敖克厚++潘淇++胡明華++++陳婕
摘 要: 隨著新農(nóng)村建設(shè)的開展,貴州省農(nóng)民居住小規(guī)模設(shè)化已經(jīng)形成(10-20戶居住在一起),生活污水對環(huán)境造成壓力。本文通過總結(jié)和比較國內(nèi)外農(nóng)村污水處理技術(shù)及其特點,結(jié)合貴州省農(nóng)村居住地地形地貌、污水排放狀況,為貴州省農(nóng)村污水處理設(shè)計了“凈化沼氣+人工濕地”工藝流程,并為我國今后農(nóng)村污水污水處理提出了建議。
關(guān)鍵詞: 生活污水 環(huán)境污染 處理技術(shù)
水是生命的源泉。保護水環(huán)境、治理水污染、節(jié)約水資源,已引起世界各國的高度重視。特別是我國是世界上人口最多的國家,也是一個嚴重缺水的國家。隨著我國經(jīng)濟的繁榮,人民物質(zhì)文化生活水平的提高,人均用水量和污水產(chǎn)生量不斷增加,這些生活污水未經(jīng)治理無序排放,不但加重了對水體和環(huán)境的污染,而且嚴重威脅到農(nóng)村的飲水安全和農(nóng)民的身體健康,影響了和諧社會的構(gòu)建。因此,解決農(nóng)村生活污水處理問題,是經(jīng)濟社會發(fā)展的需要,是時代的需要、人民的需要。
1.農(nóng)村生活污水的構(gòu)成及來源
近幾年我省農(nóng)村居住隨著小城鎮(zhèn)建設(shè)加快,上百戶農(nóng)戶集中居住在一起,生活污水排放加大,但幾乎沒有處理措施,生活污水排放嚴重影響了環(huán)境及人們的正常生活。
農(nóng)村生活污水主要是洗滌、沐浴和部分衛(wèi)生潔具排水等,一般具有排水量少,所含有機物濃度相對偏高且日變化系數(shù)大、間歇排放等特點。農(nóng)村污水處理管理滯后,相比城市污水處理相差巨大。農(nóng)村水污染物排放量維持高位,但處理率較低。此外,我國新農(nóng)村建設(shè),城鎮(zhèn)化企業(yè)迅速發(fā)展,使其周邊環(huán)境嚴重惡化。
2.國外農(nóng)村污水處理技術(shù)
2.1澳大利亞“FILTER”(非爾脫)污水處理系統(tǒng)
非爾脫污水處理系統(tǒng)是由澳大利亞科學(xué)和工業(yè)研究組織(CSIRO)的專家提出的,其主要是利用污水進行灌溉,通過灌溉土地處理后,再用地下暗管將其匯集和排出[1]。該系統(tǒng)可以有效去除污水中的病原體、N、P等污染物,給農(nóng)作物提供水分和養(yǎng)分,使出水水質(zhì)可達到國家標準[2];并且具有高效、持續(xù)性等特點。其缺點是這種處理方法受農(nóng)作物生長季節(jié)的影響,非生長季節(jié)農(nóng)作物不灌溉,污水處理系統(tǒng)就不能進行工作;而且在建造時需要修建泵站來控制排水量,導(dǎo)致難以普及推廣。
2.2日本凈化槽技術(shù)(Johkasou system)
日本的凈化槽技術(shù)是運用物理沉淀、物理吸附、化學(xué)絮凝和生物降解的一體化技術(shù)[3]。其功能分區(qū),使COD、N和P等污染物分別在不同處理單元內(nèi)得到削減。目前,日本凈化槽技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用,其污水排放可以達到以下標準:BOD在10mg/L以下,COD在15mg/L以下,TN在10mg/L以下(因處理工藝而定),TP在1mg/L以下。優(yōu)點:節(jié)省動力、管理操作簡便、實現(xiàn)了污水和污泥一體化、常年不排泥、運行期間較穩(wěn)定且無須專人管理和出水水質(zhì)優(yōu)良;但凈化槽在國內(nèi)的應(yīng)用的條件還不成熟,安裝和運行費用較高,致使在推廣應(yīng)用上有一定的難度。
