农村分散式污水处理的适宜技术.docx

农村分散式污水处理的适宜技术随着我国经济的迅速开展和城市化进程的加速，以及以 牺牲湖泊水体安康换取短暂的经济效益的人为活动日益频 繁，使得湖泊富营养化、水质咸化和水质恶化等环境问题愈 加突出。20*年，重点流域40%的断面水质未到达治理要求， 70%江河水系受到污染，75%湖泊出现富营养化。其中，突出 的问题是一些中小城市和农村地区污染有加重的趋势。目前, 我国共有60多万个行政村、250多万个自然村，居住生活着 2亿多农户、近8亿人口，污水排放量巨大，其中大局部污 水未经处理直接排入周边水体，对生态环境造成严重危害， 已经成为新的区域性水环境的重要污染源。1我国农村水污染的现状与特征1.1点源污染近年来，随着国家产业政策的调整和升级，许多污染严 重的小企业从城市转移到郊区和村镇，加之原有的众多小造 纸厂、电镀厂、印染厂、化工厂等乡镇企业粗放经营，布局 分散，其生产过程中产生的工业废水未经处理就近排入河沟、 水库和农田，对水体造成了严重的污染，使乡镇企业成为农 村水体点源污染的最大来源；据有关部门调查，51%农民家庭 将生活垃圾直接倒入沟渠，18%村民直接倒入农田，这些生 活垃圾又对地表水、地下水产生了二次污染。1. 2面源污染一方面，我国是农业大国，全国化肥的施用量从1990 年的2590万t增加到20*年的5108万t,平均用量已接近400kg/(h - m2),远远超过国际上为防止水体污染而设置的 化肥平安使用上限225kg/(h m2)；在近10多年来农药的年 使用量基本稳定在23万t左右(有效成分)，各种制剂(实物 量，包括有效成分和各种辅剂)约162万t。然而化肥的平均 利用率仅为35%左右，农药的利用率低于30%,剩余化肥、 农药中的大量营养元素进入土壤，通过各种途径流失到水体 中，N、P等营养成分在水体中的聚集造成水体的富营养化。另一方面，由于农民居住较分散且人口数量较多，其生 活污水基本未经任何处理直接排放；另外，随着城市需求量 的增大，农村的水产养殖与畜禽养殖开展迅速，其产生的大 量粪尿超过土地处理能力而随意堆放，或经沼气池发酵后沼 液直接排放，这些又成为水体的一大污染源。因此，对农村 生活污水和养殖废水开展有效处理，从源头上控制面源污染 是从根本上解决水体水质富营养化的重要措施之一。1.3农村水污染特征基于我国农村分布较广、农户居住分散的特点，我国农 村水体污染呈现出污水排放量小、排放分散、N、P等营养成 分含量高、污水排放流量和有机负荷波动性大等特点。由于 农村的根底设施建设严重缺陷，几乎没有系统的收集和输送 生活污水的管道，同时知识文化水平普遍不高，操作管理能 力较弱。因此，适宜于农村的分散式污水处理技术应该是一 种低投资、能耗少、操作管理要求低且具有稳定高效的污染 物去除效率的污水处理技术。2农村分散式污水处理技术分散式生活污水处理是以技术先进的小型污水处理设 施实现生活污水的就近处理与利用。近年来，各式各样的分 散式污水处理设施应运而生。我国幅员辽阔，南北方农村差 异较大，对于不同地理环境应因地制宜地选择适宜的处理设 施。2. 1源头别离技术农村生活污水的水质状况如下：5日生物需氧量(B0D5) 为180320mg/L,化学需氧量(COD)为265510mg/L,固体 悬浮物量(SS)90255mg/L,氨态氮(NH4+-N)含量为20 60mg/L,总氮含量为2580mg/L,总磷含量为1. 55. Omg/L。正常成年人每人每年产生的污水量为25000100000L, 排尿量为400500L,排便量为50L,其中含N45kg,PO. 75kg, KI. 8kg,这些营养物质在尿中的含量分别为87%、50%、54%, 即平均每人每年所排尿液中含N3. 48-4. 35kg, P0. 38kg, KO.97kgo由此可见，在生活污水中，尿液所奉献的N、P值非常 大。