15种农村生活污水处理技术详解
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15种农村生活污水处理技术详解

来源: http://www.huiguo.net.cn/    发表日期:2015-09-09    浏览:29733

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根据住建部2012年5月发布的《中国城镇排水与污水处理状况公报》显示,我国60余万个行政村,对生活污水进行处理的仅占6.7%。污水的直接排放造成严重的“脏、乱、差”现象。据测算,全国农村生活污水排放量约为2300万d/t,BOD为530万d/t,COD为860万d/t,总氮为96万d/t,总磷为14万d/t。我国近3亿的农村人口饮用水不合格,其中1.9亿人的饮用水中有害物质含量超标。

针对农村环境问题,我国提出农村连片整治政策,并出台了《全国农业和农村经济发展第十二个五年规划》、《农村环境连片整治技术指南》和《农村生活污水处理项目建设与投资指南》等指导性文件。

目前我国尚未制定针对农村生活污水处理的国家排放标准,但是地方性标准相继制定和实施,如河北省《农村生活污水排放标准》(DB13/2171一2015)、福建省《农村村庄生活污水排放》(征求意见稿)和浙江省《农村生活污水处理设施水污染物排放标准》(征求意见稿)等。

由于我国农村地区自然条件、生活习惯、经济发展等方面差异性大,故需要根据不同地区的具体现状。

水质、水量、排放去向等因地制宜确定处理技术,这样,增加了工作量和处理难度。

1 农村生活污水特点和存在问题

1.1 农村生活污水特点

农村生活曰渐城市化,生活污水主要来自农家的厕所冲洗水、厨房洗涤水、洗衣机排水、淋浴排水及其他排水。根据水中污染物浓度高低,可分为黑水(冲厕水)和灰水(其余排水)2部分。农村生活污水主要特征见表1。

1.2 存在问题

1.2.1 收集难度大

96%以上的村庄没有排水管道,乱泼乱倒现象严重,雨水、污水和尿液大多一起排入坑塘。农村生活污水的收集问题是制约农村污水治理的直接原因。

1.2.2 管理不到位

近年来,我国虽然已经制定了一些农村生活污水处理技术,以及建设了一些污水处理工程,但正常运行的较少。由于管理不到位和技术人员的缺乏,建好后无人看管,导致大部分工程处于瘫痪状态。

1.2.3 地域广阔和资金不足

据统计,截止2013年底,农村人口占全国总人口的50%,表明全国50%的生活污染负荷分布在农村。由于农村经济落后,农村污水的治理过程中需要有足够的资金来源,用于工程建设和后期的运营管理维护,从而成为制约农村污水治理的一大难题。

1.2.4 政策不完善和观念落后

农村环境保护的相关机构不健全和政策不完善,大多是理论性文件,实际操作性能差。

同时,由于生活习惯问题,在起步阶段,由于村民的环境保护意识较差,故实现观念的改变仍需要较长时间。

2 农村生活污水处理模式

我国农村风俗习惯、人口、自然、经济及社会条件差异大,单一的污水处理模式不能达到农村生活污水达标处理的目的。根据我国农村基本国情,生活污水处理大致形成3种模式,即分散处理模式、村落集中处理模式和纳入城镇排水管网模式。

2.1 分散处理模式

分散处理模式,即单户或几户,采用小型污水处理设备或自然处理形式处理生活污水,其适用于人口密度稀少、地形条件复杂、污水不易集中收集的村庄污水处理。目前,庭院式分散处理-街道式局部集中就地处理采用较多。

