一、農村污水及處理
1.1 農村污水的特點
農村污水主要指農村居民在日常生活中產生的餐飲、清潔、洗衣、沖廁、洗浴等活動排出的污水，可能還包括一些農事生產排水，如小規(guī)模畜禽養(yǎng)殖糞污、農產品初加工等廢水，主要污染物為懸浮物、有機污染物、氨氮、總氮、總磷等，具有以下顯著特點：①污水量小但排放分散，集中收集難度大，難以集中處理。②排放時間集中，農民生活作息規(guī)律導致污水量時變化系數(shù)大。③污染物組分相對簡單，有毒物質含量較少，污水可生化降解性好。
1.2 農村污水處理技術
已有研究多將農村污水處理工藝技術分為生物處理技術、生態(tài)處理技術和生物一生態(tài)組合處理技術。
(1)生物處理指利用好氧、厭氧微生物的生化降解作用去除污水中污染物的工藝過程。通常采用的生物處理工藝技術包括活性污泥法、接觸氧化法等。
(2)生態(tài)處理指利用微生物、動植物復合生態(tài)系統(tǒng)的生化一生態(tài)協(xié)同作用去除污水中污染物的工藝過程。通常采用的生態(tài)處理工藝技術包括人工濕地法(潛流濕地、升流濕地等)、復合生態(tài)塘法(曝氣氧化塘、微單元生化池等)等。
二、例證工程概況
本文以河北省邢臺市邢臺經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)轄區(qū)17座農村污水處理站為例展開介紹。
2.1 工程建設背景
邢臺經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)位于邢臺市東南部，為省級經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)，總面積為208.3km2，下轄6個鎮(zhèn)(辦)、114個村(居)、19.3萬人。經(jīng)濟開發(fā)區(qū)轄區(qū)內農村長期缺乏污水處理設施，污水未經(jīng)處理便自由排放，造成當?shù)厮w、土壤受到嚴重污染，絕大多數(shù)村頭坑塘、路邊小河溝由于長期接納污水完全喪失水體自凈能力，成為黑臭水體，嚴重影響了當?shù)氐拇迦荽迕埠蜕鷳B(tài)環(huán)境.帶來極大的衛(wèi)生隱患和生態(tài)風險。基于上述原因，邢臺市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)多方籌集資金，于2018年立項建設農村污水處理站。
2.2 工程設計方案
鑒于邢臺市地處太行山脈南端東麓和華北平原交匯處，經(jīng)濟開發(fā)區(qū)位于東部平原區(qū)，全區(qū)地勢高差不足5m，如果將轄區(qū)內農村污水集中收集處理，則收集管網(wǎng)和中途提升栗站工程量極大，并且考慮到污水處理站的運行管理問題，以及污水處理后再生利用做灌溉用水的需要.經(jīng)反復技術經(jīng)濟比選，設計采用了以行政村為單位分散收集、采用微單元生化一生物過濾生化—生態(tài)組合工藝技術方案，共設置17座污水處理站，服務人口約6萬人，工程設計總規(guī)模為6600 m3/d，污水處理站多選擇在村頭原有污水垃圾坑塘。
根據(jù)各污水處理站設計進水水質，結合可用地面積，微單元生化池設計停留時間為7〜10d，生物過濾池設計表面負荷為0.3〜0.m3/(m2•h)。污水處理站工程建設投資為3000〜4000元(m3•d)，工程占地面積為30〜80m2/(m3•d)。出水水質為：COD≤50mg/L，NH3-N≤5mg/L，TN≤15mg/L，TP≤0.5mg/L
2.3 污水處理工藝
本文例證工程均采用微單元生化一生物過濾工藝設計、建設。
2.3.1 工藝技術原理
