農村生活污水處理存在的問題及解決策略

劉 峻

(江西省九江市濂溪區水務局，江西 九江 332005)

隨著我國可持續發展戰略規劃的不斷深入，自然生態環境保護成為當今社會的發展中心。農村水體污染一直是我國自然生態保護的核心問題之一。研究資料表明，我國大多數農村生活污水未經過有效處理，就被隨意排放到道路兩側或就近自然水體中，對農村自然生態環境造成嚴重破壞，甚至已經成為新的區域性水體污染源。鑒于農村政府經濟對水體凈化投入所面臨的壓力，傳統以大型機械為核心的生活污水凈化系統并不適合在農村推廣。為了解決農村生活污水處理存在的核心問題，本文提出農村生活污水生物治理策略。整個過程需要引入生活污水水體環境修復技術，水體凈化技術以及水底底泥生物凈化技術并引入鎖水植物有效降解農村生活污水中的污染物和富營養物，實現農村生活污水處理。相比較大型機械治理，生物治理整體造價更低，更適合農村推廣[1]。

1 農村生活污水生物治理技術

1.1 農村生活污水處理問題分析

我國農村生活污水水質與周圍地理環境、農業經濟開發水平和農村居民生活習慣均有直接關聯。根據現有的數據調查顯示，農村生活污水主要的問題在于富營養物質較高。國內農村污水水質成分整體差異性較小且整體結構較為穩定。污水中大多含有大量的富營養有機物，如：氮、磷等營養元素。污染物水質成分不存在大型化工類有毒物質，而是以合成洗滌劑(細菌、病毒以及微生物)為主。此外農村生活污水還存在水量小、分布雜的問題，因為農村的生活污水量普遍較小，且排放間隙變化幅度較大，一天之中早上、中午和晚上一般均會有一個高峰期，且受農村居住結構影響，整體分布較為駁雜，很難大面積集中或運輸處理。所以農村生活污水處理策略的設計，必須充分考慮其問題的特殊性[2]。

1.2 農村生活污水生物治理技術框架的構建

所謂生物治理可以看做是利用天然的微生物或者特殊培養的微生物對自然或人工水體資源進行凈化處理的環境保護技術。通過生物治理，可以將水體污染物或者有害物質轉變成無機物或者對自然水體環境無害的物質，且不會產生二次污染。大多數自然微生物菌具有一定自凈功能，但是因為水體污染物的增多，會導致微生物的死亡或生長緩慢，使微生物的水體抑制和凈化作用不斷減小，污染物含量上升并產生堆積，從而形成惡性循環。設計的農村生活污水生物治理技術整體框架結構如圖1所示。

圖1 農村生活污水生物治理技術整體框架

從圖1可以看出，設計的農村生活污水生物治理技術的核心步驟為：生活污水水體環境修復、水體凈化以及污水水底底泥生物凈化。上述三項技術可以分別針對農村生活污水水體表面和底部進行高針對性治理[3]。

通過化驗可以確定，農村生活污水表層因為自然條件結構較為簡單，整體治理難度不大。有關治理人員可以通過污水反應池調控整體水面狀況，調節污水含氧量，加入凈化微生物，使其進行有效繁殖并不斷分解水體表面污染物，在短期內即可達到凈化水體、提高水體微生物數量的目標。相比較污水表面治理，污水內部尤其是污水底部治理較為復雜。經過研究發現，農村生活污水底部大多為底泥、病毒、細菌等大量有害物質和大顆粒污染物。對于污水底部污染物的治理首先要做的就是增加底泥原有微生物數量。通過不斷對污水底泥部分增加氧氣排放，有效提高底泥原有微生物的總體數量。其整體結構如圖2所示。

圖2 分層治理示意圖

由于大量的氧氣很有可能導致生活污水水體出現富營養化，需要利用抑制藥物進行營養化抑制，或者通過種植大量鎖水生物消耗水體養分，此外大量的鎖水生物還能為底泥原有微生物提供充足的棲息繁衍環境。為了實時監測生活污水水體凈化情況，凈化人員可以在污水內部增設污水反應池，提高對污水水面清晰度、氧氣含量以及微生物含量的整體把控。

污水水體增氧設備的選擇會直接影響污水水體中的溶解氧含量，進而影響微生物的繁殖速度。目前對于水體的充氧設備以固定式充氧設備和移動式充氧設備為主。固定式充氧設備一般為氧氣車增氧、氧氣機增氧、氣孔增氧等；移動式增氧設備則大多以大型氧氣船為主。因為農村生活污水處理大多選擇小型污水處理池，所以移動式增氧設備并不適用于農村生活污水處理。對于大多數農村污水處理池來說，惡劣的水體環境很容易影響微生物的存活率，增氧設備的引入可以有效提高水體有氧區覆蓋面積，可以為微生物提供良好的生活環境，提高繁殖速度[4]。

