談北方寒冷地區(qū)農(nóng)村污水高效節(jié)能處理技術(shù)★

楊 瑞 李立軍

(1.延安大學(xué)建筑工程學(xué)院，陜西 延安 716000； 2.西安星航市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710100)

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談北方寒冷地區(qū)農(nóng)村污水高效節(jié)能處理技術(shù)★

楊 瑞1李立軍2

(1.延安大學(xué)建筑工程學(xué)院，陜西 延安 716000； 2.西安星航市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710100)

依據(jù)北方農(nóng)村實(shí)際情況，提出了厭氧沼氣池、人工濕地、生物接觸氧化池、一體化MBR四種綠色、高效、節(jié)能的北方農(nóng)村污水處理適宜技術(shù)，以期為北方農(nóng)村污水處理提供依據(jù)。

北方地區(qū)，農(nóng)村污水，沼氣池，人工濕地

1 概述

我國(guó)北方地區(qū)位于秦嶺—淮河以北，屬于干旱與半干旱地區(qū)，氣候特征為冬季寒冷干燥，夏季溫?zé)幔偨邓可伲斐伤Y源嚴(yán)重短缺。北方地區(qū)耕地占全國(guó)45.2%，人口占全國(guó)38.4%[1]，水資源量?jī)H占全國(guó)水資源總量19%[2]，嚴(yán)重制約北方經(jīng)濟(jì)發(fā)展。受自然環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、技術(shù)要求等條件制約，北方地區(qū)除個(gè)別城鎮(zhèn)已建污水處理廠外[3]，大部分城鎮(zhèn)及農(nóng)村基本無污水收集處理系統(tǒng)，生活污水直接潑灑地面，畜禽類養(yǎng)殖廢水與工業(yè)廢水直接排放至河流、湖泊，嚴(yán)重威脅水資源良性循環(huán)利用。筆者結(jié)合北方農(nóng)村居住分散，鋪設(shè)管網(wǎng)造價(jià)高，冬季氣候寒冷干燥等污水處理主要制約因素，提出厭氧沼氣池、潛流式人工濕地、生物接觸氧化池、一體化MBR四種高效節(jié)能的農(nóng)村污水處理技術(shù)。

2 北方農(nóng)村分散式污水處理適宜的技術(shù)簡(jiǎn)介

農(nóng)村分散式污水具有水量小，可生化性強(qiáng)、粗放式排放等基本特點(diǎn)，結(jié)合北方農(nóng)村污水處理關(guān)鍵制約因素分析，提出農(nóng)村靠近城鎮(zhèn)管網(wǎng)輻射地帶時(shí)，應(yīng)增設(shè)污水管網(wǎng)系統(tǒng)并納入城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)系統(tǒng)。遠(yuǎn)離管網(wǎng)輻射地帶盡量?jī)?yōu)先采用經(jīng)濟(jì)節(jié)能的厭氧沼氣池技術(shù)，有閑置土地，如洼地、濕地時(shí)，優(yōu)先考慮生態(tài)技術(shù)中的潛流式人工濕地。對(duì)水質(zhì)要求高的經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速的部分農(nóng)村地區(qū)，可采用生物接觸氧化池、一體化MBR污水處理工藝。總之，在經(jīng)濟(jì)節(jié)約的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，利用可利用資源，選擇合理的農(nóng)村污水處理方式。

