（环境科学专业论文）地下渗滤系统处理农村生活污水的研究.pdf

l i i i i ii ii ii iii i ii iii iiil 南开大学学位论文使用授权书y 1 8 14 2 8 7 根据南开大学关于研究生学位论文收藏和利用管理办法，我校的博士、 硕士学位获得者均须向南开大学提交本人的学位论文纸质本及相应电子版。 本人完全了解南开大学有关研究生学位论文收藏和利用的管理规定。南开大 学拥有在著作权法规定范围内的学位论文使用权，即：( 1 ) 学位获得者必须 按规定提交学位论文( 包括纸质印刷本及电子版) ，学校可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存研究生学位论文，并编入南开大学博硕士学位论文全文数据 库；( 2 ) 为教学和科研目的，学校可以将公开的学位论文作为资料在图书馆等 场所提供校内师生阅读，在校园网上提供论文目录检索、文摘以及论文全文浏览、 下载等免费信息服务；( 3 ) 根据教育部有关规定，南开大学向教育部指定单位提 交公开的学位论文；( 4 ) 学位论文作者授权学校向中国科技信息研究所和中国学 术期刊( 光盘) 电子出版社提交规定范围的学位论文及其电子版并收入相应学位 论文数据库，通过其相关网站对外进行信息服务。同时本人保留在其他媒体发表 论文的权利。 非公开学位论文，保密期限内不向外提交和提供服务，解密后提交和服务同 公开论文。 论文电子版提交至校图书馆网站：h t t p ：2 0 2 1 1 3 2 0 1 6 1 ：8 0 0 1 i n d e x h t m 。 本人承诺：本人的学位论文是在南开大学学习期间创作完成的作品，并已通 过论文答辩；提交的学位论文电子版与纸质本论文的内容一致，如因不同造成不 良后果由本人自负。 本人同意遵守上述规定。本授权书签署一式两份，由研究生院和图书馆留存。 作者暨授权人签字：挫鏖强 2 0 1 0 年6 月2日 南开大学研究生学位论文作者信息 论文题目 地下渗滤系统处理农村生活污水的研究 姓名郑彦强学号 2 1 2 0 0 7 0 4 1 6答辩日期 2 0 1 0 年5 月3 1 日 论文类别博七口学历硕士囹硕士专业学位口高校教师口同等学力硕士口 院系所 环境科学与工程学院 专业环境科学 联系电话0 2 2 2 3 5 0 4 3 6 2e m a i l y q z h e n g 19 8 5 16 3 c o r r l 通信地址( 邮编) ：南开大学环境科学与工程学院 备注：是否批准为非公开论文 否 注：本授权书适用我校授予的所有博士、硕士的学位论文。由作者填写( 一式两份) 签字后交校图书 馆，非公开学位论文须附南开大学研究生申请非公开学位论文审批表。 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所 取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包 含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所 涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：塑鏖强2 0 1 0 年6 月2 日 非公开学位论文标注说明 根据南开大学有关规定，非公开学位论文须经指导教师同意、作者本人申 请和相关部门批准方能标注。未经批准的均为公开学位论文，公开学位论文本 说明为空白。 论文题目 申请密级口限制( 2 年)口秘密( 1 0 年)口机密( 2 0 年) 保密期限 2 0 年月日至2 0年月日 审批表编号批准日期 2 0 年月 日 限制2 年( 最长2 年，可少于2 年) 秘密1 0 年( 最艮5 年，可少于5 年) 机密2 0 年( 最k1 0 年，可少于1 0 年) 摘要 摘要 随着农村社会经济的快速发展，农村生活污水的污染也越来越严重，给农 村居民环境带来了严重的隐患。农村生活污水还会带来面源污染，威胁到当地 地表水及饮用水的质量。因此发展农村生活污水治理技术成为当前农村环境保 护、建设社会主义新农村的一项重要工作。 农村生活污水的治理应该走分散式处理的模式，因地制宜选择适合当地经 济发展水平的处理设施。地下渗滤系统是分散式污水土地处理方式的一种，它 不但出水水质稳定，在北方的冬季也可以正常运行，并避免了蚊蝇滋生等卫生 隐患，是一种适合北方农村应用的污水处理方法。 本研究在天津武清区一农村新建小区构建了地下渗滤系统，两个并行的地 下渗滤系统，填充介质选用土壤、陶粒、炉渣和两种自然有机质，按5 ：2 ：2 ： 1 的比例配置的人工土层，在水力负荷为1 0e m d 下运行。另外本研究还在室内 用模拟土柱对系统的去除机理进行了简单研究。主要结论如下： ( 1 ) 现场地下渗滤系统对污水中各种主要污染因子均有一定的去除效果， 在进水c o d 和c n 较低的不利条件下，c o d c r 、t p 、n h 3 - n 、t n 、s s 均得到 有效去除。