昌平崔村镇南庄村采取完全分离的生态卫生系统处理生活污水,灰水经简单的土地处理后可回用,尿液与粪便分离后可直接用于农作物施肥,干粪便堆肥返回农田。

2.2 村落集中处理模式

2009年,我国提出“连片治理”模式,连片村庄有如下3种形式:(1)对地域空间相连的多个村庄,通过采取措施实施综合治理。(2)围绕同类环境问题或相同环境敏感目标,对地域上互不相连的多个村庄进行同步治理。(3)通过建设集中的大型污染防治设施,利用其辐射作用,解决周边村庄的环境问题。该模式适用于污水排放量较大、人口密度大、远离城镇的地区。该处理模式,与污水处理站类似,通常采用生物与生态组合处理等工艺形式。

沼山镇采取“五村”环境连片,集中处理生活污水,实现肥田目标,卫生饮水合格率达到98%, 清洁能源普及率达85%。

2.3 纳入城镇排水管网模式

城镇近郊区的农村,经济条件较好,能直接接入市政污水管道的生活污水,可选择纳入城镇污水管网,进行统一集中处理。该方法具有投资省、施工周期短、见效快和统一管理方便等优点。

据统计,截止2011年底,浙江义乌市60%的农村污水已纳入污水处理厂处理,人居环境得到很大改善。

3 农村生活污水单元处理技术

近年来,农村生活污水处理工艺各异,但都是各单元处理技术的不同组合。农村污水处理实用技术包括化粪池、污水净化沼气池、普通曝气池、序批式生物反应器、氧化沟、生物接触氧化池、人工湿地、土地处理和生态塘等。根据受纳水体功能要求,结合农村地区经济状况、基础设施、自然环境条件完备情况和排水去向等,选择适合当地的处理技术。

3.1 预处理技术

农村生活污水来源多且分散,建议遵循雨污分流原则。雨水通过管道或排水沟单独收集,然后直接排入生态系统进行处理或灌溉农田等。生活污水的收集和预处理,建议保留化粪池或村民门口附近的坑塘。化粪池不仅可以起到收集污水的作用,同时还可以通过微生物新陈代谢作用除去部分有机质。

于慧卿等开发了新型化粪池,工艺流程为分离池-腐化池-酸化池-氧化池-排放。该工艺无动力、低能耗、占地面积小、出水水质好。但是化粪池存在清掏困难、产生恶臭气体和堵塞管道等缺点。四川的排水主管部门建议用格栅沉砂池代替化粪池,在污水接入市政管网之前起到清除大的杂物和防止堵塞的预处理作用,而污水的可生化性并不受到影响,对村民门口附近的坑塘进行合理的改造,可以较容易实现这一目标。

青志鹏等设计了格栅沉砂池预处理装置,清除大的杂物和沉砂,不仅取得了较好的效果,而且降低了建设成本。

3.2 生物处理技术

生物处理技术是利用微生物的代谢作用,使污水中呈溶解态或胶体态的有机污染物转化为稳定的无害物质。农村生活污水有机物含量相对偏高,有毒有害物质含量少。处理工艺常常以生物处理为核心。目前生物单元处理生活污水技术已经较成熟, 而且很多新型工艺不断被研制出来。生物处理技术包括厌氧处理、好氧处理2大类。

3.2.1 厌氧生物处理技术

厌氧生物处理技术无需曝气充氧,产泥量少,是一种低成本、易管理的污水处理技术,能够满足农村生活污水处理的技术要求。农村污水处理中常见工艺有厌氧生物滤池和复合厌氧处理技术。

3.2.1.1 厌氧生物滤池

厌氧生物滤池是密封的水池,池内放置填料,污水从池底进入,从池顶排出。该工艺能耗少,操作简便,处理能力较强,滤池内可以保持很高的微生物浓度,不需另设泥水分离设备,出水SS较低。存在问题是滤料费用高,滤料容易堵塞,生物膜很厚,须严格控制进水悬浮固体浓度。马传军等在春季低温条件下采用牡蛎贝壳为滤料,研究厌氧生物滤池处理生活污水效果。结果表明,污水温度为14〜16°C,进水COD浓度为500〜600mg/L, HRT为14h时,COD去除率可达83%。

