分散式污水處理法在農(nóng)村污水中的應(yīng)用

黃英才 周沁宇 李雨桓 申泰銘

（桂林理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 廣西桂林 541004）

引言

近些年來(lái)，隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展與農(nóng)村生活的日益繁榮導(dǎo)致農(nóng)村污水增多。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常伴隨著化肥的施用，過(guò)量施用氮、磷、鉀所造成的污水被認(rèn)為是發(fā)展中國(guó)家農(nóng)村地區(qū)農(nóng)業(yè)污染的主要污染源。農(nóng)村生活污水中主要由廚余廢水、沖廁污水及糞便等組成[2]。農(nóng)村廢水排放至溝渠中并進(jìn)一步污染江河湖泊，其中過(guò)量的氮、磷導(dǎo)致江河湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化。

“十三五”規(guī)劃中指出，我國(guó)需要在2020 年實(shí)現(xiàn)對(duì)生活污水處理率超30%的目標(biāo)。現(xiàn)階段我國(guó)農(nóng)村污水處理設(shè)施建設(shè)已取得一定普及，對(duì)農(nóng)村污水處理率的提高成果顯著；預(yù)計(jì)至2035年，我國(guó)農(nóng)村生活污水的處理率將達(dá)到60%[1]。我國(guó)農(nóng)村污水在不同地區(qū)、不同時(shí)段水質(zhì)差異性大，且其排放具有“散，差，小”等特點(diǎn)，因此分散式污水處理法是我國(guó)解決農(nóng)村污水問(wèn)題的重要方向[2]。

目前國(guó)內(nèi)外所采用的分散式污水處理法主要分為微生物法和生態(tài)處理法。微生物法利用微生物自身的代謝作用，在好氧或厭氧條件下處理污水，降解或轉(zhuǎn)化其中的有機(jī)物、氮、磷等污染物質(zhì)。常用的生物法有：活性污泥法、生物轉(zhuǎn)盤(pán)法等。而生態(tài)法則主要根據(jù)土壤，植物，微生物三方構(gòu)成復(fù)合系統(tǒng)，通過(guò)一系列協(xié)同轉(zhuǎn)化作用實(shí)現(xiàn)降解廢水的目的[3]。本文將就我國(guó)農(nóng)村污水處理過(guò)程中遇到的主要問(wèn)題，以及國(guó)內(nèi)外所采用的分散式污水處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，尋找適應(yīng)中國(guó)農(nóng)村污水特點(diǎn)的處理方式和方法。

1 我國(guó)農(nóng)村污水排放和處理現(xiàn)狀

我國(guó)農(nóng)村地區(qū)面積廣大，農(nóng)村地區(qū)污水的水量、水質(zhì)和排放特性存在較大差異。農(nóng)村地區(qū)廢水主要源自農(nóng)村生活污水、不合理的化肥施用、農(nóng)藥污染物殘留等。而我國(guó)大部分農(nóng)村地區(qū)水處理技術(shù)較為落后，廢水處理主要依靠自然蒸發(fā)，污水設(shè)施并未達(dá)到完全覆蓋，因此，我國(guó)農(nóng)村污水排放呈現(xiàn)“散，差，小”等特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止至2018 年，我國(guó)農(nóng)村地區(qū)每年產(chǎn)生約200 億噸廢水，無(wú)序排放非常常見(jiàn)。未經(jīng)處理的廢水對(duì)農(nóng)村地區(qū)的土壤、地表水和地下水造成了一定的污染。在我國(guó)250 萬(wàn)個(gè)村莊中，農(nóng)村廢水處理率不及10%。并且，在我國(guó)已經(jīng)建成的50 多萬(wàn)座農(nóng)村污水處理設(shè)施所覆蓋的行政村，僅占我國(guó)所有行政村的25%[1]。

目前，我國(guó)農(nóng)村所采用的污水處理模式大致可分為以下三種類(lèi)型：（1）接管模式：在城鎮(zhèn)周邊村莊，通過(guò)鋪設(shè)污水管網(wǎng)將農(nóng)村污水收集到城市污水處理廠。（2）集中處理模式：在遠(yuǎn)離城市污水處理廠的人口密集的村莊，建設(shè)一些集中的污水處理設(shè)施。（3）分散處理方式：在住宅分散、地形復(fù)雜、人口稀少的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，對(duì)單戶(hù)或多戶(hù)污水進(jìn)行分散式污水集中處理。其中，分散式污水處理作為對(duì)集中式污水處理的補(bǔ)充，有助于解決我國(guó)廣大農(nóng)村地區(qū)集中式污水處理不能完全覆蓋的缺陷。在實(shí)際污水處理工程中，常根據(jù)不同水質(zhì)、地區(qū)而采用不同的分散式污水處理方案，以達(dá)到提高處理效率、減少土地占用、減少建設(shè)投資和控制運(yùn)營(yíng)成本的目的。