其中添加锯末的1 号渗滤系统对c o d c r 、b o d 、t p 、n h 3 - n 、t n 、 s s 的去除率分别达到3 6 ，7 8 8 ，6 3 ，5 8 ，5 7 3 ，8 5 2 ，添加腐熟牛 粪的2 号渗滤系统的去除率分别达到4 1 4 ，8 2 4 ，5 1 ，6 8 ，7 0 6 ，8 3 ， 出水中各项污染指标平均浓度均达到城镇污水处理厂污染物排放标准中的 一级a 标准；总体上看，地下渗滤系统作为农村生活污水的处理设施有很好的 应用前景。 ( 2 ) 室内模拟土柱试验表明，基质表层的微生物含量较为丰富，细菌、真 菌、放线菌的数量比下层要高出1 2 数量级。氨化细菌和硝化细菌也表现出同 样的空间分布规律。作为兼性厌氧菌，反硝化细菌的数量则是底层的相对要高 于表层，并且各层之间的差别不明显。 ( 3 ) 基质表层的过氧化氢酶、脲酶活性要高于下层，这与微生物的含量表 现出一致的关系。而各层之间磷酸酶的活性则没有明显差异。 ( 4 ) 系统对c o d c r 、n h 3 n 、t n 的去除主要发生在基质表层，表现出与 捅要 生物量和酶活性较为一致的规律。其中c o d c r 主要通过微生物的降解和基质的 吸附截留而去除。n h 3 - n 则通过吸附和硝化作用去除。对于t n 则是通过在系 统内部的硝化和反硝化作用而加以去除。t p 的去除则可能主要依赖于基质的吸 附和化学沉淀作用。 关键词：地下渗滤系统农村生活污水微生物酶活性 i i a b s t r a c t s t u d y o nt h et r e a t m e n to fr u r a l s e a w a g e w a s t e w a t e rb ys u b s u r f a c ei n f i l t r a t i o ns y s t e m a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fr u r a ls o c i e t ya n de c o n o m y ，s e r i o u sw a t e r p o l l u t i o na r o u s e db yr u r a lw a s t e w a t e rh a sb e c o m es e r i o u sa n ds e r i o u s ，l e a d i n gt o d e t e r i o r a t i o no fr u r a le n v i r o n m e n t b e s i d e s ，r u r a ls e a w a g ew a s t e w a t e ri so n eo ft h e m a i ns o u r c eo fn o n p o i n tp o l l u t i o n s ，w h i c hi st h er e a s o no fl a k e se u t r o p h i c a t i o na n d d e t e r i o r a t i o no fu n d e r g r o u n dw a t e r ，h e n c e ，d e v e l o p i n gr u r a ls e a w a g ew a s t e w a t e r t r e a t m e n tt e c h n o l o g yi sa nu r g e n ti s s u et op r o t e c tr u r a le n v i r o n m e n ta n dt oc o n s t r u c t n e wr u r a la r e ao fs o c i a l i s m r u r a ls e a w a g ew a s t e w a t e rt r e a t m e n ts h o u l df o l l o w “s c a t t e r e d p a t t e m ，w h i c hi s a d a p tt ol o c a lc o n d i t i o n sa n de c o n o m i cl e v e l s u b s u r f a c ei n f i l t r a t i o nw a s t e w a t e r s y s t e mi so n eo fl a n d b a s e dw a s t e w a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g i e s ，b e i n gc o s t e f f e c t i v e c o m p a r e dt oo t h e