如何因地制宜地设计农村生活污水处理系统

余文璨

（中环世特能源工程（上海）有限公司，上海 200001）

自2010 年以来，伴随着相关部门的大力投资，农村卫生和污水管理情况得到了明显改善。许多村庄安装了卫生厕所、公共下水道和就地污水处理设施。然而由于不同地区的地理、地形、气候、环境、经济和社会条件差异较大，导致农村生活污水处理设施设计困难，采用统一的技术方案难以满足不同地区的实际需求，也无法保证污水处理设施的正常运行。因此，因地制宜成为了实现高效农村污水处理的前提。住房和城乡建设部、农业农村部、国家乡村振兴局于2021年6月联合印发的《关于加快农房和村庄建设现代化的指导意见》以及《2022年中央一号文件》中也强调，农村污水处理应因地制宜，宜采用小型化、生态化、分散化的污水处理模式和处理工艺，合理确定排放标准，推动农村生活污水就近就地资源化利用。

1 农村生活污水处理系统设计考虑的因素

农村适用的污水处理技术种类繁多，由于不同地区的物理条件和社会经济条件差异很大，选择合适的技术或工艺成为农村污水管理项目成功的关键。通常，选择技术应考虑在技术上和财务上与当地条件相适应，具有成本效益，易于操作和维护。

影响污水处理设计方案有效性的关键因素包括：（1）社会文化因素：村民的文化程度、生活习惯及对污水处理工程的认知度与参与度，都需要被考虑。（2）供水服务水平：供水量会影响污水产生量，而污水处理工艺的选择应考虑污水处理量的大小。（3）人口密度：人口密度同样直接影响污水产生量。（4）污水水量：在条件允许的情况下，应通过详细调查获取具体的村民用水量信息，并充分考虑传统节日期间的水量波动。（5）土壤和地下水条件。（6）地形：影响污水收集管道的设计。（7）土地可用性：不同污水处理工艺的占地面积需求不同，在选择工艺时需考虑是否有足够的土地用来布设污水处理设施。（8）支付能力和支付意愿：不同污水处理工艺的建设和运维成本差异较大，在选择时应充分考虑。（9）技术复杂性和村庄能力。（10）能源需求和可用性[1]。

2 农村生活污水处理模式的选择

污水处理系统分为分散式处理和集中式处理两种。分散式污水处理系统广泛应用于没有公共下水道系统的农村地区，特别是人口密度低和地形复杂的地区。它可以是单个化粪池，或服务于多个房屋的集群系统，或具有高出水水质的先进处理系统。污水处理系统的出水就近处置，靠近产生源。尽管在应用分散式污水处理系统时污水处理设施是分散的，但仍应采用集中化的管理模式和管理计划，以确保系统的可持续性运行。集中式污水处理系统是通过公共下水道系统收集每个家庭的污水，并将污水输送到污水处理厂进行集中处理，处理达标后排放。在中国，许多地区的乡镇和行政村已经在设计和建造类似于市政污水处理厂的集中式污水处理系统。

与集中式污水处理系统相比，分散式污水处理系统的应用，不仅避免了大型基础设施和污水收集管道系统大量的前期建设成本，而且通过采用小型设施、相对简单的设备和节能工艺，降低了运行和维护成本（如土地渗滤处理）。并且分散式污水处理系统可以提供灵活多样的污水管理方案，以应对特定的地形和气候条件[2]。

在选择农村生活污水处理模式时，需要根据污水量、污水排放标准以及当地的物理和经济条件对这两种方案进行评估。考虑到城市面积的快速扩张，一些村庄可能距离城市污水处理厂仅3～5千米。在这种情况下，建议建设污水收集管道，将农村污水收集并输送到现有的市政污水处理厂[3]。在中国，许多村庄由不同的小而密集的社区组成，这些社区被农田或地形特征（如山丘、溪流、河流、高速公路或其它物理特征）隔开。在这些情况下，为每个社区或住宅区安装分散式处理系统更合适，避免了安装大型、复杂和昂贵的污水收集系统。分散式处理和集中式处理系统适用的不同场景，见表1。

表1 分散式处理和集中式处理系统的适用性

3 农村生活污水收集系统设计

对于多户生活污水共同处理的情况，通常包含一个小型污水收集系统，即下水道系统，用于收集每个房屋的污水。通常下水道系统将污水输送到大型化粪池，化粪池再连接到二级处理设施或大型地下处置场或人工湿地。一般来说，根据当地的地形特征，有三种下水道系统可选择，见图1。

图1 不同下水道系统示意图

3.1 小口径重力下水道

这是一种通过重力输送污水的管网。它通常是为了应对可能发生的最大污水产生量而建设的。

3.2 小口径压力下水道

当坡度不足或地形不允许污水依靠重力流流入处理和/或处置系统时，应采用压力下水道运输污水。通常，来自家庭的生活污水首先流向带有泵和控制装置的污水储罐。当储罐内水位达到设定水位时，储罐内的泵会将污水泵入下游下水道。压力下水道系统在设计安装时可以只考虑到现有人口。与重力下水道相比，压力下水道的管道直径更小，位置更浅。