微單元生化工藝基于活性污泥法和強化生態(tài)塘法污水處理基本原理，將活性污泥法厭氧一缺氧一好氧(AAO)工藝中的厭氧一缺氧一好氧生化區(qū)，以及泥水分離區(qū)自下而上疊層布置于一個防滲土工中，池中設置多個生化反應器.生化反應器為一種氣力提升混合溶氧裝置，每個生化反應器下部設有一組集泥管，在氣力提升抽引作用下，將池底沉降的輕質活性污泥吸入生化反應器，與污水混合提升并充氧。生化反應器將污水、活性污泥混合液提升至池上部好氧生化層，得到充氧活化的生化污泥逐漸下沉進入中部缺氧生化層和下部厭氧生化層，每個生化反應器服務區(qū)域均形成一個自下而上的厭氧一缺氧一好氧(AAO)生化微單元。微單元生化污水處理工藝技術模型如圖1所示。
生物過濾采用垂直上向流曝氣生物濾床，濾床上種植有水草、蘆葦?shù)人参铮貧馍餅V床內生物膜、水生植物的根系進一步降解、吸收污水中的殘余污染物，實現(xiàn)污水的深度凈化處理。
2.3.2 污水處理工藝流程
如圖2所示，進站污水經(jīng)格柵格濾后，由提升泵送人微單元生化池池首底部厭氧生化層，經(jīng)微單元生物處理后的污水進入曝氣生物濾床下部布水管，自下而上穿過曝氣生物濾床，殘余污染物被濾床內生物膜，以及水草、水生植物的根系進一步降解、吸收，實現(xiàn)對污水的深度凈化處理。達標出水自流外排至路邊、田間溝渠。
2.3.3 工藝技術突出特點
(1)微單元生化池、生物過濾池內自然生長有大量自養(yǎng)、異養(yǎng)型菌類，輪蟲、線蟲等原生、后生動物，放養(yǎng)并大量繁殖有雜食、濾食魚類等高等水生動物，以及接種的藻類，種植的水草、蘆蘋等水生植物，構成較為完整的食物鏈和生態(tài)體系，實現(xiàn)污水的生化一生態(tài)聯(lián)合深度處理。
(2)微單元生化池下部污泥中的輕質可生化降解污泥中的有機物被反硝化微生物利用作生物脫氮碳源，在確保生物脫氮碳源需求的同時，大大減少了剩余污泥產生量，少量剩余污泥沉人池底，進行長期、充分的無機化消解，消解后形成無機灰土的體積大幅縮小，積沉于池底防滲膜上，形成防滲膜保護層，從而避免了污泥處理問題。
(3)進池污水、厭氧生化層均處于微單元生化池下部，可以從根本上避免污水處理設施運行過程中產生臭氣污染的問題。
(4)微單元生化池、生物過濾池為防滲土工池，配合池內魚蝦和水生植物，既可以大量減少工程建設投資，又可以形成較好的自然景觀效果。
(5)微單元生化池開闊的水面可最大限度地接受自然復氧，減少人工曝氣充氧量，相應地節(jié)省污水處理運行費用。
(6)污水處理站出水(充分生態(tài)化的熟水)自流至路邊、田間溝渠，即作為農業(yè)灌溉用水.也作為農村路邊、田間溝渠補充水，以逐漸恢復農村路邊、田間溝渠潺潺流水、水草滋生、魚蝦歡游的生態(tài)環(huán)境。
(7)采用微單元生化一生物過濾設計、建設的污水處理站機電設備只有格柵、提升泵、鼓風機，生化反應器為免維護型設備，污水處理站維護維修工作量很少，運行管理簡單。
(8)污水提升泵根據(jù)一體化格柵及提升泵井內水位自動開停，污水處理站全自動化運行，無需專人管理只需要定期巡檢。站內設置的影像監(jiān)控系統(tǒng)用于遠程實時監(jiān)控污水處理站運行及安保狀態(tài)，以保證污水處理站的安全運行。
2.4 污水處理站運行情況
邢臺經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)17座污水處理站自2018年10月開工建設，2019年1月工程竣工，2019年2月開始調試，生化一生態(tài)系統(tǒng)啟動期約3個月，生化一生態(tài)系統(tǒng)啟動后污水處理效果逐漸顯現(xiàn)，出水水質迅速提升。17座污水處理站已連續(xù)穩(wěn)定達標試運行超過半年，試運行期間核定各污水處理站平均污水處理成本費用為0.50〜0.75元/m3，17座污水處理站共配備運行維護人員4人(含輪休人員1名)，其中1人為管理人員，2人負責各站巡視、維護
各污水處理站試運行期間主要技術數(shù)據(jù)(已剔除突高、突低值后的通常范圍值)見表1。