rt e c h n o l o g i e s s u b s u r f a c ei n f i l t r a t i o nw a s t e w a t e rs y s t e mc a nb e lu l li nw i n t e ra sw e l la si no t h e rs e a s o n ss i n c ei t sm a i lb o d yi su n d e r g r o u n d ，a n d m o r e o v e r ，i tc a na v o i db r e e d i n go fm o s q u i t o e s i nc o n c u l u s i o n ，i ti sj u s ts u i t a b l ef o r a p p l i c a t i o ni nr u r a la r e a so f n o r t h e r nc h i n a i nt h i ss t u d y ，t w op a r a l l e ls u b s u r f a c ew a s t e w a t e ri n f i l t r a t i o ns y s t e m sw e r e c o n s t r u c t e da tav i l l a g ei nw u q i n gd i s t r i c t ，t i a n ji n ，a n dt h e i rc a p a c i t yt ot r e a tr u r a l s e w a g ew a so b s e r v e d t h eh y d r a u l i cl o a d i n go ft h es y s t e mw a s10c r r d d s o i l ，s h a l e ， s l a ga n dt w od i f f e r e n tn a t u r a lo r g a n i cm a t e r i a l sw e r em i x e dw i t ht h ep r o p o r t i o no f 5 ：2 ：2 ：1a st h ea c t i v ep a c k i n gm e d i af o rt h es y s t e m b e s i d e ，al a b s c a l es o i lc o l u m n w a ss e tu pt os t u d yt h et r e a t m e n to fw a s t e w a t e ri no r d e rt oe x p l a i nt h em e c h a n i s m t h ef o l l o w i n gr e s u l t sw e r ea c q u i r e d ： ( 1 ) t h ef i e l dd a t as h o w e dt h a tu n d e rt h eu n f a v o r a b l ew a t e rp a r a m e t e r so fl o w c a r b o ns o u r c ea n dc n ，t h eb o d 5 ，c o d e r 、t o t a lp h o s p h o r u s ，a m m o n i an i t r o g e n ， t o t a ln i t r o g e na n dt o t a ls u s p e n d e ds u b s t a n c e sw e r ea l lr e m o v e de f f i c i e n t l y ，a n dt h e a v e r a g eo fe a c hi t e mi nt h ee f f l u e n tc o u l dm e e tt h eg r a d ea o ft h ef i r s ts t a n d a r do f n a t i o n a ld i s c h a r g es t a n d a r do fp o l l u t a n t sf o rm u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n t i i i a b s t r a e t p l a n to f c h i n a t h er e m o v a lr a t e so f c o d e r 、b o d 、t p 、n h l n 、t n 、s si nt h e1 吼 s y s t e m ( w i t hs a wd u s ta c t i n ga st h eo r g a n i cm a t t e r ) u s i n gs a w d u s ta so r g a n i