為了進一步提高污水水體微生物繁殖效果，除了添加增氧設備外，設計額外選擇了生物膜凈化技術。生物膜凈化技術就是通過在原有污水池有氧區設置生物膜載體，不斷培養新的微生物，然后通過微生物填料不斷提高微生物繁殖速度。相比較正常微生物，通過生物膜凈化技術培育出的微生物具有更強的繁殖能力和新陳代謝能力，可以快速有效的分解水體中的污染物或富氧有機物以及污水底泥，從而凈化生活污水，其整體凈化原理如圖3所示。

圖3 生物膜技術結構示意圖

為了有效降低生物膜凈化技術所帶來的額外凈化成本，相關治理單位可以通過在生物膜周圍種植水生植物，吸收水體營養元素和周圍營養物質，并利用植物富集作用將污水中的有機物營養鹽進行去除。

1.3 農村生活污水生物治理技術流程

因為農村生活污水整體大多為封閉狀態，不受到外界自然水體因素的影響，可能會出現污水間隔性流動，所以對于農村生活污水治理的側重點更多應該放在污水底泥以及周圍病毒、細菌的治理。經過實際檢測，農村生活污水內部含有大量的有機元素，例如：磷元素、鉀元素以及氮元素等。這些優級元素很容易導致污水內部富營養化。因此生物治理的核心工作在于將微生物引入農村生活污水的底泥中，利用增氧和生物膜凈化技術，不斷提高微生物繁殖量，從而有效去除農村生活污水中的有害物質，其具體流程如圖4所示。

圖4 生物治理流程

整個生物治理流程可以細化為污水表面處理、污水底泥處理和排泥回流三步，其中每一部分均需要進行小步驟細化。

首先是污水表面處理。將農村生活污水進行匯聚，集中排入污水處理池中。在處理池內添加氧氣和凈化微生物，通過控制增氧量，提高污水池表面微生物繁衍量，對污水表面漂浮性污染物進行集中凈化。通過處理池內的反應池檢測系統，對污水池表面環境進行實際檢測，并判定是否符合凈化標準，如果符合則進入底泥處理環節，如果不符合則重新進行表面污染物處理[5]。

因為污水底部環境更復雜，且氧氣含量較低，再進行污水底泥處理前需要應用污水水體增氧設備進一步增大污水底部供氧量，提高水體有氧區覆蓋面積，可以為微生物提供良好的生活環境，提高繁殖速度。底泥處理需要利用底泥原有微生物的凈化作用，通過反應池檢測，測量污染水質底泥量，必要時需要應用生物膜凈化技術提高底泥微生物含量，然后通過微生物填料不斷提高微生物繁殖速度。

最后為排泥回流。經過之前的底泥排除后，為了防止二次污染，需要對凈化完畢的污水資源進行回流，通過設置回流管道可以將凈化后的污水向周圍自然水體直接排放，或進行其他方式利用。

2 實驗數據分析

為了科學驗證設計的農村生活污水生物治理技術的有效性，需要進行治理實驗，通過分析數據，確定其真實性。生物治理技術所用增氧設備參數如表1所示。

表1 設備參數

污水樣本選擇某實驗用生活污水，其參數如表2所示。

表2 污水樣本參數

以設計的生物治理技術為實驗組，以傳統凈化技術為對比組，對同污水樣本進行污水治理。對治理后的污水樣本的污水污染物含量和富營養物質含量兩項參數進行實際對比。

2.1 污染物檢測對比

污水污染物含量是鑒別污水處理結果的核心評定指標，針對實驗組和對比組凈化后的樣本污水進行污染物含量檢測，其結果如圖5所示。

圖5 污染物含量對比

通過圖5數據可以看出，隨著凈化時間的增加，實驗組和對比組污染水體中的污染物均出現明顯降低，但是對比組所剩污染物整體高于對比組，經過實際測算整體相差比例達到37%。

2.2 水體富營養化對比

由于農村生活污水內部含有大量富營養化元素，如果不能有效去除，很有可能造成自然水體富營養化。因此，對凈化后水體富營養化元素濃度綜合含量進行實際測算，其結果如圖6所示。

圖6 富營養元素對比

根據圖6信息可以看出，雖然實驗組和對比組四種核心富營養元素均處于安全線以內，但是實驗組凈化后的污水水體內的富營養元素含量明顯小于對比組，整體平均下降比例達到59%，排放后對自然環境傷害幾乎忽略不計。

3 結 語

為了解決農村生活污水處理面臨的財政壓力大、污水多、分布較雜且難以大面積集中的問題，本文基于農村污水的特點設計了生物治理技術。通過引入微生物、增氧設備以及生物膜凈化技術，對農村生活污水表層和底泥進行高針對性處理，實驗研究表明：相比較傳統的大型機械治理，生物凈化技術可以有效凈化農村污水，可以應用推廣。