2.1 厭氧沼氣池

厭氧沼氣池技術(shù)是我國(guó)農(nóng)村污水處理中使用最多、資金最省的一種地埋式生態(tài)污水處理技術(shù)[4]。厭氧沼氣池具有費(fèi)用低、高效節(jié)能、操作簡(jiǎn)單、綠循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)，COD去除率可達(dá)85%以上，BOD5去除率可達(dá)90%以上[5]。該技術(shù)指在厭氧條件下，人畜糞肥、污水、秸稈等有機(jī)物在沼氣池內(nèi)，通過微生物厭氧發(fā)酵產(chǎn)生一種可燃性清潔性能源氣體——沼氣，主要成分是CH4，CO2，過程中產(chǎn)生的沼渣能達(dá)到有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)，可直接利用[6]。隨著農(nóng)村連片整治工作深入，北方農(nóng)村建設(shè)了許多化糞池與沼氣池[7]，為村民提供廉價(jià)燃料、改善農(nóng)村居住環(huán)境、促進(jìn)生態(tài)農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)發(fā)展。王進(jìn)在《延安發(fā)展農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式選擇研究》一文中提出，沼氣能源在延安農(nóng)村分布非常廣泛、潛力巨大，凡是有生物地方都有可能獲得制取沼氣的原料，是一種取之不盡、用之不竭的再生能源[8]。在北方農(nóng)村大力推廣“四位一體”循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式下，沼氣事業(yè)已經(jīng)逐步由簡(jiǎn)單炊事發(fā)展到目前照明和取暖。于文華在甘肅天水地區(qū)進(jìn)行沼氣地暖育肥豬舍試驗(yàn)，結(jié)果表明沼氣取暖豬舍能有效地解決高溫低濕和高濕低溫等現(xiàn)象，改善由溫度原因而引起豬疾病問題[9]。

2.2 潛流式人工濕地

人工濕地是指經(jīng)過人工改造并控制運(yùn)行的沼澤類似地面，將污水、污泥有控制地投放至濕地主體，污水、污泥沿一定方向流動(dòng)，經(jīng)過土壤、濕地植物、微生物、人工介質(zhì)生物理化作用來凈化污水、污泥的一種生態(tài)污水處理技術(shù)，特別適合中小城鎮(zhèn)及農(nóng)村使用。該技術(shù)具有建造費(fèi)用低、出水效果好、操作簡(jiǎn)單、美化環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是人工濕地技術(shù)由于自身處理特殊性，占地面積問題很難解決，是傳統(tǒng)污水處理工藝占地面積2倍～3倍[10]。而北方地區(qū)土地廣闊，閑置土地較多，可以積極改造北方閑置土地、湖泊、沼澤為人工濕地。2013年陜西省眉縣境內(nèi)12個(gè)村建成濕地污水處理系統(tǒng)，系統(tǒng)出水水質(zhì)好，運(yùn)行穩(wěn)定，隨著此示范效應(yīng)影響，寶雞市采用“統(tǒng)一收集、人工濕地、多級(jí)凈化”處理工藝建成了30余座生活污水處理示范工程[11]。針對(duì)北方冬季寒冷氣候條件，宜采用潛流式人工濕地，其污水面低于基質(zhì)表面，有助于維持濕地內(nèi)溫度[12]，濕地保溫措施主要有表層覆蓋麥稈、稻草等材料或種植夾竹桃、女貞等可以安全越冬的木本植物[13]。

2.3 生物接觸氧化池

生物接觸氧化法是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積少，對(duì)污水水質(zhì)、水量適應(yīng)性強(qiáng)，污染物去除效果好[14]的處理方法，結(jié)合了活性污泥法和生物膜法特點(diǎn)，具有較高容積負(fù)荷率，避免了污泥膨脹，是目前農(nóng)村污水處理中運(yùn)用最多的技術(shù)[15]。生物接觸氧化法是在曝氣條件下，生物氧化池內(nèi)安裝填料，填料上布滿生物膜，污水流經(jīng)生物氧化池時(shí)，水中氨氮、有機(jī)物等污染物被微生物代謝分解，最終達(dá)到凈化污水目的。代謝微生物來源分兩部分，即污水流經(jīng)接觸氧化池時(shí)部分微生物附著于填料上生長(zhǎng)成生物膜，部分微生物直接在污水內(nèi)懸浮生長(zhǎng)。王月紅等人利用人工制備的生物接觸氧化塔和二沉池組合工藝處理北京某生活小區(qū)污水，當(dāng)HRT>1.5 h，原水COD為300 mg/L～400 mg/L時(shí)，其出水COD<50 mg/L，NH3-N<1 mg/L，SS<15 mg/L[16]。黃學(xué)平利用一體化生物接觸氧化工藝處理江西某變電站污水時(shí)，出水水質(zhì)達(dá)到了GB 8978—1996污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[17]。北方地區(qū)一年四季氣候分明，夏季溫?zé)岫嘤辏竞涓稍铮梢圆捎玫芈袷缴锝佑|氧化工藝降低氣溫條件對(duì)微生物代謝速率影響。生物接觸氧化法通常采用機(jī)械曝氣增加氧氣，需要安裝填料，需要專人看守，故投資費(fèi)用較高，且具有一定專業(yè)技術(shù)要求，適合北方經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快的城鎮(zhèn)及農(nóng)村地區(qū)。