2.3美國加州高效藻類塘處理技術(shù)(Highrate algae pond)
高效藻類塘最早是由美國加州大學(xué)伯克利分校Oswald教授提出的,是在傳統(tǒng)穩(wěn)定塘技術(shù)進行改進形成的。高效藻類塘有利于促進藻類生長,因此使藻類所產(chǎn)生的氧氣大大地增加[4]。其工藝流程見圖1:
高效藻類塘與傳統(tǒng)的穩(wěn)定塘相比較,其優(yōu)點是運行經(jīng)費低、修建容易、停留時間短,占地面積少,維護簡便,對病原體具有較好的祛除效果。除此以外,還可以改善環(huán)境,生產(chǎn)食品和飼料,具有重大的生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和社會效益。其缺點是易受環(huán)境因素影響,處理效果隨季節(jié)變化較大。
2.4土壤地下滲濾系統(tǒng)(Subsurface infiltration system)
土壤地下滲濾系統(tǒng)最早起源于20世紀60年代的日本,當時日本學(xué)者新見正就已經(jīng)開始研究土壤地下滲濾凈化污水技術(shù)[5]。其將污水通過土壤表面具有一定構(gòu)造的滲濾滲透系統(tǒng)中,污染物通過物理、化學(xué)、微生物的降解和植物的吸收利用進行處理和凈化[6]。該技術(shù)對SS、BOD、COD和大腸桿菌的去除率均較高,一般可達80%~95%[7]。其工藝流程見圖2:
該技術(shù)具有日常運行成本低、建造投資省、易于管理和維護、易收集污水和凈化效率高用等優(yōu)點,而且土壤表面可以合理種植經(jīng)濟作物,創(chuàng)造經(jīng)濟價值。
2.5人工濕地(Constructed Wetlands)
人工濕地處理技術(shù)是根據(jù)人們的需要選擇一定的地理位置,通過模擬天然濕地的結(jié)果和功能,從而設(shè)計和建造的濕地[8]。最早起源于1903年英國約克郡Earby。20世紀70年代由學(xué)者Kickuth提出根區(qū)法(The Root-Zone-Method)之后,人工濕地生態(tài)理論逐步發(fā)展起來[9]。人工濕地從結(jié)構(gòu)原理上主要分為表面流人工濕地(Surface flow constructed wetland)和潛流人工濕地(Subsurface flow constructed wetland)兩種類型。根據(jù)污水在基質(zhì)中的流動方向,潛流人工濕地可分為水平流型(Horizontal flow type)和垂直流型(Vertical flow type)兩種。人工濕地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成包括基質(zhì)和濕地生物兩種。其中基質(zhì)十分重要,是濕地污水處理的載體和生物生長的基礎(chǔ),使?jié)竦貎?nèi)的各種處理過程連結(jié)為一個整體[10]。濕地生物主要以濕地植物為主,不同濕地對植物的要求不同,這與濕地設(shè)計的目的和處理對象及與濕地植物在處理系統(tǒng)中的功能作用等有關(guān)。其工藝流程見圖3:
