新型農(nóng)村污水處理技術(shù)的適用性分析

張翠榮 王曉苗

(1.菏澤市東魚(yú)河流域工程管理處， 山東 菏澤 274000；2.北京化工大學(xué)， 北京 100029)

新型農(nóng)村污水處理技術(shù)的適用性分析

張翠榮1王曉苗2

(1.菏澤市東魚(yú)河流域工程管理處， 山東 菏澤 274000；2.北京化工大學(xué)， 北京 100029)

根據(jù)當(dāng)前農(nóng)村水污染現(xiàn)狀及農(nóng)村生活污水排放的特點(diǎn), 本文歸納了幾種新型農(nóng)村污水處理技術(shù)并對(duì)其可行性進(jìn)行分析, 對(duì)農(nóng)村污水治理提出了相應(yīng)的建議和對(duì)策。

農(nóng)村污水； 處理技術(shù)； 適用性

我國(guó)大多數(shù)農(nóng)村沒(méi)有排水管網(wǎng)和污水處理設(shè)施，農(nóng)村生活污水隨意排放，造成環(huán)境污染，影響居民的生存環(huán)境和身體健康，制約農(nóng)村經(jīng)濟(jì)健康可持續(xù)發(fā)展。不同于城市，農(nóng)村污水在水質(zhì)水量以及收集等方面有其自身的特點(diǎn)，因此必須根據(jù)農(nóng)村實(shí)際情況，綜合考慮每種技術(shù)的適用性選擇污水處理方式。

1 農(nóng)村污水處理特點(diǎn)

1.1 水質(zhì)特點(diǎn)

生活廢水是農(nóng)村污水的主要來(lái)源，各種污染物濃度相對(duì)較低，其成分包含有機(jī)物、氮、磷及懸浮物等污染物質(zhì)，基本不含重金屬和有毒物質(zhì)，此外還包括一些細(xì)菌、病毒、寄生蟲(chóng)等，可生化性好[1]；廁所排放的污水水質(zhì)較差，但可以進(jìn)入化糞池用作肥料；不同地區(qū)生活習(xí)慣習(xí)俗、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展?jié)摿?duì)水質(zhì)有較大影響。

1.2 水量特點(diǎn)

農(nóng)村居民居住分散，水量較小；居民生活很有規(guī)律，具有早中晚不同時(shí)段相對(duì)集中排放的特點(diǎn)，而其他時(shí)間的排放量小，特別是夜間，還可能發(fā)生斷流現(xiàn)象，水量變化系數(shù)大[2]；水量受村鎮(zhèn)的人口規(guī)模、生活條件(給排水系統(tǒng)、水資源利用方式等)以及生活習(xí)慣等因素直接影響[2-3]。

1.3 收集處理難度

我國(guó)農(nóng)村污水處理難主要受以下幾個(gè)因素的影響[4]：不同地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平差異較大，經(jīng)濟(jì)承受能力不同；農(nóng)民知識(shí)文化水平普遍不高，缺乏技術(shù)人員；污水成分復(fù)雜，且各種污染物濃度相對(duì)較低，波動(dòng)性很大，難以正確評(píng)估生活污水的污染負(fù)荷及其晝夜、季節(jié)性變化；不同地區(qū)自然生態(tài)條件(溫度、雨量等)不同，對(duì)處理工藝的選擇有影響。

1.4 農(nóng)村污水處理現(xiàn)狀

目前，我國(guó)農(nóng)村污水處理模式主要包含兩種：分散處理模式和集中處理模式。大多農(nóng)村采用的是城鎮(zhèn)的排放標(biāo)準(zhǔn)，缺乏針對(duì)農(nóng)村特點(diǎn)的排放標(biāo)準(zhǔn)。農(nóng)村污水處理得不到有效解決，主要原因是：資金短缺；污水處理技術(shù)的局限性；村民環(huán)保意識(shí)薄弱；相應(yīng)政策以及監(jiān)管不足等。

2 不同農(nóng)村污水處理技術(shù)特點(diǎn)

本文分析介紹了八種新型農(nóng)村污水治理技術(shù)。

2.1 分散處理模式

分散式處理主要是針對(duì)廣大農(nóng)村以及偏遠(yuǎn)地區(qū),受自然及排水收集管網(wǎng)缺乏的影響而采用的農(nóng)村污水處理模式。其出水水質(zhì)穩(wěn)定，水資源回用可以緩解用水緊張；施工簡(jiǎn)單，節(jié)約管網(wǎng)建設(shè)，運(yùn)行管理維護(hù)費(fèi)用低，投資少；可以結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀粭l件、經(jīng)濟(jì)水平、人口規(guī)模等靈活選取合適的處理技術(shù)。但分散處理技術(shù)日常運(yùn)行做不到統(tǒng)一管理；總占地面積相對(duì)較大(凈化槽除外)，在人口密度大、用地緊張的農(nóng)村難以推廣。

