我国农村生活污水处理技术评析.doc

我国农村生活污水处理技术评析何新生1, 耿颖2, 徐洪斌2, 孙震宇1（1河南省环境保护科学研究院 河南 郑州 450003； 2.郑州大学水利与环境学院，河南郑州450001）摘要：我国农村居住分散，经济条件差别较大，污水管网和污水处理设施建设滞后；农村生活污水的水质水量也各不相同，污水处理工程的建设需根据当地环境和自然条件现状、经济承受能力等条件因地制宜进行。水解酸化、接触氧化、塘系统、蚯蚓滤池、地埋式一体化曝气设备、土壤渗滤、人工湿地等各具特点，污水处理工艺的选取可根据各自特点和实际情况单独或结合使用，实现农村生物污水的低费运行和污染治理的双重目标。关键词：农村生活污水 处理工艺 低费运行Comment on Village Sewage Treatment Process in Rural AreaHE Xin-sheng1, GENG Ying2, XU Hongbin2, SHUN Zheng-yu1(1.Henan Insititute of Environmenal Science, Zhengzhou, Henan ,450004; 2.School of Environment and Water Conservancy, Zhengzhou University, Zhengzhou Henan ,450001)Abstract: The scattered rural villages in China differs widely in levels of economial development.The construction of sewer and sewage treatment can not keep up with requertment for the water protection. A series of factors, such as the local environment stituation, the natural conditions and economical affordability and so on, should be taken into accouted. Hydrolytic acidification, contact oxidation, lagoon system, earthfiltration, , underground integrated aeration units, subsurface infiltration, constructed wetland all are appropriate for village sewage treatment. Every of these techniques has its respective advantages and disadvanges. To realise the village sewage treatment at low cost and effectively, one or several conbined techniques can be applied.Keywords: Village Sewage, Sewage Treatment Process, Low Cost 1. 概述我国地域面积广，农村人口居住分散，基础设施建设滞后。目前大多数农村，尤其是在经济欠发达地区，基本没有排水渠道和污水处理系统，大部分生活污水都随意排放，直接进入河流，或排出室外空地后任意渗入地下，少部分经化粪池简单处理后渗入地下，严重污染河水和井水，危及农村地区的饮用水供水安全，农村生活污水已成为目前农村地区的主要污染源之一。农村污水处理工作难度大，存在着诸如资金短缺、环保意识落后、技术管理水平较低、缺乏适合我国农村地区实际情况的生活污水处理工艺等许多困难和问题。国家水污染重大科技专项：沙颍河流域面源污染控制关键技术研究与示范（2009ZX07210-004）资助我国“十一五”规划提出了建设社会主义新农村的重大历史任务，并明确了“生产发展、生活宽裕、乡风文明、村容整洁、管理民主”的建设目标，加强农村生活污水的处理，既是社会主义新农村建设的重要内容和组成部分，也是改善农村生态环境和防治农业面源污染的重要措施。加强农村生活污水收集、处理与资源化设施建设，这不仅是新农村建设的需要，也是避免农村水体、土壤和农产品污染，确保农村环境安全和农民身心健康的重要举措。