2 農(nóng)村污水處理常用技術(shù)

2.1 傳統(tǒng)“三格式”化糞池

“三格式”化糞池廣泛存在于我國(guó)廣大農(nóng)村地區(qū)，由于其建造簡(jiǎn)單、造價(jià)低，大致可滿(mǎn)足目前農(nóng)村居民日常生活需要。但是，隨著我國(guó)農(nóng)村“改廁”政策及污水處理水質(zhì)要求的提高，傳統(tǒng)的“三格式”化糞池面臨著出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，處理效率低下等問(wèn)題。韋昆等人[4]對(duì)傳統(tǒng)化糞池進(jìn)行改造中，設(shè)置多層孔板、厭氧折流板等裝置對(duì)化糞池進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，經(jīng)改造的化糞池對(duì)氮、磷的去除效果較傳統(tǒng)化糞池相比最高提高20%，化學(xué)需氧量去除率最高提高40%，出水水質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)要求。可見(jiàn)，在傳統(tǒng)“三格式”化糞池的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，不失為一種投入少見(jiàn)效快的提高農(nóng)村污水處理效果的辦法。

2.2 沼氣池

沼氣是一種利用糞便、農(nóng)作物秸稈等有機(jī)廢棄物進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的以甲烷（CH4）為主的混合氣體。沼氣作為一種清潔可再生能源，可以很方便的運(yùn)用于我國(guó)廣大的農(nóng)村地區(qū)，對(duì)于環(huán)境保護(hù)、優(yōu)化農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)、節(jié)能減排具有著極大的意義。隨著低溫沼氣池技術(shù)的進(jìn)步，北方地區(qū)的農(nóng)村在較寒冷的季節(jié)也可以用上沼氣，并且將沼氣池與溫室大棚聯(lián)合使用，極大地推進(jìn)了設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展獲取了可觀的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益[5]。沼氣池雖然具有運(yùn)行穩(wěn)定、無(wú)需動(dòng)力、無(wú)需專(zhuān)人維護(hù)、可對(duì)農(nóng)村污水進(jìn)行二次利用等優(yōu)點(diǎn)，但是，在厭氧狀態(tài)下運(yùn)行的沼氣池也存在處理負(fù)荷低、出水水質(zhì)不穩(wěn)定、對(duì)氨氮、總磷的去除效果差等眾多缺點(diǎn)。因此，沼氣池應(yīng)當(dāng)作為一種能量回收裝置來(lái)看待，而不是一種污水處理設(shè)施。

2.3 活性污泥法

目前，集中式污水處理設(shè)施主要采用活性污泥法，其原理是以微生物繁殖而成的絮狀物為主體，通過(guò)吸附，凝聚，氧化等一系列作用使污水中的無(wú)機(jī)物和有機(jī)物得到去除從而達(dá)到污泥與水分離的目的。一部分污泥排出進(jìn)行無(wú)害化處理，一部分經(jīng)回流至曝氣池中。活性污泥法經(jīng)過(guò)不斷的改進(jìn)，發(fā)展出序批式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor SBR）、接觸穩(wěn)定法、完全混合法等工藝。宋小燕等人[6]應(yīng)用間歇曝氣序批式活性污泥法處理養(yǎng)豬沼液穩(wěn)定運(yùn)行期實(shí)現(xiàn)了TN 去除率達(dá)90%，對(duì)于活性污泥法處理高氨氮低碳氮比上具有可借鑒性。詹旭，王翔等人[7]采用厭氧折流板反應(yīng)器（Anaerobic Baffled Reactor ABR）工藝處理養(yǎng)豬場(chǎng)廢水,處理后出水化學(xué)需氧量濃度小于100mg/l，氨氮濃度小于25mg/l，出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)[11]。活性污泥法在國(guó)內(nèi)外常用于處理養(yǎng)殖畜禽類(lèi)廢水，如養(yǎng)豬廢水、禽類(lèi)養(yǎng)殖廢水等對(duì)污水處理程度要求較高的農(nóng)村地區(qū)。但活性污泥法作為農(nóng)村地區(qū)分散式污水處理技術(shù)應(yīng)用上，其存在著水質(zhì)變化適應(yīng)差、曝氣池負(fù)荷低、占地大、建筑運(yùn)行費(fèi)用較高等缺點(diǎn)。