如果采用源头别离技术，如粪尿分集式生态卫生厕所(新 型旱厕)、沼气池卫生厕所等，将尿液单独别离并输送以用 于农业生产，这将是向营养物质回用和高效水体保护迈出的 最大一步。同样，现阶段我国农村养殖业快速开展，其产生的畜禽 粪尿及冲洗水构成了高浓度有机废水，处理较为困难，不达 标排放造成周边水体富营养化。例如，在养猪场的3种清粪 工艺中，采用干清粪别离不仅节约用水，其水质负荷也较水 冲粪、水泡粪低得多。同时，由于冲洗是在短时间内完成的，即与尿液相比， 冲洗水量集中且水量大，可考虑采用源头别离技术，进一步 别离尿液和冲洗水。最终冲洗水中的污染物浓度较低，易于 处理。别离后的猪粪比拟干燥、肥效高，易于堆肥，尿液中 N、P浓度高，有利于P的回收，适宜于在农村推广应用。一 旦大局部尿液不进入水环境中，农村养殖废水所带来的面源 污染如氨氮超标问题就变得容易解决。2. 2蚯蚓生态滤池蚯蚓生态滤池是一种利用微生物、蚯蚓和基质等组成的 人工生态系统处理生活污水的新技术。目前，其填料主要采 用陶粒、土壤、锯末、稻壳、谷壳、泥炭、钢渣、煤渣、石 英砂、细砂等。蚯蚓对污水及污泥具有分解、吸收的作用， 其来回蠕动，不仅清扫滤床，防止其堵塞，而且增加了滤床 层的通气性，增大了氧的供应量，促进滤层中C、N的转化; 另外，蚯蚓可以去除蚊蝇滋生，改善滤池的卫生条件，同时 在滤池中增殖的蚯蚓又可作为家禽饲料。蚯蚓粪便中的微生物能促使有机N的氨化和NH4+-N的 硝化作用，其内部的厌氧层和生物膜内的厌氧层会发生反硝 化作用而杨健等在曲阳污水厂的中型试验说明，蚯蚓生态滤 池对城镇污水的产生N2和N20气体，降低出水的TN值。CODCr 去除率达83%88%, BOD5去除率达91%96%, SS去除率达 85%92%,氨氮去除率达55%65%。由于蚯蚓生态滤池具有池容小、节能、易操作、维护管 理方便等特点，适宜于我国南方农村生活污水处理，但由于 蚯蚓有冬眠和夏眠的习性，会造成阶段性出水不稳定，使用 时应考虑其应对措施，在滤池出水加后续强化处理工艺。2. 3人工湿地处理系统与自然湿地相比，人工湿地主要是利用土壤、人工介质、 植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、 污泥开展处理的一种综合生态系统。它应用生态系统中物种 共生、物质循环再生原理以及构造与功能协调原那么，在促进 废水中污染物质良性循环的前提下，充分发挥资源的生产潜 力，防止环境的再污染，获得污水处理与资源化的最正确效 益。人工湿地系统可分为外表流湿地(SFW)、潜流湿地 (SS-FW),立式流湿地(VFW)。外表流湿地和立式流湿地因环 境条件差(易孳生蚊虫)，处理效果受气温影响较大以及对基 建要求较高，现多不再采用。故人工湿地大局部采用潜流式 湿地系统。在人工湿地系统中，可利用植物吸收和基质的吸 附去除污染物。目前常用的挺水植物有：芦苇、蒲草、亭罪、 莲水芹、水葱、菱白、香蒲、千屈菜、菖蒲、水麦冬、风车 草、灯芯草等。李玮峰等研究说明芦苇和香蒲植物吸收TN 和TP的量在湿地去除量中的比例分别为13.5%、41. 2%和 17.3%、24. 4%o由表1可知，不同湿地植物对N、P的吸附去除率不同， 其与进水水质、湿地基质、温度等多种因素有关，比照分析 后可以看出，芦苇、香蒲以及菱白对N、P的去除率均较高。 人工湿地基质主要采用土壤、沙、石、煤渣、钢渣等。基质 一方面为微生物的生长提供稳定的依附外表，同时也为水生 植物提供了载体和营养物质。当污水流经人工湿地时，基质 通过沉淀、过滤、吸附和离子交换等一些物理和化学的途径来净化除去污水中的污染物。湿地基质氧化复原能力的大力 决定了系统去除N的效果。红壤广泛分布于我国低山丘陵地区，价格低廉，易于取 用，是一种较好的人工湿地基质。黄中子等研究发现，红壤 是一种优良的磷素吸附材料，当温度为3(rc时，红壤对p的 饱和吸附量高达1.61nig/g。红壤中P的含量非常低，但是含 有大量的无定型氧化铁、氧化铝及高岭石等成分，有利于P 的吸附和固定。因此，当溶液中P的浓度较低时，对P的吸 附去除效果较好。