人工濕地可以合理利用資源,防止環(huán)境的二次污染。其獲得了污水處理與資源化的最佳效益,建造和運行費用便宜,有著地球腎臟的功能效果,產(chǎn)生了更高的生物學(xué)價值。然而其也存在缺點,占用土地面積大,運行效果直接受外界環(huán)境溫度及氣候影響,是限制其發(fā)展的主要瓶頸,這也致使人工濕地在我國南方地區(qū)更易于實施,而在北方地區(qū)難以實施推廣。
3.國內(nèi)農(nóng)村污水處理技術(shù)
3.1太陽能微動力污水處理技術(shù)
太陽能微動力污水處理技術(shù)是由浙江浙大水業(yè)有限公司聯(lián)同浙江大學(xué)共同研究開發(fā)的。該技術(shù)以傳統(tǒng)“A2/O”工藝為基礎(chǔ),由太陽能光伏板、蓄電池組、曝氣系統(tǒng)、回流系統(tǒng)、微電腦控制系統(tǒng)和遠程通信系統(tǒng)等組成,通過太陽能光伏板將太陽能轉(zhuǎn)為電能,作為曝氣設(shè)施、回流設(shè)施的動力,而多余能量則儲存于蓄電池中;根據(jù)優(yōu)化調(diào)試后的數(shù)據(jù),通過微電腦控制系統(tǒng),完成自動化控制,自動運行曝氣設(shè)施、回流設(shè)施及攪拌設(shè)施。其經(jīng)過積水、厭氧生物處理、接觸氧化、沉淀,從而達標排放[11]。其工藝流程見圖4:
太陽能作為能源資源在污水處理的應(yīng)用中,不僅僅是用于微動力能源,在北方,還可以為水池起到保溫作用,提高冬季污水處理效率。該污水處理技術(shù)具有清潔、方便、安全、節(jié)能等優(yōu)點。太陽能微動力污水處理技術(shù)合理地利用了熱量和氣候條件,使整個過程更環(huán)保、更節(jié)能;其運行費用為零,是其他處理工藝所不能相比的。但其也存在著一定的缺點,缺乏專業(yè)技術(shù)人,在后期運行和維護過程中有困難。
3.2生活污水凈化沼氣池
生活污水凈化沼氣池(或稱城鎮(zhèn)生活污水凈化沼氣池)是一種新型的分散污水處理裝置。生活污水凈化沼氣池是通過對沼氣池和化糞池的改建得來的,利用厭氧消化、沉淀過濾等處理技術(shù),降解有機質(zhì),殺滅病原菌。相對于沼氣池和化糞池池來說,其解決了化糞池沉積污泥多和處理效果差等弊端[12];并且解決了沼氣池沼氣回收率低的缺點。經(jīng)其處理后的生活污水水質(zhì)BOD5<50mg/L,寄生蟲卵數(shù)0.56~1.07個/L,糞大腸菌群值<10-4,均能達標排放。因此,經(jīng)其處理過后的污水可以用于農(nóng)業(yè)灌溉、園林綠化、水體景觀等。其工藝流程見圖5:
生活污水凈化沼氣池處理技術(shù),減輕了水體富營養(yǎng)化,改善了居住條件,保護了環(huán)境衛(wèi)生,具有良好的環(huán)保效果,并且有利于保護水源清潔等。用這種方法處理農(nóng)村生活污水,國家無須專門的投資,投資較小,見效快。但其對氨氮和磷的去除率較低。
3.3生物濾池(Biological aerated filter)
生物濾池是將吸附、過濾和生物作用等綜合在一起的農(nóng)村廢水處理工藝。其最大的特點是集截留懸浮固體和生物氧化于一體,省去了二沉池,大大簡化了污水處理流程[13]。其工藝流程見圖6:
該污水處理技術(shù)出水質(zhì)量好,無二次污染;能在較低溫度下正常運行,緩沖容量大;運行能耗低,投資費用??;啟動時間快,掛膜時間短;日常運行管理方便,結(jié)構(gòu)模塊化。然而,其濾料容易流失,使用前須進行預(yù)處理,并且要進行定期沖洗。由于生物濾池為半封閉或全封閉構(gòu)筑物,其生化反應(yīng)受外界溫度影響較小,因此適合于北方寒冷地區(qū)。