c m a t e r i a lc o u l dr e a c h3 6 ，7 8 8 ，6 3 ，5 8 ，5 7 3 ，8 5 2 ，r e s p e c t i v e l y ；a n df o r t h e2 们s y s t e m ，w h i c hu s e dd e c o m p o s e dc o wm a n u r e a st h eo r g a n i cm a t t e r ，t h e r e m o v a lr a t e so f c o d e r 、b o d 、t p 、n h 3 n 、t n 、s sr e a c h e d4 1 4 ，8 2 4 ，5 1 ， 6 8 ，7 0 6 ，8 3 c o n c l u s i v e l y t h es u b s u r f a c ew a s t e w a t e ri n f i l t r a t i o ns y s t e mh a d ag o o df i e l dp e r f o r m a n c ea n di ti sa p r o m i s i n gt e c h n i q u e i nr u r a la r e a ( 2 ) c o m p a r i n gt h en u m b e ro fm i c r o b e s i nt h ep r o f i l e o ft h es o i lc o l u m ni n l a b o r a t o r ye x p e r i m e n t ，b a c t e r i a , f u n g ia n da c t i n o m y c e t e se x i s t e dm a i n l yi nt h e s u r f a c el a y e r , t h en u m b e ro fm i c r o b e sb e i n git o2o r d e r so fm a g n i t u d eg r e a t e ra s c o m p a r e d t ob o t t o ml a y e r a m m o n i f y i n gb a c t e r i aa n dn i t r i f y i n gb a c t e r i aa l s o s h o w e dt h es a m es p a t i a ld i s t r i b u t i o n a sak i n do ff a c u l t a t i v eb a c t e r i a , d e n i t r i f y i n g b a c t e r i aw a sa b u n d a n ta tt h eb o t t o mt h a na tt h es u r f a c e ，h o w e v e r ，t h ed i f f e r e n c ew a s n o ts os i g n i f i c a n t ( 3 ) c a t a l a s e h i e a s ea c t i v i t yi nt h ep r o f i l ed e m o n s t r a t e dt h es a m eo r d e r 、i t h m i c r o b i a l ，w h e r e a sp h o s p h a t a s ea c t i v i t y d i s t r i b u t i o nd i dn o ts h o wo b v i o u s d i s t r i b u t i o np a t t e m ( 4 ) t h el a b - s c a l et e s ts h o w e dt h a tt h er e m o v a lr a t e so f c o d c r 、n h 3 一n 、t n d e c r e a s e ds h a r p l y 晰t ht h ei n c r e a s i n go fd e p t h ，s u g g e s t i n gt h e i rr e m o v a ld e p e n d s m u c ho nt h ea c t i v i t yo fm i c r o o r g a n i s m s c o d e rw a sr e m o v e dp r i m a r i l yb y m i c r o b i a ld e g r a d a t i o na n ds u b s t r a t ea b s o r p t i o n n h 3 - nw a sr e m o v e db ys o i l a b s o r p t i o na n dn i t