《安全环境-环保技术》之农村分散污水处理技术

1、农村分散式污水处理技术1.农村分散污水的特点中国长期的城乡二元结构导致了城乡污水处理的：个显著差异。污水不仅有完善的收集和处理技术和设施，而且国家颁布了系统的法律、法规和标准来控制它。然而，在占全国总面积近90%的广大农村地区，96%的村庄没有排水渠道或污水处理系统。未经处理的污水通过点源和非点源排放，将各种污染物带入河流，严重污染各种水源，导致包括蓝藻水华在内的许多生态和环境问题。农村污水主要包括厕所冲洗污水、洗衣、淘米、洗菜和洗澡。污水主要是生活垃圾和人类排泄物，一般不含有毒物质，通常含有氮、磷等营养物质，以及大量的细菌、病毒和寄生虫卵。由于不同生活习惯、生活方式和经济水平的农村生活污水的

2、水质和水量差异较大，污水具有以下特点和问题：(1)污水分散，涉及面广，随机性强，很难防治；管网收集系统不完善；污水大量排放，基本没有污水处理设施；(2)农村用水标准低，污水流量小，变异系数大(3.5 5.0)；(3)污水成分复杂，但各种污染物浓度低，污水可生化性强。农村生活污水已成为影响水环境质量的重要污染源，原因是农村污染源分散且难以集中，乡镇居民环保意识差，经济水平相对落后，治理难度较大。目前，我国75%的天然和人工水体富营养化，而且这一趋势正在恶化。2.分散式污水处理的概念及其分类目前，我国污水处理的主要研究方法是污水集中处理。分散式污水处理的研究还不够深入。我国对分散式污水处理没有明确

3、的概念，只是停留在理解的阶段，如污水处理厂的小型化。目前，更广泛接受的方法是就地处理污水并就地回用。分散式污水处理系统主要包括：(1)现场系统。私人住宅排放的污水通过自然系统或机械装置进行收集、处理、排放或回收利用，这种系统被称为在线系统，因为大部分社区没有污水管道，或者没有集中处理设施。常见的在线系统包括化粪池和沥滤场。(2)集群系统。集群系统是为两个或两个以上家庭服务的污水收集和处理系统，但其范围不超过整个社区。从几个家庭排放的污水可以在现场通过化粪池或个人用户的组合装置进行预处理，然后通过低成本和非传统技术的污水管道输送到比集中系统相对较小的处理单元。分散式污水处理系统就是这样一个在线系

4、统或集群系统。3.分散的3.1分散处理过程可大致分为以下几类：(1)自然系统，即利用土壤作为处理和处置的媒介，包括土地利用、人工湿地、地下渗透等。也有一些污泥处理系统，如干沙床和泻湖。(2)集水系统，即用轻质塑料管代替传统的重力污水管，具有埋深浅、管道连接少、连接结构不复杂的优点。常用的污水管道有压力型、真空型和小直径重力型。(3)传统的处理系统结合了生化和物理化学过程，由罐、泵和其他机械装置组成，包括3种形式的：悬浮生长、固定生长和两者的混合物。这一类别还包括污泥处理，如消化、脱水和堆肥。(4)膜技术。国内对分散治疗的研究不如国外系统由于前三项技术相对落后，膜技术具有很大的优势和发展潜力，所

5、以本文重点研究膜技术。3.2膜技术膜技术主要包括污泥生物膜复合生物反应器、膜分离技术和膜生物反应器。3.2.1活性污泥生物膜复合生物反应器系统该曝气池增加了多种能提供微生物附着生长表面的载体，利用了载体易截留、附着微生物数量大的特点，使附着相和悬浮相生物同时存在于曝气池中，充分发挥了两者的优势，克服了各自的缺陷和不足，称之为复合生物反应器。复合是指反应器中悬浮相和附着相生物同时存在。3.2.2膜分离技术所有的分离过程都是利用混合物中各成分在特定环境下的性质差异来进行分离的。在膜分离过程中，使用选择性渗透膜作为分离介质，当两侧施加一定的驱动力时，原料侧的组分选择性渗透膜，从而达到分离或纯化的目的

