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    新農村建設中污水處理系統建設的研究

    發布時間:2014-05-31

    新農村建設中污水處理系統建設的研究

        摘 要:隨著水體污染日趨嚴重,新農村建設步伐加快,污水處理已成為我國新 農村建設的重大問題,必須根據農村污水特點等,建立完善的農村污水處理系統。介紹了國內外農村污水處理的模式和工藝,并比較分析了現有工藝的特點;根據我國農村污水的主要特點等,提出相應的污水處理模式和工藝,為新農村污水處理系統建設提供參考。
        關鍵詞:污水處理;人工濕地;生物膜;新農村   

        隨著城鎮化進程的推進,農村污水處理是新農村建設的重要組成部分。農村生活污水是面污染來源之一,全國90 %以上的生活污水或糞便廢水直接排放到地下或湖泊等流域,如太湖、滇池的富營養化均有部分來自于農村生活污水。農村污水的隨意排放,旱廁的使用,造成江河湖泊流域、地下水等水環境受到污染,治理農村污水,不僅能改善農村生活環境,還能控制流域的水質污染和湖泊的富營養化,改善水體環境,同時處理的中水用于農業灌溉,緩解農業用水的緊張。因此急需研究新農村的污水系統,提出適合我國的多樣化農村污水處理系統。

    1 農村污水處理現狀
    1.1國外農村污水處理現狀
        農村污水處理方面,各國都有自己的處理工藝。日本在1977 年,實行農村污水處理計劃,成立農村污水處理協會,負責研究適合農村污水處理的設備。其設計了JARUS 模式的15種污水處理裝置,處理工藝主要是生物膜法和浮游生物法,具有體積小、成本低、操作簡單的特點。到1996 年底,建成2000座農村小型污水廠,處理后的中水用于農業灌溉,污泥用作農田肥料[1 ] 。德國也很重視污水處理,到1992 年,全德國的污水接管率就達到92. 2 %[2 ] 。在相對集中的農村采用集中處理,對于分散的農村采用分散小型污水處理設施,其主要以腐化池為主,外加生物濾池、生物接觸池、穩定塘等[3 ] 。韓國農村居民多分散居住,采用小型、簡易的污水處理系統,工藝為濕地污水處理系統,其缺點是占地大,受充分供氧、氣溫和植物生長季節的影???等[1 ] 。歐洲、北美、新西蘭等農村也采用該工藝[1 ] 。澳大利亞主要采用"過濾、土地處理與暗管排水相結合的污水再利用系統"---"FIL TER(非爾脫) ",該系統處理后的中水能滿足作物養分的要求[1 ] 。
    1.2國內農村污水處理現狀
        我國農村污水處理設施建設比較晚,"十一五"規劃推動農村污水處理建設,要求農村無公害排放,但是我國農村經濟發展落后,農村污水處理設施建設才剛起步。
    北方部分農村及沿海地區大部分農村配有污水處理系統,多以單村處理為主。如北京各村現在實行污水處理建設,多采單村處理模式,只有部分相對集中的村落采用集中處理;還有少數靠近城鎮的村落,污水管接入城市集中處理管網。分散布置模式采用的處理工藝主要有人工濕地、生物膜法(MBR) 、智能化小型污水處理工藝(CWT) 等。但存在部分系統冬季低溫無法運行;日變化系數大,系統少數時間高負荷運行;污水量太小時,停止運行。沿海地區等集中村落設有污水處理系統,但處理工藝落后,多采用城市污水處理工藝;靠近城市村落,接入城市管網;分散的、經濟相對差的村落無污水處理設施。

    2 污水處理工藝
    2.1 穩定塘處理工藝
        穩定塘是???若干自然或人工開挖的池塘組成,通過塘內的藻、菌、浮游水生物的綜合作用達到凈化污水,其出水水質較好。Bonomo 等在研究浮萍穩定塘系統處理村鎮或社區污水中,發現TSS 去除率可達80 % ,COD 去除率大于75 % ,但氣溫下降,COD 去除率降到60 %[4 ] 。
        在傳統基礎上改進的高效藻類穩定塘比傳統的穩定塘有更多的生物,并增加攪拌裝置,促進污水混合;調節塘內的氧氣和二氧化碳的濃度,及水溫和水質,從而提高有機物、氮和磷的去除率。高效藻類穩定塘受光照、溫度、水深和塘內流速的影響大。黃翔峰等認為冬季污水停留時間是夏季的2 倍,夏季較適宜的水溫為18~25 ℃,并且較高的流速能提高去除效果。設計水深時,需考慮光照,更多的光透入池底,有助于藻類的光合作用,提高TP、磷的去除率[5 ] 。何少林研究發現塘內p H 值和葉綠素a 濃度共同決定磷酸鹽的去除效果,同時葉綠素a 又影響p H 值,但是當p H 值達到8. 0 時,磷酸鹽的去除率下降到26 %[6 ] 。常通過采取光照、水溫、攪拌來穩定池內p H 值,達到穩定的磷酸鹽去除率。

