新農(nóng)村建設(shè)中污水處理系統(tǒng)研究

【資料簡介】

摘　要:隨著水體污染日趨嚴(yán)重,新農(nóng)村建設(shè)步伐加快,污水處理已成為我國新農(nóng)村建設(shè)的重大問題,必須根據(jù)農(nóng)村污水特點等,建立完善的農(nóng)村污水處理系統(tǒng)。介紹了國內(nèi)外農(nóng)村污水處理的模式和工藝,并比較分析了現(xiàn)有工藝的特污水特點等,建立完善的農(nóng)村污水的主要特點等,提出相應(yīng)的污水處理模式和工藝,為新農(nóng)村污水處理系統(tǒng)建設(shè)提供參考。 　　關(guān)鍵詞:污水處理;人工濕地;生物膜;新農(nóng)村
　　隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn),農(nóng)村污水處理是新農(nóng)村建設(shè)的重要組成部分。農(nóng)村生活污水是面污染來源之一,全國90 %以上的生活污水或糞便廢水直接排放到地下或湖泊等流域,如太湖、滇池的富營養(yǎng)化均有部分來自于農(nóng)村生活污水。農(nóng)村污水的隨意排放,旱廁的使用,造成江河湖泊流域、地下水等水環(huán)境受到污染,治理農(nóng)村污水,不僅能改善農(nóng)村生活環(huán)境,還能控制流域的水質(zhì)污染和湖泊的富營養(yǎng)化,改善水體環(huán)境,同時處理的中水用于農(nóng)業(yè)灌溉,緩解農(nóng)業(yè)用水的緊張。因此急需研究新農(nóng)村的污水系統(tǒng),提出適合我國的多樣化農(nóng)村污水處理系統(tǒng)。
　　1 　農(nóng)村污水處理現(xiàn)狀
　　1. 1 　國外農(nóng)村污水處理現(xiàn)狀
　　農(nóng)村污水處理方面,各國都有自己的處理工藝。日本在1977 年,實行農(nóng)村污水處理計劃,成立農(nóng)村污水處理協(xié)會,負(fù)責(zé)研究適合農(nóng)村污水處理的設(shè)備。其設(shè)計了JARUS 模式的15種污水處理裝置,處理工藝主要是生物膜法和浮游生物法,具有體積小、成本低、操作簡單的特點。到1996 年底,建成2000座農(nóng)村小型污水廠,處理后的中水用于農(nóng)業(yè)灌溉,污泥用作農(nóng)田肥料[1 ] 。德國也很重視污水處理,到1992 年,全德國的污水接管率就達(dá)到92. 2 %[2 ] 。在相對集中的農(nóng)村采用集中處理,對于分散的農(nóng)村采用分散小型污水處理設(shè)施,其主要以腐化池為主,外加生物濾池、生物接觸池、穩(wěn)定塘等[3 ] 。韓國農(nóng)村居民多分散居住,采用小型、簡易的污水處理系統(tǒng),工藝為濕地污水處理系統(tǒng),其缺點是占地大,受充分供氧、氣溫和植物生長季節(jié)的影響等[1 ] 。歐洲、北美、新西蘭等農(nóng)村也采用該工藝[1 ] 。澳大利亞主要采用“過濾、土地處理與暗管排水相結(jié)合的污水再利用系統(tǒng)”———“FIL TER（非爾脫） ”,該系統(tǒng)處理后的中水能滿足作物養(yǎng)分的要求[1 ] 。
　　1. 2 　國內(nèi)農(nóng)村污水處理現(xiàn)狀
　　我國農(nóng)村污水處理設(shè)施建設(shè)比較晚,“十一五”規(guī)劃推動農(nóng)村污水處理建設(shè),要求農(nóng)村無公害排放,但是我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后,農(nóng)村污水處理設(shè)施建設(shè)才剛起步。