我国在太湖、滇池的污染治理等项目的研究中曾对农村污染治理技术进行了开发和工程示范，近期实施的国家水污染重大科技专项等也对农村污染治理进行重点研究和工程示范，鉴于我国农村的地域特征、自然条件、生活习惯、经济承受能力等千差万别，农村污水不仅在水质方面有别于城市污水，在排水水量上也差别很大，农村污水处理工艺的选取应根据不同的实际来选用污水处理工艺。2. 农村生活污水特征2.1水质农村生活污水水质与农村的地理环境、经济发展水平、生活习惯等多种因素有关，根据已有的调查数据，相对于城市污水，农村生活污水COD、氮、磷等营养物含量较高，一般不含有有毒物质，不同时段的水质也略有不同。我国西南及东部地区的典型污水水质见表1。表1 我国部分地区农村生活污水水质水量统计Tab1 Statistacal values of quantity and quality of village sewage in some district of China用水量L/人.d排水量L/人.d水 质CODmg/LBODmg/LSSmg/LTKN/NH3-Nmg/LT-Pmg/L太湖地区70110257035077020040017530030402.53.5西南地区2050400200300305.01.2水量农村的生活污水量都比较小，变化幅度大，一日之中在上午、中午、下午都有一个高峰时段，夜间基本不外排废水。高峰时段的出现与季节、当地农村的生活习惯等因素有关。3. 农村生物污水处理工艺我国农村生活污水污染物浓度高、水量小、水量的时变化系数大，污水处理工艺的选取不仅要依据经济承受能力、管理水平、投资、占地面积等因素，还有充分考虑农村生活污水的特征。首先需要设计较大水停留时间的调节池以平衡和缓冲水质水量对污水处理系统的冲击；其次由于污染浓度高，可以选择水解酸化预处理，再结合好氧曝气、生物滤池、氧化塘、人工湿地等，实现农村生活污水的有效治理。3.1 水解酸化水解酸化是厌氧过程的第一阶段，水解酸化可以在短时间内和相对较高的负荷下获得较高的悬浮物去除率，并可将难降解的有机大分子分解为易降解的有机小分子，可大大改善和提高废水的可生化性和溶解性。与传统厌氧工艺相比，水解酸化工艺不需要密闭池，也不需要复杂的三相分离器，出水无厌氧发酵的不良气味；跟好氧工艺相比，该工艺具有能耗低的优点。近年来，水解酸化越来越广泛地用于中等浓度工业废水的预处理。水解酸化用于农村生活污水的缺点在于出水水质达不到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918- 2002）一级标准，但是采用水解酸化后可以大大简化后续生物处理，酸化出水再经过人工湿地处理后可以到要求的水质标准，同时能够减小人工湿地直接处理生活废水的堵塞风险。水解酸化应用的关键问题在于如何实现反应器（池）足够的污泥浓度、泥水的充分混合和泥水的有效分离，这三个因素直接决定着水解酸化处理效果的好坏。3.2 生物膜或活性污泥农村生活污水好氧处理的方法很多如SBR、A/O工艺、接触氧化等。接触氧化由于运行维护简便因而最为常用。接触氧化是在填料表面上培养微生物，形成生物膜，并采用与曝气池相同的方法向微生物供氧，污水流过时与填料上的生物膜接触，通过微生物的新陈代谢作用降解污水中的污染物从而达到净化的目的。生物接触氧化工艺占地面积小、处理负荷高、污泥产量少、抗冲击能力强、维护管理简便。生物接触氧化工艺对冲击负荷有较强的适应能力，在间歇运行条件下仍能保持良好的处理效果，对于水量不均匀的农村生活污水处理更具有实际意义。但是无论是采用接触氧化还是其他的SBR工艺，要使农村污水的氮磷等指标达标国家规定的污水排放标准尚有一定的难度。然而对于农村生活污水来说生物接触氧化工艺的投资和运行费用偏高，所以此工艺适合于农村污水水量大、我国南方及东部城市化速度快、比较富裕的能够从经济和运行方面接受类似于城市污水处理工艺的农村推广应用。3.3 塘处理系统塘系统的污水净化过程类似与天然水体的自净过程，主要通过在污水中存活的微生物的代谢活动和塘内水生植物及多种生物的共同作用，使有机污染物得到降解。通过在塘中种植水生作物，进行水产和水禽养殖，形成人工生态系统。在太阳能的推动下，通过生态塘中多条食物链的物质迁移、转化和能量的逐级传递、转化，将进入塘中的有机物和营养物进行降解和转化。最后不仅去除污染，而且以水生作物、水产的形式作为资源回收，净化的污水也作为再生水资源予以回收利用，使污水处理与利用结合起来，实现污水的资源化。塘系统具有基建投资省、年运行费用低、管理维护方便、运行稳定可靠等诸多优点，不足之处就是地面积大、污水处理效果受季节、气温、光照等自然因素影响较大且处理效果不够稳定；随着研究的深入，开发出了多种高效塘处理工艺，在一定程度上弥补了传统稳定塘的不足之处。