    2.2人工濕地處理工藝
        人工濕地處理系統是在人工鋪的基質上種植蘆葦、大麻、香蒲、鳳眼蓮等水生植物,利用濕地構成的土壤、植物,水生動物和微生物共同過濾、吸收污染物的工藝。按植物類型有挺水植物和浮游植物,按照水流形式分為表面流濕地、替流人工濕地和垂直流人工濕地。
        濕地的基質、植物和水中微生物是凈化污水的主體,植物起消耗營養物質和輸氧的功能。付融冰等發現有植物的人工濕地的硝化能力明顯高于無植物的人工濕地[7 ] 。袁東海等人發現植被在人工濕地COD 去除中也起著重要作用,石菖蒲植物達到80. 46 %;燈心草為75. 53 %;蝴蝶花為70. 50 % ,石菖蒲植物人工濕地總氮平均去除率為77. 77 %; 燈心草為71. 17 %;蝴蝶花為66. 38 %[8 ] 。付融冰等人發現蘆葦濕地對TN 的去除略好于菖蒲濕地[9 ] 。劉超翔等人發現茭白對氮、磷的吸收能力強, 蘆葦具有較強的輸氧能力,兩者混種能提高BOD 和氮、磷的去除率。人工濕地對氮、磷的去除效果很好[10 ] 。李旭東等人發現礫石潛流濕地氮去除率可達60 % ,磷去除率達70 % ,且認為沸石潛流濕地適宜用于氨氮含量高的污水;礫石潛流濕地適宜用于處理磷含量高的污水[11 ] 。

    2.3土地處理工藝
        在??工控制下,污水經過土壤- 植物系統的物理、化學、生物等的處理,達到凈化的效果,是無動力處理工藝。我國現有的工藝有快速滲慮處理系統、地下滲慮處理系統等??焖贊B慮處理系統是使滲透性好的土壤處于周期性的淹沒和干旱的交替狀態,使污水經歷厭氧和好氧處理的一種處理工藝。具有較好的氮、磷去除率。何江濤等人研究此系統的處理效果, 發現COD ,BOD5 去除率可達90 %和80 %; TN ,NH +4 的去除率可達95 % ,表明快速滲濾污水處理系統具有很高的處理效果[12 ] 。

    2.4生物膜處理工藝
        生物膜法是指以天然材料(如卵石) 、合成材料(如纖維) 為載體,其表面的生物膜為微生物提供附著面,微生物通過分泌的酵素和催化劑降解污水中的物質,同時代謝生成物排出生物膜。生物膜法主要工藝有生物廊道、生物濾池、生物接觸氧化池等。生物膜法具有較高的處理效率,對于受有機物及氨氮輕度污染水體有明顯的凈化效果?,F有簡易、方便操作、集一體的生物膜工藝如膜生物反應器(MBR) 和智能化小型生活污水反應器。張麗麗等人發現COD 的平均去除率達90 % ,氨氮的去除率可達70 %[13 ] ;魏群等人試驗發現藻類生物膜對總磷、總氮、氨氮???COD 的去除率分別為98. 17 %、88 %、89 %、93. 61 %[14 ] 。

    2.5蚯蚓生態濾池
        蚯蚓能使土壤形成團粒結構,疏松多孔,透氣性好,而且蚯蚓吞食腐爛的有機物和泥土。在生態濾池中,還具有促進有機物質的分解轉化等生態功能。蚯蚓生態濾池對COD、BOD5 、TSS 的去除率都在80 %以上,對N H32N 的去除率在55 % 以上,總磷去除率在45 % 以上[15 ] 。

    2.6組合處理工藝
         組合處理工藝是根據農村當地的實際水質及出水的用途,將2 個或3 個工藝組合,提高處理效果和系統抗沖擊負荷性能。常見的組合有生物接觸氧化與人工濕地組合、穩定塘- 人工濕地系統組合處理、厭氧沼氣- 跌水充氧接觸氧化- 人工濕地技術組合、水解池一滴濾池一人工濕地組合等,組合靈活;在去除率方面,優劣互補或相互促進。
        生物接觸氧化與人工濕地組合工藝是用空氣管人工調節供氧,替代植物輸氧作用的一種人工濕地。吳彩斌等發現該工藝對農村生活污水中的CODCr 、TN、TP 的平均去除率分別為72. 9 %、86. 6 %、89. 1 % ,出水都能達到一級排放標準[16 ] 。
    白永剛等針對??湖流域農村生活污水提出滴濾池- 人工濕地組合工藝,發現其對BOD、TN 的平均去除率達75 % 、60 % ,對TP 的去除率可達90 %[17 ] 。
    還有厭氧沼氣- 跌水充氧接觸氧化- 人工濕地技術組合、穩定塘和人工濕地系統組合的處理工藝。