　　北方部分農(nóng)村及沿海地區(qū)大部分農(nóng)村配有污水處理系統(tǒng),多以單村處理為主。如北京各村現(xiàn)在實行污水處理建設(shè),多采單村處理模式,只有部分相對集中的村落采用集中處理;還有少數(shù)靠近城鎮(zhèn)的村落,污水管接入城市集中處理管網(wǎng)。分散布置模式采用的處理工藝主要有人工濕地、生物膜法（MBR） 、智能化小型污水處理工藝（CWT） 等。但存在部分系統(tǒng)冬季低溫?zé)o法運行;日變化系數(shù)大,系統(tǒng)少數(shù)時間高負(fù)荷運行;污水量太小時,停止運行。沿海地區(qū)等集中村落設(shè)有污水處理系統(tǒng),但處理工藝落后,多采用城市污水處理工藝;靠近城市村落,接入城市管網(wǎng);分散的、經(jīng)濟(jì)相對差的村落無污水處理設(shè)施。
　　2 　污水處理工藝
　　2. 1 　穩(wěn)定塘處理工藝
　　穩(wěn)定塘是由若干自然或人工開挖的池塘組成,通過塘內(nèi)的藻、菌、浮游水生物的綜合作用達(dá)到凈化污水,其出水水質(zhì)較好。Bonomo 等在研究浮萍穩(wěn)定塘系統(tǒng)處理村鎮(zhèn)或社區(qū)污水中,發(fā)現(xiàn)TSS 去除率可達(dá)80 % ,COD 去除率大于75 % ,但氣溫下降,COD 去除率降到60 %[4 ] 。
　　在傳統(tǒng)基礎(chǔ)上改進(jìn)的藻類穩(wěn)定塘比傳統(tǒng)的穩(wěn)定塘有更多的生物,并增加攪拌裝置,促進(jìn)污水混合;調(diào)節(jié)塘內(nèi)的氧氣和二氧化碳的濃度,及水溫和水質(zhì),從而提高有機(jī)物、氮和磷的去除率。藻類穩(wěn)定塘受光照、溫度、水深和塘內(nèi)流速的影響大。黃翔峰等認(rèn)為冬季污水停留時間是夏季的2 倍,夏季zui適宜的水溫為18～25 ℃,并且較高的流速能提高去除效果。設(shè)計水深時,需考慮光照,更多的光透入池底,有助于藻類的光合作用,提高TP、磷的去除率[5 ] 。何少林研究發(fā)現(xiàn)塘內(nèi)p H 值和葉綠素a 濃度共同決定磷酸鹽的去除效果,同時葉綠素a 又影響p H 值,但是當(dāng)p H 值達(dá)到8. 0 時,磷酸鹽的去除率下降到26 %[6 ] 。常通過采取光照、水溫、攪拌來穩(wěn)定池內(nèi)p H 值,達(dá)到穩(wěn)定的磷酸鹽去除率。
　　2. 2 　人工濕地處理工藝
　　人工濕地處理系統(tǒng)是在人工鋪的基質(zhì)上種植蘆葦、大麻、香蒲、鳳眼蓮等水生植物,利用濕地構(gòu)成的土壤、植物,水生動物和微生物共同過濾、吸收污染物的工藝。按植物類型有挺水植物和浮游植物,按照水流形式分為表面流濕地、替流人工濕地和垂直流人工濕地。
　　濕地的基質(zhì)、植物和水中微生物是凈化污水的主體,植物起消耗營養(yǎng)物質(zhì)和輸氧的功能。付融冰等發(fā)現(xiàn)有植物的人工濕地的硝化能力明顯高于無植物的人工濕地[7 ] 。袁東海等人發(fā)現(xiàn)植被在人工濕地COD 去除中也起著重要作用,石菖蒲植物達(dá)到80. 46 %;燈心草為75. 53 %;蝴蝶花為70. 50 % ,石菖蒲植物人工濕地總氮平均去除率為77. 77 %; 燈心草為71. 17 %;蝴蝶花為66. 38 %[8 ] 。付融冰等人發(fā)現(xiàn)蘆葦濕地對TN 的去除略好于菖蒲濕地[9 ] 。劉超翔等人發(fā)現(xiàn)茭白對氮、磷的吸收能力強, 蘆葦具有較強的輸氧能力,兩者混種能提高BOD 和氮、磷的去除率。人工濕地對氮、磷的去除效果很好[10 ] 。李旭東等人發(fā)現(xiàn)礫石潛流濕地氮去除率可達(dá)60 % ,磷去除率達(dá)70 % ,且認(rèn)為沸石潛流濕地適宜用于氨氮含量高的污水;礫石潛流濕地適宜用于處理磷含量高的污水[11 ] 。
　　2. 3 　土地處理工藝
　　在人工控制下,污水經(jīng)過土壤- 植物系統(tǒng)的物理、化學(xué)、生物等的處理,達(dá)到凈化的效果,是無動力處理工藝。我國現(xiàn)有的工藝有快速滲慮處理系統(tǒng)、地下滲慮處理系統(tǒng)等?？焖贊B慮處理系統(tǒng)是使?jié)B透性好的土壤處于周期性的淹沒和干旱的交替狀態(tài),使污水經(jīng)歷厭氧和好氧處理的一種處理工藝。具有較好的氮、磷去除率。何江濤等人研究此系統(tǒng)的處理效果,發(fā)現(xiàn)COD ,BOD5 去除率可達(dá)90 %和80 %; TN ,NH +4 的去除率可達(dá)95 % ,表明快速滲濾污水處理系統(tǒng)具有很高的處理效果[12 ] 。