三、總結與展望
3.1 農村污水處理的基本原則
基于農村污水的特點以及與城市污水的顯著差別，若將城市污水的處理技術直接推廣到農村污水仍存在著較大的不適用性。農村污水的處理工程需要在大量實地調研工作的基礎上進行“一村一策”定制化的方案設計。
基于本文例證工程的設計、建設、運行經(jīng)驗，農村污水處理的基本原則應為：
(1)居住條件不同的農村，尤其針對正在進行“新農村改造”的村莊，改造模式和改造前后的污水排放特點和水質差異很大，需要根據(jù)農村現(xiàn)狀和規(guī)劃情況，盡可能滿足改造期間、改造前后的污水處理需要。
(2)供水條件不同的農村，尤其是免費與收費供水、連續(xù)與定時供水的農村污水量差異很大，需要根據(jù)各村的實際污水量，盡可能地合理地確定污水處理工程規(guī)模。
(3)灌溉用水條件不同的農村，尤其是南方豐水地區(qū)農村與北方干旱缺水地區(qū)的農村，對污水處理再生灌溉用水的需求差異很大，需要根據(jù)當?shù)貙υ偕喔扔盟男枨笄闆r，有針對性地選擇污水處理設施設置方案。
(4)經(jīng)濟實力不同的農村，尤其是集體經(jīng)濟發(fā)展水平差異較大的農村，需要根據(jù)各村的經(jīng)濟承受能力，在滿足污水處理量和排放標準要求的前提下，合理選擇經(jīng)濟可行的污水處理工藝技術。
(5)農村污水處理，尤其是平原地區(qū)、居住分散地區(qū)農村污水處理，應以分散式收集處理方式為主，續(xù)的技術改進及推廣應用提供參考依據(jù)。隨著農村污水處理工程建設的不斷突進，生物一生態(tài)組合型工藝技術將會得到越來越廣泛的應用，污水處理的資源化再生利用將會越來越受到重視。將農村污水處理和水體生態(tài)修復、生態(tài)環(huán)境改善，以及與生態(tài)化農業(yè)生產相結合，才能實現(xiàn)真正意義上的環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟、社會多重效益，實現(xiàn)三生(生態(tài)、生產、生活)共贏。以節(jié)約大量污水輸送管道、提升泵站工程建設投資。
(6)在滿足污水處理量和排放標準要求的前提下，盡可能選擇工程建設投資較少、運行維護成本較低的污水處理工藝技術。
(7)應充分考慮到農村缺乏施工、運行專業(yè)人才和隊伍，力使農村污水處理設施的建設施工、運行管理盡可能簡單方便。
(8)盡量選擇生物一生態(tài)組合型工藝技術，并力使污水處理設施具備較好的景觀效果和生態(tài)效益。
3.2 農村污水處理適用技術及發(fā)展
本文例證工程的設計、建設、運行經(jīng)驗表明，微單元生化一生物過濾組合式工藝技術適用于農村污水處理，能夠以較低的經(jīng)濟代價滿足農村污水處理要求，污水處理設施建設施工、運行管理簡單便捷。出水有利于再生為農田灌溉和生態(tài)景觀用水。受冬季氣溫限制，組合式工藝技術的適用地區(qū)為北京以南，尤其是缺水地區(qū)，以及廣大南方地區(qū)農村污水處理。邢臺經(jīng)濟開發(fā)區(qū)17座農村污水處理站將作為試點工程，在日后的運行實踐中不斷總結經(jīng)驗，為后續(xù)的技術改進及推廣應用提供參考依據(jù)。
隨著農村污水處理工程建設的不斷突進，生物一生態(tài)組合型工藝技術將會得到越來越廣泛的應用，污水處理的資源化再生利用將會越來越受到重視。將農村污水處理和水體生態(tài)修復、生態(tài)環(huán)境改善，以及與生態(tài)化農業(yè)生產相結合，才能實現(xiàn)真正意義上的環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟、社會多重效益，實現(xiàn)三生(生態(tài)、生產、生活)共贏。(來源：(北京大學環(huán)境科學與工程學院)
