鎮(zhèn)污水處理廠較遠(yuǎn)，產(chǎn)生的生活污水如果直接排放，也同樣會污染環(huán)境，迫切需要處理。本研究團隊開發(fā)的多臺凈化槽串并聯(lián)處理系統(tǒng)能夠靈活地根據(jù)不同廠區(qū)的大小或車間的職工人數(shù)確定處理規(guī)模，從而選擇不同的串并聯(lián)形式，有效地進(jìn)行原位處理，節(jié)省管網(wǎng)建設(shè)費用。

于 2014 年在山東省德州市雙一集團的兩家分廠分別安裝了 6 套凈化槽串并聯(lián)處理系統(tǒng)，處理生活區(qū)和車間產(chǎn)生的污水，日處理水量為 12～24t。2014 年12 月 21 日安裝了日處理 18t 的處理系統(tǒng)，安裝完后隨即啟動微生物的掛膜，盡管是冬季，生物掛膜速度較慢，但處理效果越來越好。

投菌后由于氣溫很低，一個半月后出水仍然顯黃，從右向左依次為化糞池出水、前端凈化槽中區(qū)域的水樣、后端凈化槽中第三個區(qū)域的水樣，經(jīng)實驗分析出水水質(zhì) BOD 5 為6.5mg/L，NH 3 -N 為 5.2mg/L。

2016 年 5 月對另一家分廠的 5 個車間和 3 個食堂產(chǎn)生的生活污水進(jìn)行了處理，直接在車間的附近分別串聯(lián)安裝了五套新型凈化槽系統(tǒng)，夏季啟動反應(yīng)器，啟動速度很快，一個月后出水變得清澈透明，BOD 5 達(dá)到了一 級B 排放標(biāo)準(zhǔn)，為企業(yè)創(chuàng)造了環(huán)保效益，實現(xiàn)了政府規(guī)定的水質(zhì)排放要求。

五、結(jié) 語

未來我國農(nóng)村生活污水的處理將是環(huán)境保護工作中 心領(lǐng)域，然而為了保證工程能夠長期、有效地運行，迫切地需要形成一套完善的理論體系和可靠的技術(shù)保障。農(nóng)村生活污水的歸一模塊化處理模式是本研究團隊在長期的理論探索和工程經(jīng)驗總結(jié)的基礎(chǔ)上提出的，適合處理不同地域、不同生活模式下產(chǎn)生的農(nóng)村生活污水，而且對分散的企業(yè)產(chǎn)生的生活污水同樣具有很好的原位處理效果。應(yīng)用該模式進(jìn)行生活污水的處理，兼顧了節(jié)能和減排，并且能夠長期穩(wěn)定運行，出水水質(zhì)均達(dá)到了GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一 級B 標(biāo)準(zhǔn)，具有很大的商業(yè)化推廣價值和前景。實踐已經(jīng)證明歸一模塊化處理理論的科學(xué)性和合理性，必將成為我國農(nóng)村生活污水處理的重要模式。