r i f y i n g t h er e m o v a lo ft o t a ln i t r o g e nc o u l db ea t t r i b u t e dt o n i t r i f y i n ga n dd e n i t r i f y i n gb ym i c r o o r g a n i s m s t h et o t a lp h o s p h o r u sw a sr m o v e d m a i n l yb a s e do i lt h ea b s o r p t i o na n dc h e m i c a lp r e c i p i t a t i o n k e yw o r d s ：s u b s u r f a c ei n f i l t r a t i o ns y s t e m ，r u r a ls e w e a g ew a s t e w a t e r , p o l l u t i o n r e m o v a l ，m i c r o b e ，e n z y m a t i ca c t i v i t y i v 目录 目录 摘要一1 a b s t r a c t i i i 第一章前言1 第一节概述1 第二节农村污水特点及处理方法3 1 2 1 农村生活污水的特点3 1 2 2 集中式和分散式污水处理设施的比较4 1 2 3 分散式污水处理设施的分类与类型简介6 第三节地下渗滤系统的分类与研究利用现状1 4 1 3 1地下渗滤系统的主要类型1 4 1 3 2 地下渗滤系统处理技术的研究现状。1 5 第四节课题来源与主要研究内容1 7 1 4 1 课题来源与研究目的一17 1 4 2 研究内容及技术路线一l8 第二章地下渗滤系统处理农村生活污水现场设计19 第一节前言一1 9 第二节工程设计2 0 2 2 1 工程设计原则。2 0 2 2 2 技术方案的初步确定2 0 第三节示范点基本信息2 1 2 3 1 气候与水质水量一2 1 2 3 2 工程设计2 2 v 目录 第三章地下渗滤系统处理农村生活污水的现场运行效果2 7 第一节引言2 7 第二节实验材料2 8 3 2 1 实验仪器和试剂2 8 3 2 2 水样的采集2 8 3 2 3 水样的测试方法一2 9 第三节结果与讨论2 9 3 3 1b o d 5 的去除效果分析2 9 3 3 2c o d e r 的去除效果分析3 0 3 3 3t p 去除效果分析3 l 3 3 4 n h 3 - n 去除效果分析3 2 3 3 5t n 去除效果分析3 3 3 3 6s s 去处效果分析3 4 3 3 7 系统进出水p h 的变化3 5 第四节本章小结3 6 第四章地下渗滤系统处理生活污水的机理探讨3 7 第一节前言。3 7 第二节室内模拟土柱的设计与启动3 8 4 2 1试验装置的设计与安装一3 8 4 2 2 污水来源及性质3 9 4 2 3 室内模拟十柱的启动4 0 第三节地下渗滤系统微生物生理群和酶活性研究4 l 4 3 1 地下渗滤系统中微生物类群和基质酶活性的空间分布4 2 4 3 2 基质微生物活性测定4 8 4 3 3 地下渗滤系统污染物沿程去除效果研究。5 0 第四节本章小结5 4 第五章结论与展望5 6 v i 目录 第一节研究结论5 6 第二节研究特色及创新点5 6 第三节研究展望一5 6 参考文献5 8 致谢。6 4 个人简历在学期间发表的学术论文与研究成果6 5 v i i 第一章前言 第一章前言 第一节概述 水是人类生存的基本条件，又是国民经济的生命线。随着经济的发展和社 会的进步，一方面人类对水的需求量和水的质量要求越来越高，另一方面，水 污染的范围和程度也越来越大。水资源需求的上升和实际供水量不足的相对矛 盾已成为制约社会、经济和环境可持续发展的重要因素。 我国水资源总量为2 8 1 万亿m 3 ，居世界第六位，但是人均水量只有2 2 0 0 m 3 ，仅为世界人均水平的3 0 左右，在世界1 4 9 个国家和地区排1 1 0 位，预 计到本世纪3 0 年代，将逼近国际上公认的人均1 7 0 0m 3 的严重缺水警戒线。加 上我国水资源的时空分布严重不均，水资源与人口、资源等的分布和经济发展 状况极不匹配，水资源对经济和社会发展的制约在今后一段时间内会更加严重。 当前，全国6 6 9 个城市中，有4 0 0 多个城市供水不足，其中有1 1 0 个城市严重 缺水，正常年份全国每年缺水量为4 0 0 亿m 3 【1 1 。而与此同时，工业生产和生活 污水的不断增加，导致水质性缺水现象的产生并日益加重，使原本就短缺的水 资源形势更加严峻，全国每年因缺水给工农业生产造成的损失就在3 5 0 0 亿元以 上，且呈逐年增长趋势。 