　　2. 4 　生物膜處理工藝
　　生物膜法是指以天然材料（如卵石） 、合成材料（如纖維） 為載體,其表面的生物膜為微生物提供附著面,微生物通過分泌的酵素和催化劑降解污水中的物質(zhì),同時代謝生成物排出生物膜。生物膜法主要工藝有生物廊道、生物濾池、生物接觸氧化池等。生物膜法具有較高的處理效率,對于受有機(jī)物及氨氮輕度污染水體有明顯的凈化效果?，F(xiàn)有簡易、方便操作、集一體的生物膜工藝如膜生物反應(yīng)器（MBR） 和智能化小型生活污水反應(yīng)器。張麗麗等人發(fā)現(xiàn)COD 的平均去除率達(dá)90 % ,氨氮的去除率可達(dá)70 %[13 ] ;魏群等人試驗發(fā)現(xiàn)藻類生物膜對總磷、總氮、氨氮、COD 的去除率分別為98. 17 %、88 %、89 %、93. 61 %[14 ] 。
　　2. 5 　蚯蚓生態(tài)濾池
　　蚯蚓能使土壤形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu),疏松多孔,透氣性好,而且蚯蚓吞食腐爛的有機(jī)物和泥土。在生態(tài)濾池中,還具有促進(jìn)有機(jī)物質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化等生態(tài)功能。蚯蚓生態(tài)濾池對COD、BOD5 、TSS 的去除率都在80 %以上,對N H32N 的去除率在55 % 以上,總磷去除率在45 % 以上[15 ] 。
　　2. 6 　組合處理工藝
　　組合處理工藝是根據(jù)農(nóng)村當(dāng)?shù)氐膶嶋H水質(zhì)及出水的用途,將2 個或3 個工藝組合,提高處理效果和系統(tǒng)抗沖擊負(fù)荷性能。常見的組合有生物接觸氧化與人工濕地組合、穩(wěn)定塘- 人工濕地系統(tǒng)組合處理、厭氧沼氣- 跌水充氧接觸氧化- 人工濕地技術(shù)組合、水解池一滴濾池一人工濕地組合等,組合靈活;在去除率方面,優(yōu)劣互補或相互促進(jìn)。
　　生物接觸氧化與人工濕地組合工藝是用空氣管人工調(diào)節(jié)供氧,替代植物輸氧作用的一種人工濕地。吳彩斌等發(fā)現(xiàn)該工藝對農(nóng)村生活污水中的CODCr 、TN、TP 的平均去除率分別為72. 9 %、86. 6 %、89. 1 % ,出水都能達(dá)到一級排放標(biāo)準(zhǔn)[16 ] 。
　　白永剛等針對太湖流域農(nóng)村生活污水提出滴濾池- 人工濕地組合工藝,發(fā)現(xiàn)其對BOD、TN 的平均去除率達(dá)75 % 、60 % ,對TP 的去除率可達(dá)90 %[17 ] 。
　　還有厭氧沼氣- 跌水充氧接觸氧化- 人工濕地技術(shù)組合、穩(wěn)定塘和人工濕地系統(tǒng)組合的處理工藝。
　　3 　我國農(nóng)村污水特點
　　農(nóng)村污水含有大量的營養(yǎng)鹽、細(xì)菌和病毒等,高于其他污水的氮、磷,容易污染地下水,造成湖泊的富營養(yǎng)化,降低流域的水質(zhì)?，F(xiàn)在我國多數(shù)農(nóng)村普遍沒有排污措施,部分地區(qū)還使用旱廁,生活污水任意排放,且雨、污不分。
　　在沿海地帶,單村的污水量大,季節(jié)性強,村落分布相對內(nèi)地集中,污水濃度高;在南方,氣溫普遍高,村落分布很分散,單村人口少,污水量小,且季節(jié)性小,污水濃度低,以有機(jī)污染物為主,普遍沒有排水管;中部農(nóng)村相對于南方,村落分散性小,污水濃度高;在北方,氣溫低,污水水質(zhì)季節(jié)性強,濃度高,污水量小;西部農(nóng)村分布集中,氣溫低,污水量大,濃度高。
　　4 　適合我國的農(nóng)村污水處理系統(tǒng)