（1）高效藻类塘 高效藻类塘是对传统稳定塘的改进，其充分利用菌藻共生关系，对污染物进行处理。正因其最大限度地利用了藻类产生的氧气，内的一级降解动力学常数值比较大，故称之为高效藻类塘。高效藻类塘较传统的稳定塘停留时间短，占地面积少，建设容易，维护简便，基建投资少，运行费用低。（2）水生植物塘 利用高等水生植物主要是水生维管束植物提高稳定塘处理效率，控制出水藻类，除去水中的有机毒物及微量重金属。研究表明，生长速度最快和改善水质效果最好的水生维管植物有水葫芦、水花生和宽叶香蒲。（3）组合塘工艺 将单塘改造成多级串联塘，其流态更接近于推流反应器的形式，从而减少了短流现象，提高了单位容积的处理效率。由于不同的水质适合不同的微生物生长，串联稳定塘各级水质在递变过程中，会产生各自相适应的优势菌种，因而更有利于发挥各种微生物的净化作用。3.4 蚯蚓生态滤池蚯蚓生态滤池是根据蚯蚓具有提高土壤通气透水性能和促进有机物质的分解转化等功能而设计是一种既可高效、低能耗地去除城镇污水中的污染物质，又大幅度降低了剩余污泥处理和处置费用的全新概念的污水处理工艺。它集物理过滤、吸附、好氧分解和污泥处理等功能于一身，利用滤料截留、蚯蚓和微生物分解利用污水、污泥中的有机物和营养物质、并具有促进含氮物质的硝化与反硝化作用。生态滤池基本不外排剩余污泥；通过蚯蚓的运动疏通和吞食增殖微生物，解决传统生物滤池所遇到的堵塞问题。但由于蚯蚓的生活习性受温度影响明显，低于或高于一定温度会冬眠或夏眠，故在蚯蚓冬眠或夏眠时处理效果不是很理想滤池的填料易发生堵塞。采用蚯蚓生物滤池处理生活污水，蚯蚓生物滤池出水可达相应的农田灌溉标准。3.5 地埋式一体化设备地埋式一体化设备是依照传统的城市污水处理工艺，依据污水处理能力的不同将各个处理单元如调节池、水解池（缺氧池）、好氧池（接触氧化或活性污泥、自然通风）、二沉池等一体化建设并埋入地下的污水处理设备。这类设备多为环保设备供应商针对不同用户需求而开发成套设备。作者曾调查过采用地埋式一体化污水处理设备的数个高速公路开发区污水处理系统，没有一个能够正常运行，要么地上控制柜被盗或被认为损毁，要么是地下设备如鼓风机、水泵在雨季或操作不当进水后被破坏而废弃。一体化设备并不节能埋于地下反而会带来不必要的麻烦，管理水平较高的高速公路运行商的污水处理系统尚且如此，将来在我国广大农村推广地埋式一体化设备的前景应该是不容乐观。3.6 土壤地下渗滤土壤地下渗滤处理系统是日本开发的一种浅层土壤处理系统。将污水有控制地投配到具有一定构造和良好扩散性能的土层中，利用土壤毛细管浸润扩散原理，通过生态系统的物质循环和能量流动，逐级降解、净化。投配污水缓慢通过布水管周围的碎石和砂层，在土壤毛管作用下向附近土层中扩散。表层土壤中有大量微生物，作物根区处于好氧状态，污水中的污染物质被过滤、吸附、降解。污水中的氮、磷等营养物质供给地表绿地植物生长需要，由于水、肥充足和经常适量供给，所以绿地植物生长良好，生长期长。地下渗滤系统具有不影响地面景观、基建及运行管理费用低、运行管理简单、氮磷去除能力强、处理水质好、可用于污水回用等特点。而且还能够利用污水中的水肥资源，把污水处理与绿化相结合，美化和改善区域生态环境。土壤堵塞是地下渗滤处理系统存在的主要问题。土壤堵塞的表现是土壤渗透性能下降，局部易形成短流，出水水质变差。地下渗滤系统负荷率低，以土壤为介质时，占地面积较大。因此研究渗透性较高并具有较好生物活性的填充介质是土壤地下渗滤系统发展和应用的关键。3.7 人工湿地人工湿地指模拟自然湿地，人工设计建造的由填料、植物、动物、微生物等组成的统一体，人工湿地是利用自然生态系统中物理、化学和生物的共同作用来实现对污水的净化。人工湿地系统通常是在一定长宽比及底面有坡度的洼地中，由土壤或填料（如卵石等）组成填料床，污染水可以在床体的填料缝隙中曲折地流动（潜流型），或在床体表面流动（表面流型）。同时，在床体表面种植具有耐污性能好、易成活的水生植物（如芦苇等），形成一个独特的动植物生态环境，对污染水进行处理。湿地填料表面和植物根系中存在大量的微生物，形成生物膜，废水流经湿地时，悬浮物被填料及根系阻挡截留，有机质通过生物膜的吸附及同化、异化作用得以去除。湿地系统中因植物根系对氧的传递释放，使其周围的微环境中依次呈现出好氧、缺氧和厌氧状态，保证了废水中的氮、磷不仅能被植物及微生物作为营养成分直接吸收，还可以通过硝化、反硝化作用及微生物对磷的积累作用从废水中去除，最后通过湿地基质的定期更换或植物收割使污染物质最终从系统中去除。由于各地的气候条件、湿地规模、负荷率、几何布置、植物种类构成及废水的构成等变化很大，因而对人工湿地很难有统一的设计和运行参数。在大量人工湿地填料和植物选择研究的基础上