我国每年的用水量为5 6 0 0 亿m 3 ，农业用水量为4 0 0 0 亿n ，占全国用水 量的7 0 ，其中灌溉用水占到9 0 ；保守估计，农村生活污水每年约9 0 亿吨， 人粪尿年产生量为2 6 亿吨，且用水量逐年增加，这些污水绝大多数没有经过 处理而随意向环境中排放，不但污染了环境，还造成一系列严重的后果：首先， 农村生活污水容易形成面源污染，对农村饮用水的安全构成严重威胁【2 j 。据统 计，全国因污染造成农村饮用水不安全人口达9 0 0 0 多万人。例如，承担着供应 北京、天津及河北省部分地区工农业用水和生活用水任务的密云水库，近年来 因为水库上游农村生活污水的排放，农业上化肥的使用造成小流域内呈富营养 化趋势，对水库水质构成了威胁【3 】。2 0 0 7 年5 月，江苏省无锡市水源地之一的 太湖梅梁湾西部水域出现了蓝藻巨变的情况，导致城区市民家中自来水水质恶 化，伴有难闻气味，无法正常饮用。事后有研究者表明，农村面源污染是导致 第一章前言 这一现象产生的重要原因。云南昆明市的污水处理率在全国位居i j 列，但紧邻 的滇池污染却始终无法从根本上解决，从2 0 0 8 年到2 0 2 0 年期间的1 3 个年头， 滇池治理投入将突破1 0 0 0 亿元，给国家造成了严重的经济负担，之所以产生这 种问题，跟当地的农业和农村面源污染是分不开的。面源污染导致湖泊水质下 降的问题在其它地区也经常发生【4 叫。其次，农村生活污水一方面会产生视觉和 其它方面的不良影响，一方面恣意排放的污水会滋生蚊蝇，传播疾病，威胁人 体健康；综上述所述，如果能够将生活污水转化为可以利用的水资源，如经过 处理后灌溉农田，不但可以避免其带来的负面效应，还可以一定程度上减少农 村水资源的用量，缓解用水紧张状态。并且可以预见的是随着农业用水量的下 降，尤其是农村生活用水量的增加，充分利用处理后的农村生活污水将带来更 加显著的经济和生态效益。 由于我国二元经济特征，环境保护工作从一开始就把重点放在大城市、大 工业和大工程上，而对农村环境问题往往不够重视，由此造成了城乡环境保护 的巨大差距。目前城市环境保护工作在政策支持、科学研究和资金投入等方面 均远远高于农村。大中城市环境保护设施已基本到位，而与此同时，农村环境 保护工作在先天不足的情况下，又面临着新的挑战。一是工业污染有向农村转 移的趋势；二是农村种养殖废弃物加剧环境恶化；三是生活污水没有得到有效 处理；四是旅游以及一些新开发项目产生的污染向农村转移。通过农家乐、度 假村等形式发展农村经济的同时，也带来了污染的产生和加剧，最终导致这些 环境恶化而相关产业资源受损和不可持续1 7 j 。 所以，加强农村环境保护，处理农村生活污水，是新农村建设的要求。它 要求我们在发展农村经济的同时，要注意吸收、借鉴城市发展过程中出现的经 验和教训，不能再走先污染、后治理的老路。应当充分认识到农村环境保护的 重要性和艰巨性。在建设和发展过程中要努力实现发展和环保的双赢互助、和 谐共进。同时，新农村建设当中要贯彻预防为主，源头控制的原则，努力将污 染物排放在源头就得到减少和处理，尽量避免其后续排放产生的不良影响i 引。 天津是我国北方重要的工商业中心城市，环渤海地区改革开放的前沿。随 着加快滨海新区开发开放重大战略的部署和实施，天津正致力于建设成为北方 经济中心，其必将在中国未来经济发展中发挥更加重要的作用。然而，水资源 短缺、水环境质量下降问题却严重困扰着天津的发展。 。天津市多年平均降雨量为5 7 5r e a l ，8 0 以上集中在雨季，时间分布非常 2 第一章前言 不均。海河上游的南运河、子牙河、北运河、潮白河、蓟运河的天然径流是天 津市的主要水源。但7 0 年代以来，由于河系上游对水资源的截流利用，导致了 天津严重缺水。全市年均开采地下水7 亿i n 3 ，年均超采2 1 亿i n 3 ，地下水超 采不但会形成地下漏斗，还会导致地面沉降，加之天津市沿海城市，地下水超 采还会导致海水倒灌，污染地下水，加剧水资源的短缺【9 j 。目前，天津市水资 源总量1 5 6 9 亿m 3 ，人均只有1 6 0m 3 ，为全国人均占有量的十六分之一，世界 人均占有量的五十分之一。水资源已经成为天津社会经济发展的重要约束性条 件之一【1 0 1 。 根据天津市总体规划，2 0 1 0 年在9 5 用水保证率的情况下，天津城镇 缺水总量1 6 1 6 亿m 3 ，农村缺水2 3 6 3 亿m 3 ，总缺水3 9 7 9 亿m 3 。因此采取 开源与节流并重的方针，缓解工农业用水短缺，对保证天津经济社会可持续发 展具有重要意义。为此，天津市在国内较早的启动了对再生水资源利用的研究 和实践，2 0 0 2 年1 0 月1 5 日，经市政府批准天津市发展计划委员会下发了引 发市计委关于中水会用项目相关政策扶持意见的通知津计基础( 2 0 0 2 ) 7 7 8 号文 件，该文件对进一步落实再生水用户，推广再生水资源的利用奠定了坚实的基 础。 农业灌溉是再生水利用中的一个重要途径，对降低农业用水量，缓解水资 源矛盾有重要意义。