当红壤除磷吸附饱和时，可作为农田肥料 使用。在进水污染物浓度较低的条件下，人工湿地对COD的去 除率可达80%以上，对BOD5的去除率可达80%95%,对TN、 TP的去除率均可达85%以上。国外利用人工湿地处理生活污 水及各种废水，均取得很好的处理效果。人工湿地具有构造 简单、投资少、易于维护和运行费用低等特点，易于在我国 农村推广使用。2. 4地下渗滤系统地下渗滤系统是一种人工强化的污水生态处理系统，污 水经化粪池预处理后，去除大的悬浮物后有控制地投配到渗 滤装置中，然后在重力和土壤毛细管力的作用下扩散运动， 污水在此迁移过程中通过物理截留、物化吸附、化学沉淀、 微生物降解、动植物作用等被净化。地下渗滤系统的类型包括渗滤坑式地下渗滤系统、渗滤 沟式地下渗滤系统、渗滤管式或渗滤腔式地下渗滤系统、尼 米槽式地下渗滤系统及其他改良型地下渗滤系统。地下渗滤 系统对有机物及TP均有较好的去除效果，但对TN的去除效 果不佳。张建等在地下渗滤系统内掺加10%草炭，结果说明 对氨氮和总氮的去除率明显提高，从未掺加草炭时的83%和 69%分别提高到95%和80%o当采用红壤+25%煤渣的地下渗滤系统处理生活污水时, 其对C0D的去除率达82. 7%,对TP的去除率高达98. 0%,对 NH4+-N的去除率达70. 0%,对TN的去除率达77. 7%o地下渗 滤系统具有投资少、运行费用低、易于维护管理、不影响地 面景观等特点，适合于土质渗透性能高、农户分布散、人口 少、经济较落后的农村污水处理。2. 5滴滤池生物滴滤池是生物过滤法中的一种。由于此类型的生物 处理装置中生物膜一般都很厚，而溶解氧(D0)通过扩散作用 通常只能进入生物膜表层的100200 Hm深度，因此生物膜 上就有可能同时存在好氧区和厌氧区，使整个系统具有生物 脱氮的功能。这种反响器具有水力负荷和抗冲击负荷能力强、构造简 单、安装快捷、控制容易、运行本钱低等优点。白永刚等采 用滴滤池中式处理农村生活污水，在稳定运行状态下滴滤池 对COD、NH4+-N、TN和TP去除的奉献率分别为74. 5%、79. 2%、 33.8%、47. 5%o滴滤池能有效完成对有机物的降解和硝化作 用。因其操作管理方便，处理效果高，适合于土质渗透性能 高、农户分布散、人口少、经济较落后的农村污水处理。2. 6小型一体化污水处理设备小型一体化污水处理设备通过有效地整合各种水处理工艺来实现分散式污水的净化达标。目前，日本有超过20% 人口仍在使用小型一体化污水处理设备净化槽，美国那么有1/4的人口和1/3新建的社区在使用这种处理设备。 HE 1ST ADA等研究的一种适用于单户家庭的紧凑污水处理系 统，是由化粪池、好氧生物过滤器及上流式饱和过滤器组成。 好氧生物过滤器主要用于去除有机物及实现硝化作用，上流 式饱和过滤器进一步处理污水，去除微生物和P。经过3年的运行实践说明，该系统具有稳定且较高的出 水水质，对BOD5、N、P、SS的去除率分别为97%、30%、99. 4% 和70. 8%。该系统维护简单，上流式饱和过滤器可持续5年 吸附去除P,当其吸附饱和时可作为农田肥料。LIANGHW等 对三阶段进水的废水处理系统研究说明，当进水的SS、C0D、 NH4+-N的浓度分别低于10、50和8mg/L时,其去除率分别 为 90%、80%和 90% o3小结鉴于农村土地的划分较为分散，农村污水处理应改变传 统的集中收集处理观念，转为采用高效、可靠的分散式污水 处理系统，就地处理。以上所述的几种处理系统，均适用于 我国农村的生活污水处理，同时应注重源头别离处理技术的 应用，即优先采用源头控制污染物，降低污水中污染物的含 量；然后因地制宜，可采用厌氧处理与上述方式相结合，或 者采用蚯蚓生态滤池与人工湿地串联处理、蚯蚓生态滤池与 地下渗滤系统串联处理、滴滤池与人工湿地串联处理或者人 工湿地与地下渗滤系统等的组合工艺来处理，从而到达更好 的出水水质，进一步改善我国农村水环境污染严重的现状。