3.2.1.2复合厌氧处理技术

复合厌氧处理技术结合了厌氧污泥床反应器和厌氧生物滤池2种反应器的优点,用于处理集中居住区生活污水的新技术。该技术处理效果好、能耗少、运行费用低、操作管理方便。上海市政工程设计研究总院利用厌氧处理组合工艺模式针对上海农村生活污水所开发的复合厌氧反应器处理效果良好。

3.2.2 好氧生物处理技术

好氧生物处理技术是在有氧条件下,利用好氧微生物(包括兼性微生物)的作用对污染物进行处理的方法,去除率可达到90%以上,一般比较 适合经济条件较好或对出水要求较高的村庄。适合农村生活污水处理的好氧工艺有生物转鼓、生物转盘、SBR、生物滤池、氧化沟等。

3.2.2.1 生物接触氧化池

生物接触氧化池是生物膜法的一种。该技术将污水浸没全部填料,氧气、污水和填料三相接触过程中,通过填料上附着生长的生物膜去除污染物。生物接触氧化池操作管理方便,比较适合农村地区使用。

日本针对分散式农村污水开发的净化槽,其好氧单元采用了生物接触氧化技术。我国在一些用地受限、冬季气温较低、经济条件较好或出水要求较高的镇村,已研究应用了生物接触氧化技术,如广州市萝岗区埔心村、江苏泰州戴南镇董北村和赵家村、宁夏平罗县渠口乡等。

3.2.2.2 SBR

序批式活性污泥法(SBR)也称间歇性活性污泥法,集调节池、曝气池、沉淀池为一体,不需设污泥回流系统。该工艺操作方便、节省投资、效果稳定,污泥不易膨胀,耐冲击负荷强及具有脱氮除磷能力,适于经济较为发达、用地紧张、水量变化大和需要较高出水水质的农村中小型生活污水处理。

张冰等设计类一体化空气提升SBR处理低C/N农村生活污水,出水COD、NH/-N、TN和TP水质指标均可满足GB18918—2002的二级要求。闫立龙等以稻壳为载体的SBR对有机物和氨氮的去除率分别为90.46%和95.64%,表现出良好的同步硝化一反硝化特性。浙江省温州市瓯海区南白象金竹村采用SBR法处理生活污水,工程运行2a的监测结果表明,出水COD、BOD5、NH3-N和TP的去除率分别达到80.0%、93.3%、90.1%和91.1%,总体运行效果稳定。

3.2.2.3 曝气生物滤池

曝气生物滤池简称BAF,是集生物膜法与活性污泥法两者优点于一身的第3代生物滤池。BAF具有去除有机物、有害物质、脱氮、除磷的作用;占地面积小、基建投资少、能耗及运行成本低。

杨文澜等采用升流式曝气生物滤池对农村生活污水进行处理,研究表明,在HRT为3.2h、气水比为5:1的工艺条件下,CODcr、NH3-N、BOD5、SS均达到GB 8978—1996一级排放标准。

3.3 生态处理技术

生态处理工艺能够很好地结合广大农村地区的自然地理条件,如当地的废塘、滩涂、废弃的土地,因而基建投资低;运行过程无需投加药剂,运行费低;污泥产量少,适当处理还能够达到农业回用标准,减少了2次污染;工艺运行相对稳定,抗冲击负荷能力强,能够使污水稳定达标排放,出水可以直接回用于农田灌溉或农村杂用水。国内外用于农村生活污水处理的工艺主要有人工湿地、地下渗滤、人工快渗、生态塘。