以农村生活污水为再生水来源，一方面可以缓解农业用水 短缺，避免原污水对环境和生产生活产生的不利因素；另一方面相对以城市生 活污水来说，又能就近利用，降低管网铺设等费用的产生。 第二节农村污水特点及处理方法 1 2 1农村生活污水的特点 农村生活污水主要来源于人粪尿( 有时包括畜禽粪尿) 、洗涤和洗浴废水以 及厨用后废水等。目前，我国大多数农村废水没有健全的排水管道，通常通过 阴沟直接渗入地下。而遇到雨天等突发情况，污水将随雨水等排入河流，造成 污染。并且随着农村人民生活水平的提高和生活条件的改善，农村生活用水的 排放量不断增加，到2 0 1 0 年，中国村镇污水排放量约为2 7 0 亿吨【1 1 j 。 不同于城市污水，农村生活污水有其自身特点，主要包括： 3 第一章前言 1 2 1 1水质特点 ( 1 ) 农村村镇人口较少，分布广泛且分散，污水收集能力差； ( 2 ) 农村生活污水浓度区域性差异较大，同一地点日变化系数也较大； ( 3 ) 相对工业源污水来说，大部分农村生活污水可生化性强，氮、磷含量 相对较高，并且水质波动大； ( 4 ) 排水管道不完善或管网设计不合理，雨污不分流，导致水质容易受地 面径流的冲击； ( 5 ) 随着生活水平的提高，农村生活污水中的成份也日趋复杂。 1 2 1 2 水量特征 ( 1 ) 一般农村的生活污水量都比较小，除小城镇外，农村人口居住分散， 相对于城市来说，单位面积上用水量相对较少，相应地产生的生活污水量就少； ( 2 ) 水量随时间的波动较大，首先是不同季节用水量不同，一般夏季用水 量要明显高于冬季；同一季节的一天内，居民生活用水规律也不同，一般来早 晚生活污水排放量比白天大，夜间排水量小，水量变化明显，即无水排放呈不 连续状态，具有变化幅度大的特点； ( 3 ) 在雨季，排放的生活污水水量还会受到降雨影响而变大。 另外，根据实际调查和文献报导，农村供水制度和用水习惯也会很大程度 上影响生活污水的水质和水量变化【l 引。一般文献中报导农村生活污水的浓度较 高，c o d c r 达到2 0 0 6 0 0m g l ，b o d 达到1 0 0 3 0 0m g l t l 3 舶】，可生化性较好， 易于处理。但是也有文献报导，有些地区由于排放的生活污水中混入灌溉用水 或者雨水等其它低浓度水质，导致处理设施进水浓度过低【15 1 。这主要与当地用 水习惯和基础建设水平有关。例如，许多农村生活用水是免费提供的，导致水 资源浪费现象严重，同时会导致处理水质浓度的降低和水量的增加，对处理设 施的运行产生一些不利影响。 1 2 2 集中式和分散式污水处理设施的比较 污水处理设施在控制水环境污染方面发挥着重要作用，其布局规划是建设 与管理污水处理设施的一个关键问题，集中布局与分散布局一直是争论的焦点。 从国内外城市污水处理厂建设的发展历史来看，在人口密集的大中城市，大型 集中污水处理厂是建设的主体，我国大中城市也都建设了一些以大中型污水处 4 第一章前言 理厂为代表的集中式污水处理设施，这些设施对控制水环境污染发挥了重要作 用。 污水集中式处理设施，是指建立集中式管网收集体系和大型污水处理厂， 在此基础上再进行深度处理，然后回用于城市生活的各个方面，包括市政、绿 化、消防、景观等。传统的城市污水处理设施均采用这种方式处理污水。污水 集中处理能形成规模效益，便于对污水处理厂进行可靠且有效的管理和控制， 确保污水达标排放。 城市污水集中处理系统在发达国家已有近百年历史，各种工艺日益成熟， 管理水平也都较高，同时积累了成熟的运行经验。在德国，城市污水的接纳率 已经接近1 0 0 ，污水处理量大，污水处理效率高，处理效果好【l 引。新加坡在 全国建立了六个大型污水处理厂，所有家庭和工业废水都由分布在全国的1 3 4 个泵站收集后，通过长达2 4 5 0 公里的管道引入污水处理厂进行处理。1 9 8 9 年 新加坡的污水处理率就达到1 0 0 ，集中式污水设施的建立和运营使得该国迅 速变为一个绿树成荫、蓝天碧水的“花园之国”。 随着经济的发展和对环境保护的重视，我国的城市集中式污水处理设施也 得到了迅速发展，尤其是在发达地区，近些年相继建立了一批大型污水处理厂。 上海白龙港污水处理厂是亚洲最大规模的污水处理厂，最大处理能力达到每天 2 0 0 万m 3 ，项目总投资2 2 2 2 亿元，占地面积7 0 万m 3 。天津成阳路污水处理 厂是天津最大的污水处理厂，日污水处理能力达6 3 万吨，远期日处理能力将达 到6 3 万吨。并且该污水处理厂采用了大量新工艺、新技术。这些都说明我国的 污水处理设计和施工能力已经达到了一个很高的水平。 但是不可否认的是，与发达国家相比，我国污水处理系统建设速度虽快， 但仍存在许多问题，主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 资金筹措困难、资金对项目建设的制约较强：污水处理设施建设需要大 量资金投入，仅靠政府出资是难以实现的。