2.2 快速滲濾土地處理系統(tǒng)

快速滲濾土地處理系統(tǒng)(RI系統(tǒng))是將污水有控制地投配到具有良好滲濾性能的土壤系統(tǒng)中，污水在向下滲透過(guò)程中由于生物氧化、硝化、反硝化、過(guò)濾、沉淀、氧化和還原等一系列作用而得到凈化的一種污水土地處理工藝，如圖1所示。RI系統(tǒng)對(duì)COD、SS、TN和TP有著較高的去除率；具有較高的水力負(fù)荷，處理效果穩(wěn)定；可充分利用當(dāng)?shù)氐匦危x擇不適于耕作的土坡、荒山、廢棄河道等作為處理場(chǎng)地，投資少；管理方便，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，可以節(jié)省人力物力，適用于缺乏資金和專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的村鎮(zhèn)；RI系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間短，能夠快速投入使用。但RI系統(tǒng)占地面積大，在土地資源較緊張的農(nóng)村地區(qū)難以推廣；RI系統(tǒng)受氣候影響較大，寒冷地區(qū)由于微生物活性低導(dǎo)致處理效果大大下降，在一定程度上限制了其在北方地區(qū)的應(yīng)用。

圖1 RI系統(tǒng)處理工藝

2.3 膜生物反應(yīng)器

膜生物反應(yīng)器(MBR)，是將膜分離技術(shù)和污水生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合而形成的新型高效污水生物處理工藝。MBR主要由生物反應(yīng)器和膜組件兩個(gè)單元設(shè)備組成，如圖2所示。

圖2 MBR污水處理工藝

膜分離技術(shù)生化效率高，出水水質(zhì)好，可以滿足大部分的回用水標(biāo)準(zhǔn)要求，如：農(nóng)田灌溉用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；反應(yīng)室內(nèi)微生物濃度高，抗負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)，且不受場(chǎng)所和氣候的限制；流程簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，節(jié)省用地；流程簡(jiǎn)短，模塊化設(shè)計(jì)，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制；啟動(dòng)快，運(yùn)行穩(wěn)定。同時(shí)MBR也存在膜組件費(fèi)用昂貴、膜污染、膜驅(qū)動(dòng)壓力以及曝氣導(dǎo)致的能耗高等問(wèn)題，不利于MBR的推廣應(yīng)用。

2.4 改進(jìn)生態(tài)塘處理技術(shù)

改進(jìn)生態(tài)塘處理技術(shù)是在保持生態(tài)塘本身優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，如圖3所示。改進(jìn)生態(tài)塘處理技術(shù)具有更高的污水處理效率，其出水可作為中水回用；抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，由于曝氣的強(qiáng)制表面循環(huán)作用，使其在寒冷條件下能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)；占地面積減少；污泥量少，二次污染小；此外在生態(tài)塘中還可以養(yǎng)魚(yú)，集污水處理、美化環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益于一體。但改進(jìn)的生態(tài)塘具有更深的塘深，其投資高，工程難度較大，運(yùn)行過(guò)程中需要曝氣，能量消耗較大。

圖3 改進(jìn)生態(tài)塘處理工藝

2.5 濕地處理技術(shù)

濕地處理系統(tǒng)分為自然和人工濕地處理系統(tǒng)。自然濕地處理系統(tǒng)主要是利用農(nóng)村特有的荒地、沼澤池、廢塘、洼地以及農(nóng)田灌溉渠道等組成濕地。濕地處理技術(shù)出水水質(zhì)好且能脫氮除磷；可以根據(jù)農(nóng)村地形建造，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，基建費(fèi)用低，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單；耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)；可提供間接效益。濕地處理系統(tǒng)也存在很多問(wèn)題，比如占地面積較大，易受病蟲(chóng)害及氣候的影響，易堵塞，濕地系統(tǒng)成熟過(guò)程需要很長(zhǎng)的時(shí)間，啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)。

2.6 一體化A/O處理技術(shù)

A/O工藝是污水處理中最常用的工藝，也是應(yīng)用最廣泛的脫氮工藝。一體化A/O處理技術(shù)將固定膜及活性泥結(jié)合，其工藝流程為原水→一體化A/O處理→出水排放。如圖4所示，污水進(jìn)入處理系統(tǒng)，在初沉池進(jìn)行初步自然分離與沉淀(必要時(shí)可安裝格柵過(guò)濾)，遠(yuǎn)程安裝于地面的低噪聲曝氣鼓風(fēng)機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行曝氣，污水以一定的流速流經(jīng)被浸沒(méi)的膜介質(zhì)(填料)，在膜介質(zhì)(填料)上形成生物膜，通過(guò)微生物的新陳代謝，污染物得以去除，污水經(jīng)處理后，透明無(wú)臭的水可按照標(biāo)準(zhǔn)或更高的要求進(jìn)行直接或進(jìn)一步處理。