6、。驱动力可以是膜两侧的压力差、电势差或浓度差。根据其驱动力可分为透析(浓差)、电渗析(电位差)、超滤(压差)、纳滤(压差)、反渗透(压差)。膜分离的优点在于工艺流程短，占地少，小型化系统不受限制。污水中生化需氧量、氮、磷和悬浮固体的浓度很低，不含细菌、病毒、寄生虫卵等。出水达到三级处理标准，可直接或补充地下水。(1)反渗透。当两种不同浓度的溶液被半透膜分开时，半透膜只允许溶剂分子通过。由于浓溶液中溶剂的化学势低于稀溶液中的化学势，稀溶液中的溶剂分子将通过半透膜自发迁移到浓溶液中。(2)纳滤。钠也被称为超低压反渗透膜或松散反渗透膜。其操作压力通常低于1.0兆帕，对二价离子和分子量大于300摩尔的

7、有机小分子的截留率较高。(3)超级。超级结构主要是不对称膜，由一个非常薄(通常只有0.1微米 1微米)的具有一定孔径的表层(活性层)和一个厚(通常125m)的具有海绵状或指状结构的多孔层组成。活性层在传质过程中起着真正的选择性筛选作用，它基本上决定了膜的分离性能。支撑层仅作为活性层的载体，基本上不影响膜的分离性能。(4)电渗析。电渗析是一种化学过程，其中通过在外加电流电场的作用下水中阴离子和阳离子的定向迁移，并通过使用离子交换膜的选择性渗透性(即，阳离子膜仅允许阳离子通过，阴离子膜仅允许阴离子通过)，将离子与水分离。3.2.3膜生物反应器膜生物反应器是膜分离和生物处理的新型高效组合。膜分离技术

8、首次应用于微生物发酵工业。随着膜材料和成型技术的发展，其应用领域不断扩大，已经涉及到化工、电子、轻工、纺织、冶金、食品和污水处理等多个领域。膜生物反应器处理工艺在日本、加拿大等许多国家得到了很好的应用。与传统活性污泥处理工艺相比，MBR具有以下优点：能完全分离水力停留时间和污泥龄，使运行控制更加灵活稳定；有利于硝化细菌的增殖，产生时间长，从而提高硝化效率。污泥浓度高，氧转移效率高达26%-60%，节约能耗；反应堆中的MLSS可以高达一4.国外分散处理技术的应用现状及发展趋势分散处理技术包括污水的收集、处理、排放和再利用。在污水收集方面，为了实现源头减量控制，有必要对传统的洗菜水、洗澡水和粪便混

9、合的卫生设备进行改进。主要方法是减少粪便洗涤水或采用无水收集。瑞典已逐步应用尿液分离厕所，德国等国家也在研究和推广真空无水收集系统，而印度通过分散雨水收集和排放减少混合污水量，并利用收集的雨水有效解决缺水问题。在污水处理方面，自然土地处理和生化处理被广泛使用。澳大利亚出现了一种高效、连续的污水过滤灌溉技术。它首先利用污水进行作物灌溉，然后将经过处理的水从灌溉地收集到地下管道排水系统中进行排放。它特别适用于土地资源丰富、允许轮作和休耕的地区，或主要种植牧草的地区，通常用于大田作物。美国的人工湿地数量最多，有600多个人工湿地用于处理市政、工业和农业废水。在一些欧洲国家，如丹麦、德国和英国，至少有

10、200多个人工湿地在运行，主要用于处理人口近1000的农村社区。作为一个典型的春季干旱气候国家，韩国开发了一种土地处理技术，将人工湿地与废水稳定池结合起来。储存在稳定池中的水可用作春季干旱的补充水。可见，利用人工湿地稳定塘技术进行污水处理和农业应用，可以作为分散农村水体保护和克服水资源短缺的一种方法。厌氧消化技术具有成本低、运行费用低的特点，并且可以应用。它在分散式生活污水处理中得到了越来越广泛的研究和应用。在过去的20年里，越来越多的高速处理设备和技术得到了发展，如厌氧滤池(AF)、升流式污泥床反应器(UASB)、厌氧膨胀颗粒污泥床(EGSB)等。荷兰、巴西、哥伦比亚、印度等国家已经建成了多