同时，大型污水处理厂的运营费用 也相当高。若污水处理厂的收费不到位，投资者的投资得不到相应回报就不可 能带来大量的资金投入。换句话说，只有污水处理收费到位，才能带来足够的 资金，才能更好的将污水处理事业引入市场机制，资金筹措困难问题才能得到 有效解决。相应的污水处理设施才能顺利建设和投入运营。 ( 2 ) 污水收集系统建设滞后：许多地方建立了污水处理厂后很少使用，一 方面是由于资金困难，缺乏运行资金。另一方面是因为配套管网不健全，进入 5 第一章前言 污水处理厂的污水量少。 ( 3 ) 污水处理厂出水达标排放困难：造成污水处理厂尾水不能达标排放的 原因可能是多方面的。一方面，运行费用的不到位造成污水厂不能满负荷运行； 另一方面目前集中式污水处理厂采用的工艺很难满足城镇污水处理厂污染物 排放标准的要求，主要是深度处理能力不足，氮磷指标超标，而采用目前的 工艺脱氮除磷的成本也较高。 ( 4 ) 管理不力、人员素质有待提高：一方面，我国污水厂自动化程度不高， 运营效率较低；同时，一些污水处理厂操作人员技术素质及管理水平也不高， 这些都严重制约了污水处理厂的正常运营。 ( 5 ) 处理后污水利用费用高：许多缺水城市已经认识到要将处理后的污水 作为一种宝贵的水资源加以再生利用，但是集中式污水处理厂往往水量过大， 远离利用管道，一旦配套设施不到位就会导致再生水利用率降低，不利于水资 源的就地利用。 ( 6 ) 集中式污水处理厂在处理污水的同时，伴随着一些次生污染的产生， 甚至会给周围居民和环境带来严重的不利影响。集中式污水处理厂一般采用的 工艺均会产生大量的污泥，如果处置不力就会变成严重的次生污染源而污染环 境；另外，集中式污水处理厂还会产生大量恶臭性物质，影响周围的环境质量。 从上可以知道，尽管集中式污水处理方法可以发挥规模效应，取得良好的 运营效果，给大城市的污水处理提供保障。但是它自身也有一些难以克服的缺 陷，需要我们加以注意。在一些条件不成熟的地区过度依赖集中式污水处理设 施，很可能由于管理水平、人员素质、制度缺陷和社会环境等各方面的原因， 而最终导致污水处理设施不能良好的运转，发挥其应有的功效。 随着人们认识的加深，污水处理设施的建设有向小型化、分散化发展的趋 势，尤其是在一些小城镇和远离城镇的别墅区和以旅游业为主的渡假村都开始 兴建分散化的污水处理设施，以满足保护当地环境、促进相关产业良性运转的 需求。建设利用分散型的污水处理设施已经成为各方面的共识。 1 2 3 分散式污水处理设施的分类与类型简介 分散式污水处理系统按照规模大小还看可以细分为原位处理系统( o n s i t e s y s t e m s ) 和群集处理系统系统( c l u s t e rs y s t e m s ) 两大类。 6 第一章前言 1 2 3 1 原位处理系统( o n s i t es y s t e m ) 在西方发达国家，有些家庭住宅排出的污水，由于没有铺设大面积小区用 的污水管道或缺乏集中处理设施，可以构建一套小型通过自然系统或机械装置 来收集、处理、排放或中水回用，这种自然系统或机械装置即称原位处理系统。 常用的原位处理系统包括化粪池( s e p t i ct a n k ) 和沥滤场( 1 e a c hf i e l d s ) 。 1 9 世纪末就开始有人使用化粪池，后来污水处理设施完善后主要作为城镇 生活污水的主要局部处理构筑物存在。在没有污水处理设施的地区，化粪池可 以对污水进行简单的处理，一般b o d 5 可以降低1 5 0 0 2 0 。另外，化粪池对消 除病原体和改善卫生条件发挥了重要作用【l 。 沥滤场( 1 e a c hf i e l d s ) 是将化粪池上清液经过穿孔管渗滤在土壤介质上的一 种简单设施。污水垂直或水平流经土壤，经土壤颗粒吸附去除一部分污染物。 溶解性有机质可以经土壤上层的微生物降解去除。原有病毒和细菌会因为生存 的条件的改变而死亡或被去除。 在欧美国家，由于土地面积相对比较丰富，单独的庭院式家庭常用化粪池 和沥滤场组成的原位处理系统处理家庭排除的生活污水。在美国有超过5 0 0 0 万的人在使用上述设施。典型的原位化粪池和沥滤场系统如图1 1 。所示 图1 1 原位处理系统示意图 f i g u r e1 1o n - s i t ew a s t e w a t e rt r e a t m e n ts y s t e m 1 2 3 2 群集系统( c l u s t e rs y s t e m ) 一种服务二个或二个以上住户的污水收集和处理系统，如图1 2 。从几家或 者几十家住户排出的污水先经过个体用户的化粪池或组合装置现场预处理后， 再通过污水管道运送到较为集中的处理系统进行处理，这种设施比一般的城市 污水集中式处理设施规模要小很多，但服务范围又比家庭式的原位处理系统要 7 第一章前言 大。我国农村土地资源比较紧张，而建设单独的原位处理系统也不符合实际， 所以选择群集系统，一方面解决了单独