處理效果高，可大大降低污水中的有害污染物及氮，出水可達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)；固定的膜介質(zhì)提供了一個(gè)高比表面積，以便在低、中及高負(fù)荷運(yùn)作時(shí)都能維持良好的微生物增殖，耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)；受氣候影響小；占地面積小；安裝、維護(hù)便捷，只需定期清理鼓風(fēng)機(jī)中的空氣過(guò)濾網(wǎng)即可；污泥產(chǎn)生量少，二次污染小；運(yùn)行管理成本低；使用壽命長(zhǎng)。但該處理技術(shù)投資較高，曝氣帶來(lái)的能耗也較高。

圖4 一體化A/O處理工藝

2.7 傳統(tǒng)地埋式處理技術(shù)

地埋式生活污水處理技術(shù)是指將污水處理系統(tǒng)的主體構(gòu)筑物完全或基本埋在地下的污水處理技術(shù)。地埋式處理技術(shù)分為無(wú)動(dòng)力和有動(dòng)力處理技術(shù)。無(wú)動(dòng)力地埋式污水處理技術(shù)受氣候影響小；沒(méi)有動(dòng)力消耗，無(wú)須運(yùn)行費(fèi)用，管理維護(hù)技術(shù)水平要求低，不需要專(zhuān)人管理；占地面積小；對(duì)周?chē)h(huán)境影響小。但無(wú)動(dòng)力地埋式污水處理技術(shù)存在很多問(wèn)題：水力停留時(shí)間短，處理效果不理想；對(duì)大水量沖擊敏感，耐沖擊負(fù)荷小；挖掘施工及大量使用建材，尤其對(duì)于北方，要使其在最大凍土層以下，因而增加投資。

2.8 生物轉(zhuǎn)盤(pán)處理技術(shù)

生物轉(zhuǎn)盤(pán)技術(shù)作為生物膜法處理工藝的一種，在污水處理方面有著廣泛的應(yīng)用。生物轉(zhuǎn)盤(pán)法微生物濃度高，處理效果好；設(shè)備構(gòu)造簡(jiǎn)單，無(wú)曝氣和污泥回流裝置，能耗低，操作管理方便；可以實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)計(jì)；無(wú)泡沫和污泥膨脹問(wèn)題。但也存在如下缺點(diǎn)：占地面積相對(duì)較大；生物膜易脫落，寒冷地區(qū)需做保溫處理，水力停留時(shí)間短，耐沖擊負(fù)荷能力不強(qiáng)。

3 不同農(nóng)村污水處理技術(shù)的適用性分析

我國(guó)幅員遼闊，地形和氣候條件復(fù)雜，地理環(huán)境差異較大，且不同地區(qū)的生活習(xí)慣、經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度和發(fā)展?jié)摿Χ疾煌虼艘虻刂埔诉x擇合適的污水處理工藝。

3.1 出水水質(zhì)

MBR、RI系統(tǒng)、改進(jìn)生態(tài)塘、人工濕地以及一體化A/O處理等技術(shù)的出水達(dá)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，可作為中水回用，特別是分散處理中的凈化槽處理后其出水可作為高級(jí)回用，因此適用于環(huán)境較敏感地區(qū)和水資源短缺地區(qū)，如西部和北方地區(qū)，可以緩解用水緊張，保護(hù)水生態(tài)環(huán)境。

3.2 運(yùn)行穩(wěn)定性

污水處理的運(yùn)行穩(wěn)定性非常重要，凈化槽、MBR、改進(jìn)生態(tài)塘、一體化A/O等處理技術(shù)耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、受氣候影響小，運(yùn)行穩(wěn)定性好。而RI系統(tǒng)、濕地處理以及生物轉(zhuǎn)盤(pán)處理技術(shù)容易受氣候影響，微生物在寒冷條件下活性降低，生物轉(zhuǎn)盤(pán)難以掛膜，處理效果下降，因此在北方地區(qū)應(yīng)用受限。無(wú)動(dòng)力地埋式污水處理雖然受氣候影響小，但容易受水量沖擊影響，耐沖擊負(fù)荷能力小，不適用于水量水質(zhì)波動(dòng)較大的地區(qū)。

3.3 投資運(yùn)行費(fèi)用

污水處理工藝能否得到應(yīng)用與投資運(yùn)行費(fèi)用高低息息相關(guān)。在經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，如西部，要求所選用的污水投資省，運(yùn)行費(fèi)用低。RI系統(tǒng)和濕地處理技術(shù)管理方便，可以利用當(dāng)?shù)氐牡乩項(xiàng)l件，投資運(yùn)行費(fèi)用低。在北方如果應(yīng)用傳統(tǒng)地埋式處理技術(shù)，需要建在最大凍土層以下，投資相對(duì)增加，但基本不需要運(yùn)行費(fèi)用。