11、产的UASB来处理生活污水，但低温厌氧技术的应用仍然是研究的难点和热点。在适当技术的基础上，集成器件发展迅速。日本对其研究较早，已有40多年的历史。目前，日本已经安装了800万个小型净化罐，为大约3600万人口服务。净化池是一个高效的综合处理设施。它主要采用厌氧滤池和接触式曝气池、生物滤池或移动床接触式滤池的组合工艺。一些过程反应在一个房间里完成。每一步都用隔板隔开，流出物用氯气消毒。一些欧洲国家也根据自己的特点开发了不同形式的集成净化装置。在挪威，由于大部分人口分散在小村庄或社区，集成设备被广泛使用，许多不同技术的设备已经开发出来。随着包装生产技术的不断发展，生物膜技术在集成设备中的应用迅速

12、增加。生物膜法要求设备简单、能耗低、成本低、维护费用低，而高效的污水处理是未来的发展方向。一些国家从法律法规的角度对分散处理设施的出水水质提出了一定的要求。例如，芬兰要求总生化需氧量去除率为90%，总磷去除率为85%，总氮去除率为40%。这使得住户必须承担清洁和维护处理设施的责任，能够向住户提供技术支持和服务的合作组织也得到广泛发展。5.分散处理技术在中国农村的应用与发展在我国广大农村地区，广泛使用的分散处理技术有土地处理技术和厌氧消化技术。5.1土地处理技术土地处理技术是一种低成本、低运行成本、低能耗或无能耗、易维护、研究和应用较多的污水土地处理技术，有快速渗滤处理系统、人工湿地处理系统和地

13、下渗滤处理系统。其中，人工湿地具有生态效益、经济效益和美学效益。近年来，人工湿地的研究和应用逐渐增多。早在“七五”期间，中国就开展了人工湿地的研究。目前，这项技术在中国已经发展到实用阶段。国内对湿地系统的研究主要集中在湿地污染物去除机理、湿地植物、湿地基质填料、湿地微生物种群和生态系统研究等方面。然而，由于占地面积大，基质后处理和再利用技术不成熟，人工湿地在土地资源稀缺地区的应用受到限制。5.2厌氧消化技术厌氧消化技术具有能耗少、环境污染少、沼渣和沼液利用途径多、产沼气多的优点。近年来，中国大力推广在农村地区使用厌氧消化技术。通过实施农业部国债项目，到2005年底，全国户用沼气项目达到1870

14、万个，3556个养殖场沼气项目年产量达到70亿立方米，相当于500万吨标准煤。根据农业部发布的全国农村沼气工程建设规划，计划到2010年全国将有4000万家庭使用沼气。国债沼气工程要求户用沼气“一池三改”，最大限度地减少传染源，切断传染病传播途径。因此，它也是控制农村血吸虫病的有效方法。20世纪80年代以来，生活污水净化沼气池从农村能源部门大力推广到城镇住宅、医院和学校的卫生配套建设。住宅建筑中每10-12户家庭生产的沼气一年中可以被一户家庭使用。因此，燃气用户应承担净化沼气池的日常维护。20多年来，生活污水净化沼气池一直采用两级厌氧消化和多级兼性过滤的处理模式。目前，考虑到生活污水脱氮除磷的需求，国内已有采用两级厌氧和一级好氧工艺达到脱氮除磷效果的研究。近年来，随着农村地区畜禽养殖户的减少和农村劳动力的减少，同时集中养殖户的增加，国家及时调整了政策。从2007年开始，将对农村集中供气沼气项目和联合户用沼气项目提供资金支持，促进人畜粪便、农作物秸秆、生活垃圾和污水的综合治理和转化。这一举措必将使我国沼气工程技术在短期内快速发展。近年来，通过私人资本和私人参与，中国在集成器件方面也取得了快速发展。如果有环境保护，与日本合作生产净化罐；一些独立开发了