　　4. 1 　處理模式
　　有集中處理和分散處理模式,對于沿海地區(qū)、西部等村落分布集中或單村污水量大的,采用集中處理模式;對于南方等山區(qū)分散的村落,采用分散處理模式。
　　4. 2 　污水處理系統(tǒng)選擇
　　農(nóng)村的排水措施不全,對于南方、中部和北方等經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對慢的地區(qū),首先完善排水措施,改旱廁為衛(wèi)生馬桶等節(jié)水器,并在每戶修建簡易化糞池或者沼氣形式的化糞池,減輕污水處理主體的負(fù)荷,還可利用沼氣節(jié)約能源;村落靠近附近城市,且管道的布設(shè)投資低,可接入城市污水管網(wǎng)。
　　農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、進(jìn)水和出水水質(zhì)及所處的環(huán)境不同,所采用的工藝也不同。在沿海地區(qū),一般采用兩種或三種組合工藝:地形寬、便于布置人工濕地、對COD、TN、TP、氨氮的去除率要求高,或中水排放到湖泊等流域的鄉(xiāng)村,可考慮采用厭氧沼氣- 跌水充氧接觸氧化- 人工濕地工藝;同樣可采取生物接觸氧化與人工濕地組合和藻穩(wěn)定塘- 人工濕地系統(tǒng)組合處理工藝。對于人工濕地工藝,根據(jù)污水的水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn),選取不同基質(zhì)和植物或增加其他措施,提高去除率。
　　在南方,村落多位于山區(qū),污水廠布置受占地面積的限制,要求處理工藝自動化程度高,易維護(hù),污水處理主體設(shè)備集一體,便于運輸、安裝及管理。對于單村污水量小于50 m3 / d 的單村,可采用智能化小型生活污水處理工藝（CWT2M） ;對于小于150 m3 / d 的單村,可采用膜生物反應(yīng)器（MBR） ;分布在湖泊等流域附近的村落,需考慮湖泊等流域的富營養(yǎng)化問題,可采用藻類穩(wěn)定塘等。
　　在中部地區(qū),可采用分散處理和集中處理,分布較集中的幾個村落,且管道布置投資小,采用集中處理,其他采用分散布置。對于集中處理的村落,可采用膜生物反應(yīng)器（MBR） 、蚯蚓生態(tài)濾池、快速滲慮處理系統(tǒng)、地下滲慮處理系統(tǒng)等;在水源附近的村落,需保護(hù)水源,可采用組合工藝和藻類穩(wěn)定塘,如水解池—滴濾池—人工濕地組合。
　　在北方農(nóng)村,污水系統(tǒng)正常運行的溫度成為重要問題,因此在考慮村落的分散性、污水量及濃度問題外,還需結(jié)合工藝的運行溫度?？拷擎?zhèn)村落的污水盡可能接入城鎮(zhèn)污水管網(wǎng),分散的單村,污水量小于50 m3 / d ,可采用智能化小型生活污水處理工藝（CWT2M） ,因為其工藝的主體埋于地下,增加其對溫度的適應(yīng)性;污水量大的村落可采用快速滲慮處理系統(tǒng)、地下滲慮處理系統(tǒng)等土地處理工藝。
　　西部地區(qū),優(yōu)先采用土地處理工藝,如快速滲慮處理系統(tǒng)、地下滲慮處理系統(tǒng)等,還可采用藻類穩(wěn)定塘和部分組合工藝。
　　5 　結(jié)　語
　　目前農(nóng)村生活污水任意排放,造成流域等水體污染,同時農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展趕不上城鎮(zhèn),地區(qū)特點突出等,因此新農(nóng)村污水處理系統(tǒng)建設(shè)迫切需要經(jīng)濟(jì)、、自動化高的一體化處理系統(tǒng),以適應(yīng)我國農(nóng)村污水的多樣性等。在選擇工藝時,要結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況,如水質(zhì)、水溫、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等因素,綜合考慮確定具體工藝。