    3我國農村污水特點
        農村污水含有大量的營養鹽、**和病毒等,高于其他污水的氮、磷,容易污染地下水,造成湖泊的富營養化,降低流域的水質?,F在我國多數農村普遍沒有排污措施,部分地區還使用旱廁,生活污水任意排放,且雨、污不分。
    在沿海地帶,單村的污水量大,季節性強,村落分布相對內地集中,污水濃度高;在南方,氣溫普遍高,村落分布很分散,單村人口少,污水量小,且季節性小,污水濃度低,以有機污染物為主,普遍沒有排水管;中部農村相對于南方,村落分散性小,污水濃度高;在北方,氣溫低,污水水質季節性強,濃度高,污水量小;西部農村分布集中,氣溫低,污水量大,濃度高。

    4 適合我國的農村污水處理系統
    4.1處理模式
        有集中處理和分散處理模式,對于沿海地區、西部等村落分布集中或單村污水量大的,??用集中處理模式;對于南方等山區分散的村落,采用分散處理模式。
    4.2污水處理系統選擇
        農村的排水措施不全,對于南方、中部和北方等經濟發展相對慢的地區,首先完善排水措施,改旱廁為衛生馬桶等節水器,并在每戶修建簡易化糞池或者沼氣形式的化糞池,減輕污水處理主體的負荷,還可利用沼氣節約能源;村落靠近附近城市,且管道的布設投資低,可接入城市污水管網。
        農村的經濟發展水平、進水和出水水質及所處的環境不同,所采用的工藝也不同。在沿海地區,一般采用兩種或三種組合工藝:地形寬、便于布置人工濕地、對COD、TN、TP、氨氮的去除率要求高,或中水排放到湖泊等流域的鄉村,可考慮采用厭氧沼氣- 跌水充氧接觸氧化- 人工濕地工藝;同樣可采取生物接觸氧化與人工濕地組合和高效藻穩定塘- 人工濕地系統組合處理工藝。對于人工濕地工藝,根據污水的水質及排放標準,選取不同基質和植物或增加其他措施,提高去除率。
        在南方,村落多位于山區,污水廠布置受占地面積的限制,要求處理工藝自動化程度高,易維護,污水處理主體設備集一體,便于運輸、安裝及管理。對于單村污水量小于50 m3 / d 的單村,可采用智能化小型生活污水處理工藝(CWT2M) ;對于小于150 m3 / d 的單村,可采用膜生物反應器(MBR) ;分布在湖泊等流域附近的村落,需考慮湖泊等流域的富營養化問題,可采用高效藻類穩定塘等。
    在中部地區,可采用分散處理和集中處理,分布較集中的幾個村落,且管道布置投資小,采用集中處理,其他采用分散布置。對于集中處理的村落,可采用膜生物反應器(MBR) 、蚯蚓生態濾池、快速滲慮處理系統、地下滲慮處理系統等;在水源附近的村落,需保護水源,可采用組合工藝和高效藻類穩定塘,如水解池-滴濾池-人工濕地組合。
        在北方農村,污水系統正常運行的溫度成為重要問題,因此在考慮村落的分散性、污水量及濃度問題外,還需結合工藝的運行溫度??拷擎偞迓涞奈鬯M可能接入城鎮污水管網,分散的單村,污水量小于50 m3 / d ,可采用智能化小型生活污水處理工藝(CWT2M) ,因為其工藝的主體埋于地下,增加其對溫度的適應性;污水量大的村落可采用快速滲慮處理系統、地下滲慮處理系統等土地處理工藝。
    西部地區,優先采用土地處理工藝,如快速滲慮處理系統、地下滲慮處理系統等,還可采用高效藻類穩定塘和部分組合工藝。

    5 結語
        目前農村生活污水任意排放,造成流域等水體污染,同時農村經濟發展趕不上城鎮,地區特點突出等,因此新農村污水處理系統建設迫切需要經濟、高效、自動化高的一體化處理系統,以適應我國農村污水的多樣性等。在選擇工藝時,要結合當地實際情況,如水質、水溫、經濟發展水平等因素,綜合考慮確定具體工藝。

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