2.4 一體化MBR工藝

膜生物反應(yīng)器(MBR)一體化設(shè)備是集合高效膜分離單元與生物處理單元于一體的新型污水處理技術(shù)，主要利用膜分離技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝中二沉池，生物膜高效截留性質(zhì)可以使微生物完全截留在反應(yīng)器內(nèi)，保留了世代周期性較長(zhǎng)的微生物，具有出水水質(zhì)好，占地面積小、污泥產(chǎn)率低、工藝運(yùn)行穩(wěn)定、自動(dòng)控制、操作管理方便等特點(diǎn)[18]。一體化膜生物反應(yīng)器主要由生物反應(yīng)器、高效膜組件、自動(dòng)控制系統(tǒng)三部分組成，其中高效膜組件是核心部分。污水經(jīng)過格柵和調(diào)節(jié)池后，在曝氣條件下，反應(yīng)器內(nèi)大量活性污泥去除有機(jī)物、氨氮，經(jīng)泵抽吸經(jīng)過濾膜到達(dá)消毒池。裴亮等人利用一體化膜生物反應(yīng)器(IMBR)處理農(nóng)村污水一文中采用隔板將反應(yīng)池分為預(yù)處理池和膜池，未經(jīng)生化處理的農(nóng)村污水流經(jīng)該工藝后，出水COD,BOD5,NH3-N平均去除率分別達(dá)到93.1%,95.3%,93.8%,97.9%[19]。無錫市梅村污水處理廠二期采用MBR工藝為主體工程處理污水，最終出水水質(zhì)優(yōu)于一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，部分出水回用于熱電廠的冷卻水[20]。由于膜生物反應(yīng)器過程中使用了生物膜、泵，增加了基建費(fèi)用，故優(yōu)先在北方經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快的城鎮(zhèn)或農(nóng)村采用。

3 結(jié)語

隨著北方地區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、城鎮(zhèn)化水平不斷提高，北方農(nóng)村污水迫切需要治理。上述厭氧沼氣池、人工濕地、生物接觸氧化池、一體化MBR工藝四種污水處理技術(shù)具有高效節(jié)能、操作簡(jiǎn)單、投資省等優(yōu)點(diǎn)，但在具體工藝選擇時(shí)，應(yīng)結(jié)合北方當(dāng)?shù)卮彐?zhèn)的自然環(huán)境、資源情況、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、氣候特點(diǎn)等因素綜合考慮選擇單一或者組合的污水處理技術(shù)方式。

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On effective energy-saving treatment technology in the rural sewage in cold areas of northern China★

Yang Rui1Li Lijun2

(1.CollegeofEngineeringandArchitecture,Yan’anUniversity,Yan’an716000,China;2.Xi’anXinghangMunicipalEngineeringDesignandResearchInstituteCo.,Ltd,Xi’an710100,China)

Based on the actual situation, the author puts forward four green, efficient and energy-saving suitable rural wastewater treatment technique, such as anaerobic digester, artificial wetland, biological contact oxidation pond, integrated MBR, in order to provide the basis for the northern rural sewage treatment.

northern China, rural sewage treatment, marsh gas tank, artificial wetland

1009-6825(2017)18-0178-03

2017-04-12★：延安大學(xué)校級(jí)項(xiàng)目：陜北紅堿淖水體特征分析與現(xiàn)狀評(píng)價(jià)(YDQ2016-43)；陜西省高水平大學(xué)建設(shè)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2015SXTS03)

楊 瑞(1989- )，女，碩士，助教

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