化粪池出水重力下水道和化粪池出水压力下水道目前在农村地区应用比较广泛。化粪池出水通过重力或泵流入下水道系统，具体采用何种方式化粪池和管线的相对位置。由于化粪池已经去除了污水中大部分的固体物质，与传统的重力下水道相比，化粪池出水重力下水道系统的管道坡度要求降低了，管道所需开挖的宽度和深度也降低了。这可以降低安装成本并减少对社区的干扰。此外，化粪池出水水质比原生活污水水质好，可以降低下游处理单元的处理成本[4]。

4 农村生活污水处理工艺流程设计

在设计污水处理工艺流程时，应充分考虑当地的环境、地质、气象和经济条件，以及出水排放标准。生态环境部于2019年发布了《农村污水处理设施污水排放标准制定指南》，该指南指出：（1）排入II类或III类地表水体的出水（GB 3838）应当至少满足GB 18918中的一级B标准。（2）排入IV或V类地表水体的出水至少应符合GB 18918中的II类标准。（3）间接（如通过人工湿地）排入水体中的出水至少应符合 GB 18918 中的III类标准。

一般情况下，经过化粪池和生态方法（如土地渗滤或人工湿地）系统处理的出水，均可满足GB 18918中的III类标准。为进一步降低污水中的污染物浓度，应引入生物方法（如活性污泥或滴滤池）。化粪池与生物法相结合可以使出水达到GB 18918中的II类标准。在生物法之后增加生态方法可以进一步降低污染物浓度，达到GB 18918中的一级B标准甚至更高的要求。国内外应用较广泛的农村污水处理工艺流程有三种。

4.1 化粪池系统

化粪池系统由化粪池和地下渗滤系统组成，可用于处理单户或多户的生活污水，并几乎可以在任何温度下运行。这些住户房屋位置相对偏远，无法连接到公共下水道，且所处的区域环境敏感度较低。化粪池系统没有出水排放标准，化粪池的出水会经过沟槽沿线生长的微生物处理，最终与地下水混合流动。只要化粪池系统是按照设计规范建造的，它就不会对饮用水井或其它应用的地下水造成污染。然而，化粪池系统不是先进的处理系统，需要相关部门允许方可建设使用，见图2。

图2 常规化粪池系统工艺流程图

化粪池系统的设计需要专业人员进行彻底的现场调查，以调查土壤的类型和状况（包括渗透性和稳定性）、地下水和基岩的深度、土地的坡度和稳定性、排水特征、水道位置、洪涝趋向、土地的可供性、植被和种植，以及任何潜在地质灾害（主要是山体滑坡）的存在或接近程度等。

4.2 附着生长生物处理单元+生态处理单元

该系统由一个化粪池、一个附着生长生物处理单元（如滴滤池或生物转盘）和一个人工湿地或稳定塘组成。污水经处理达标后排入地表水。与活性污泥法相比，附着生长法具有能耗低、操作简便的优点。适用于住宅群和大型社区。

该处理流程中，化粪池相当于初级沉淀池，在污水进入附着生长生物处理单元之前，去除污水中的可沉降和可漂浮固体。对于大型社区污水的大规模处理系统，滴滤池或生物转盘的出水，需要经过沉淀池才可以进入人工湿地或稳定塘，以避免固体堆积和堵塞。对于服务于少量住宅的小规模系统，则不需要增加沉淀池，因为滴滤池或生物转盘的出水中悬浮固体含量较低。

该系统依赖于生物处理过程和持续供电，不适合季节性使用。对于间歇式用水和供电的季节性住宅区（如乡村度假小屋）也不适用。

4.3 悬浮生长生物处理单元+生态处理单元

该系统由一个化粪池、一个悬浮生长生物处理单元（例如活性污泥工艺或序批式反应器）和一个人工湿地或稳定塘组成。曝气池出水经过二级沉淀池后流入人工湿地或稳定塘。沉淀池的污泥将回流至曝气池或作为剩余污泥处理。污水经处理达标后排入地表水。该系统适用于大型社区。

5 结语

农村生活污水处理面临的挑战比城市生活污水处理更加复杂。一般来说，农村生活污水处理会受到当地经济、环境、地理、气候、社会等条件的影响。单一固定的处理模式和技术方案无法满足不同地区的需求。因此，因地制宜地设计农村生活污水处理系统是农村污水管理的关键。在农村生活污水处理系统设计时，应在充分考虑社会文化因素、污水水量、地理因素、土地可用性、技术复杂性，以及当地村民的支付能力和支付意愿等的基础上，对处理模式、污水收集方式及处理工艺流程进行设计，确保污水处理系统在处理能力、处理效果、运维难度及资金需求等方面符合地方特点，以实现污水处理系统的可持续有效运行。