3.4蚯蚓生態(tài)濾池處理技術(shù)
蚯蚓生態(tài)濾池處理技術(shù)起源于法國和智利,主要根據(jù)蚯蚓對有機物質(zhì)的分解有促進作用,并且能夠提高土壤通氣透水性而設(shè)計[14],具有投資省、處理效率高、管理簡單等優(yōu)點。然而,單級蚯蚓生態(tài)濾池對總氮的去除效果不是很顯著。當進水流量大、污染物較多時,單級的蚯蚓生態(tài)濾池處理效率大大降低,影響出水水質(zhì)。通過研究改進出現(xiàn)了一種新型的處理技術(shù):塔式蚯蚓生態(tài)濾池。其構(gòu)造見圖7:
塔式蚯蚓生態(tài)濾池由多個塔層組成,每個塔層內(nèi)的濾料層是以土壤為主,大概有30cm左右,主要是處理生活污水的區(qū)域,也是蚯蚓生存的區(qū)域。土壤層又由不同種類和不同粒級的填料組成[5]。每個塔層下面布有均勻的出水孔,各個塔層之間的空間有40cm左右,污水從孔中滴落,可以充分地補充有機質(zhì)分解時所需的氧分[15]。其充分利用了蚯蚓—微生物—植物—土壤—填料的協(xié)同作用,有效地解決了填料堵塞,提高了污水處理負荷,并且有效提高了SS、TN和BOD等污染物的去除效率。
4.結(jié)論
綜上所述,國內(nèi)外農(nóng)村污水處理主要為生態(tài)處理技術(shù),每種方法均有各自的優(yōu)劣。對于我國農(nóng)村污水所存在的問題是:一是對于農(nóng)村污水處理意識淡薄,農(nóng)村污水的處理未引起人們的重視;二是建設(shè)資金投入不足,由于各地財政壓力大,加上大部分村集體經(jīng)濟薄弱,治污項目很難開展;三是缺乏專業(yè)技術(shù)人,在后期運行和維護過程中有困難;四是沒有標準的規(guī)定,目前主要是鼓勵型措施。取一次性投資低、能耗低、運行穩(wěn)定、運行費用低、維護管理方便的實用技術(shù)是解決中國農(nóng)村污水污染問題的主要途徑。
通過以上方法的比較,對于我省的農(nóng)村人口較為分散,四季分明,地形復(fù)雜,經(jīng)濟較為落后等特點,筆者認為在我省可以將凈化沼氣池和人工濕地污水處理技術(shù)相結(jié)合,實現(xiàn)功能互補。見工藝流程:
該技術(shù)把“凈化沼氣+人工濕地“有機結(jié)合,解決了凈化厭氧技術(shù)處理生活污水中的主要污染物的去除率控制在前端,使進入濕地水質(zhì)中的污染物很低,減輕了對人工濕地的凈化壓力,強化了人工濕地的凈化效果,節(jié)約了土地資源,并解決了人工濕地因時間而長變成了污泥坑的難題;其采用進出水自流,不用機械動力設(shè)施和電控,只需要兼管人員定期對格柵池和沉沙池中的雜物泥沙進行清除,因此實現(xiàn)了低能耗,維護簡單,日常運行費用少;除此以外,還可以在凈化裝置上面的空閑地面設(shè)計綠化及景觀工程,再加上人工濕地的植物和花草,如此使整個污水裝置上面干凈整潔、美觀、文明、無臭味,使其看起來是一個小花園。
5.展望未來
隨著我國新農(nóng)村的提出,農(nóng)村環(huán)境污染越來越嚴重。對于我國農(nóng)村生活污水處理技術(shù),提出以下建議:(1)加大專項資金投入,完善社會資金對農(nóng)村污水治理的投入、利益分成及退出機制;(2)科學(xué)制訂污水治理方案,分步、有序地實施農(nóng)村污水處理設(shè)施新建和改造工程;(3)加大科技投入,人才培養(yǎng),提高農(nóng)村污水處理技術(shù)的效率,降低污水治理的成本。
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