3.4 占地面積

不同地區(qū)人口聚集程度不同，可利用的空地也不一樣。對(duì)于RI系統(tǒng)、濕地處理技術(shù)要求有較大的可用土地；改進(jìn)生態(tài)塘和生物轉(zhuǎn)盤(pán)處理技術(shù)占地面積相對(duì)較小；而凈化槽MBR、一體化A/O以及傳統(tǒng)地埋式污水處理技術(shù)占地更小，適合于用地緊張地區(qū)。

3.5 模塊化建設(shè)

模塊化處理在將來(lái)的污水處理中有著巨大的發(fā)展前景，在本文所述的八種處理技術(shù)中，反應(yīng)槽、MBR、一體化A/O、生物轉(zhuǎn)盤(pán)等污水處理技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)模塊化，節(jié)約空間，搬運(yùn)拆裝靈活，有效緩解排水管網(wǎng)建設(shè)的壓力，可以快速適應(yīng)農(nóng)村發(fā)展。

3.6 啟動(dòng)速度

污水處理系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間關(guān)系到其是否能快速投入使用，在處理過(guò)程中，經(jīng)常存在更換部件等問(wèn)題，因此啟動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)處理工藝的選用也至關(guān)重要。RI系統(tǒng)凈化槽啟動(dòng)后可立即發(fā)揮作用，MBR在很短時(shí)間就能運(yùn)行穩(wěn)定，出水達(dá)標(biāo)。一體化A/O、改進(jìn)生態(tài)塘、傳統(tǒng)地埋式以及生物轉(zhuǎn)盤(pán)處理技術(shù)等需要微生物生長(zhǎng)繁殖到一定階段才能發(fā)揮良好的凈化作用，啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)。

3.7 經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度

經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)能夠承擔(dān)較高的投資運(yùn)行費(fèi)用，能配置專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員負(fù)責(zé)運(yùn)行管理，可以選擇處理效果好、占地小的工藝，如凈化槽、MBR和一體化A/O處理技術(shù)等。RI系統(tǒng)、濕地處理以及傳統(tǒng)地埋處理技術(shù)則適用于經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱、排水管網(wǎng)尚不完善、缺乏操作管理人員的地區(qū)。生物轉(zhuǎn)盤(pán)和改進(jìn)生態(tài)塘處理技術(shù)則受經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度影響較小。

新型農(nóng)村污水處理技術(shù)的可行性分析見(jiàn)下頁(yè)表。

新型農(nóng)村污水處理技術(shù)的可行性分析表

4 建議與對(duì)策

從政府層面看，政府應(yīng)該加大對(duì)農(nóng)村污水處理的投資，同時(shí)完善相應(yīng)的法律法規(guī)，形成完整、清晰、合理的治理責(zé)任體系；從個(gè)人層面看，村民對(duì)水環(huán)境的保護(hù)至關(guān)重要，要加強(qiáng)環(huán)保理念的宣傳，增強(qiáng)村民的環(huán)保意識(shí)；從技術(shù)層面看，農(nóng)村污水處理技術(shù)應(yīng)根據(jù)農(nóng)村具體條件以及相應(yīng)政策要求，因地制宜選用適合的處理技術(shù)。從這些方面出發(fā)，推動(dòng)農(nóng)村污水治理工作快速、高效、有序進(jìn)行。

[1] 陳明利，吳曉芙，陳永華，等.景觀性人工濕地污水處理系統(tǒng)構(gòu)建及植物脫氮效應(yīng)研究[J].環(huán)境科學(xué)，2010(31)3:660-666.

[2] 鐘永梅.農(nóng)村生活污水治理的現(xiàn)狀分析與對(duì)策研究[D].杭州：浙江大學(xué),2016.

[3] 孫瑞敏.湖北省農(nóng)村生活污水水量水質(zhì)調(diào)查與分析[D].武漢：武漢理工大學(xué),2010.

[4] 葉宏萌.農(nóng)村生活污水處理技術(shù)模式與進(jìn)展[J].武夷學(xué)院學(xué)報(bào),2013(2):15-20.

Analysis on applicability of novel rural sewage treatment technology

ZHANG Cuirong1WANG Xiaomiao2

(1.HezeDongyuRiverBasinEngineeringManagementOffice,Heze274000,China；2.BeijingChemicalIndustryUniversity,Beijing100029,China)

In the paper, several novel rural sewage treatment technologies are summarized and analyzed, the feasibility is analyzed, and corresponding suggestions and countermeasures are proposed for sewage treatment in rural areas according to current situation of rural water pollution and characteristics of rural domestic sewage discharge.

rural sewage; processing technology; applicability

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.06.005

TV213.4

A

2096-0131(2017)06- 0018- 05