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)有工藝的特點根據(jù)我國農(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)的高效藻類穩(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。高效藻類穩(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,夏季最適宜的水溫為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。快速滲慮處理系統(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高效藻穩(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,可采用高效藻類穩(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,可采用組合工藝和高效藻類穩(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,還可采用高效藻類穩(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)、高效、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。來源：中國農(nóng)村水利水電

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作者簡介:李貴兵(1984-) ,男,碩士研究生,研究方向:灌溉與排水理論與新技術(shù)

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