3.3.1 人工湿地

人工湿地主体由土壤和按一定级别充填的填料等组成,并在床表面种植水生植物而构成一个独特的生态系统。国内外已经有很多成功实例。

桂双林等利用生物滤塔-人工湿地组合工艺处理农村生活污水,对有机物及氮、磷去除效果比较明显。

在欧洲应用较多的则是地下潜流系统,种植有芦苇、菖蒲、香蒲等湿地植物,此类系统趋向于近1000人口当量的乡村级社区二级处理。

3.3.2 地下渗滤

地下渗滤是将污水有控制地投配到距地表一定深度、具有一定构造和良好扩散性能的士层中,使污水在土壤的毛细管浸润和渗滤作用下,向周围运动达到净化目的。

上海市宝山区罗店镇张墅村采用地下渗滤系统处理生活污水,出水达到GB 18918—2002 一级B标准,且整个处理系统建造成本低,基本上无需维护。

3.3.3 人工快渗

在快速渗滤系统运行中,污水周期地向渗滤田灌水和休灌,在土壤层形成的厌氧、好氧交替运行状态有利于氮、磷的去除。

陈鸿汉等采用三级串联人工快渗系统处理生活污水,COD和氨氮平均去除率分别为79.65%和94.47%,出水达到GB 18918—2002 一级A排放标准。

3.3.4 生态塘

生态塘是从氧化塘发展而来的污水生态化处理技术,主要进行污水的二级深度处理。它是利用水体自然净化能力处理污水的天然或人工池塘,在太阳能作为初始能源的推动下,借助菌藻共生强化系统去除有机物,以水生植物和水产、水禽的形式作为资源回收,净化的污水也可作为再生水资源予以回收利用,实现污水处理资源化,是生态处理的发展方向。李旭东等采用高效藻类塘系统处理太湖地区农村生活污水,COD的平均去除率在70%以上,氨氮的平均去除率高达93%,磷的平均去除率为55%。

生态处理技术处理农村污水的优缺点见表2。


4 农村生活污水组合处理工艺

在农村生活污水处理中,单元技术往往都有一定局限性。

目前,国内外由不同技术组合而成的农村生活污水处理工艺形式很多,主要分为4种:“厌氧+生态”工艺、“好氧+生态”工艺、“厌氧+好氧”工艺和“厌氧+好氧+生态”工艺。目前生活污水处理工艺较成熟,各种一体化设备、组合处理技术很多,但我国农村生活污水因其比较分散, 规模较小且不易集中,使其处理不能延用和照搬大、中型规模城市污水处理工艺及设计参数,造成工程投资和运行费用过高。

农村生活污水的处理技术必须遵循“低投资、低能耗、简便、高效”的原则,采用智能化、傻瓜化的运行方式。

日本早在20世纪60年代初兴起一种处理中小型分散生活污水的一体化净化槽技术,对改善当时的乡村水环境起到重要作用。

澳大利亚近几年开发出一种“过滤、土地处理与暗管排水相结合的污水再生利用系统”称之为“Filter”技术,集污水处理与农田灌溉需求为—体。

根据报道,目前欧洲和北美有20%〜30%的人口利用小型污水处理系统处理乡镇生活污水,工艺多为改进型氧化沟、A/A/0及其变形等组合工艺。我国农村生活污水处理起步较晚,但发展速度很快。

我国部分农村生活污水处理示范工程运行情况见表3。

5 结语

目前,农村生活污水已经成为农村主要污染源。随着环境污染的加剧,农村已成为我国环境整治的新阵地。

因此,应根据村庄所处地域、人口规模、聚集程度、地形地貌、排水特点及排放要求,结合当地经济承受能力等,采用适宜的污水收集和处理模式进行农村生活污水处理。

靠近城市的城镇或村庄生活污水可以并入城市集中式污水处理厂,远离城市的村庄因其独立性和分散性等特点,可以灵活组合生物+生态处理技术,如“化粪池+潜流式人工湿地”工艺的庭院式污水处理技术或“强化一级处理+生物处理+人工强化生态净化”工艺的分散式处理技术等。

因地制宜,选择合适的工艺,做到“建得起、用得起、管得好”应注重设备美观化,综合生态效益和环境美学效应也是发展趋势。

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