2.4 土地滲濾技術(shù)

土地滲濾處理是生態(tài)處理法的一種，污水垂直入滲進(jìn)入具有良好通透性的地下，流經(jīng)天然土壤或種有植物的天然土壤表面，經(jīng)過(guò)土壤的吸附、沉淀、絡(luò)合以及與微生物的生化作用等過(guò)程使污水得以?xún)艋鬯械牡卓梢允沟猛寥赖姆柿Φ玫窖a(bǔ)充。土地滲濾技術(shù)因其建造成本低、運(yùn)行原理簡(jiǎn)單被廣泛運(yùn)用在農(nóng)村地區(qū)，同時(shí)其不產(chǎn)生臭味，不滋生蚊蟲(chóng)，因而與人工濕地系統(tǒng)相比存在著一定的優(yōu)勢(shì)[8]。但土地滲濾處理是以天然土壤為介質(zhì)，處理效果受土壤質(zhì)地、土壤環(huán)境等各方面影響較大，且存在著污染地下水的風(fēng)險(xiǎn)，因此不適用于處理有機(jī)負(fù)荷大、溶解性固體多、重金屬含量過(guò)高的污水。

2.5 人工濕地系統(tǒng)

人工濕地是由人工建造和控制運(yùn)行的與沼澤地類(lèi)似的地面，將污水有控制的投配到人工濕地上，可實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的處理。人工濕地的污染物去除機(jī)理包括物理、化學(xué)和生物過(guò)程；通過(guò)物理過(guò)程去除污水中的懸浮物，通過(guò)生物降解過(guò)程將污水中的有機(jī)物、氨氮等各類(lèi)污染物去除。人工濕地的性能取決于溫度、水力負(fù)荷、植被、填充介質(zhì)等各種因素。人工濕地系統(tǒng)具有建造運(yùn)行費(fèi)用低、對(duì)污染物去除率較高、負(fù)荷性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。人工濕地可根據(jù)水力流量的不同將其劃分為表面流、水平潛流和垂直流三種類(lèi)型而進(jìn)行建造。常見(jiàn)的組合濕地便是按照設(shè)計(jì)需要將該三種濕地進(jìn)行串聯(lián)或多級(jí)組合。蘭書(shū)煥等人[9]采用生物膜+水生蔬菜型濕地處理實(shí)際農(nóng)村生活污水，對(duì)COD 的去除率最高達(dá)69.23～96.53%，對(duì)氨氮去除率達(dá)95.9%～97.26%，出水水質(zhì)達(dá)到相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)[10]。使用生物膜+水生蔬菜栽種不僅可以調(diào)動(dòng)農(nóng)民對(duì)污水處理的積極性，還可以降低濕地實(shí)際使用過(guò)程中常出現(xiàn)的濕地堵塞的幾率。

結(jié)語(yǔ)

總體而言，我國(guó)部分農(nóng)村地區(qū)采用的分散式污水處理技術(shù)可以滿(mǎn)足居民日常的生活污水處理需求，但在農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的趨勢(shì)下，部分農(nóng)村地區(qū)仍缺乏相應(yīng)的污水處理設(shè)施；目前我國(guó)大部分農(nóng)村地區(qū)仍然存在著生活污水未經(jīng)處理直接排放至河流湖泊中的現(xiàn)象。由于我國(guó)現(xiàn)階段大部分地區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)并不發(fā)達(dá)、農(nóng)村財(cái)力薄弱、投資低的問(wèn)題依舊存在，因此，運(yùn)行維護(hù)成本低的處理技術(shù)，如土地滲透技術(shù)、人工濕地技術(shù)，能更好的解決我國(guó)農(nóng)村地區(qū)污水處理程度低下的問(wèn)題。但在實(shí)際工作中，由于污水處理設(shè)施位置分散、各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)水平參差不齊、監(jiān)管模式差異等問(wèn)題也隨之而來(lái)。對(duì)于上述技術(shù)的推廣、應(yīng)用以及運(yùn)行管理和監(jiān)督，是政府制定政策時(shí)所要面臨的重要問(wèn)題。