農村生活污水處理技術(shù)探討

隨著(zhù)我國工、農業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展,人口的增長(cháng),環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴重,由于我國目前工業(yè)污染對農業(yè)生產(chǎn)的影響比較大,在一定程度上掩蓋了農業(yè)本身的非點(diǎn)源污染矛盾,致使后者成為潛在威脅并已經(jīng)造成了惡果,例如,非點(diǎn)源污染是造成太湖,滇池等湖泊的富營(yíng)養化問(wèn)題的重要原因之一。農村生活污水是造成農村水環(huán)境污染的原因之一。雖然農村人口分散,但由于人口數量多,幾乎沒(méi)有任何生活污水收集和處理措施,使農村生活污染源成為影響水環(huán)境的重要原因,且隨著(zhù)農業(yè)生活方式的改變而加劇。

　　1以土地處理為主的治理技術(shù)

　　1.1慢速滲濾土地處理系統

　　在我國沈陽(yáng)西部的滯洪區建的面積約為700hm2的慢速滲濾土地污水場(chǎng),可以簡(jiǎn)化用于農村生活污水的處理。趙思平等對此處理場(chǎng)在城市污水土地處理方面的應用進(jìn)行了闡述。慢速滲濾是土地處理污水技術(shù)中最廣泛應用的一種類(lèi)型。它具有易管理、經(jīng)濟效益顯著(zhù)的優(yōu)點(diǎn)。它有主系統,調節系統,輔助系統構成。沈陽(yáng)這一土地處理系統的主系統為水稻田;調節系統為耐污耐濕的紫穗槐及垂柳林地,主要調節主系統的水力負荷和污染負荷;輔助系統包括周?chē)�預處理池、上水溝、側滲溝、養魚(yú)池等。污水經(jīng)沉淀、氧化預處理后,進(jìn)入上水主渠,然后再進(jìn)入田間內等間距并行排布的上水支渠,這樣污水均勻的進(jìn)入地塊。污水經(jīng)處理后由側滲溝排出,匯入總排水溝,最后進(jìn)入養魚(yú)池。

　　該系統每年在植物生長(cháng)季節運行120～200d,在植物非生長(cháng)季節采用快速滲濾系統處理。該場(chǎng)年總進(jìn)水量為130000多m3,進(jìn)水水質(zhì)的SS,BOD5,COD,K-N,K-P分別為122mg/L,106.2～168mg/L,258～539mg/L,16.67～76.70mg/L,1.78～17.15mg/L,經(jīng)稻田處理平均處理率分別是42.2%,97.0%,86.9%,90.3%,96.6%。

　　1.2快速滲濾土地處理系統

　　北京市昌平使用的快速滲濾處理廠(chǎng)也可用于農村生活污水的處理。該系統一般由預處理池、滲濾池、集排水系統、貯存塘等部分組成。據北京昌平快速滲濾池運行15個(gè)月的凈出水水質(zhì)資料,凈化污水對COD,BOD5,SS,氨氮,硝基氮,總氮,總磷去除率分別為91.9%,95.3%,98%,85.6%, 54.1%,83.2%,69%。

　　滲濾池的土質(zhì)要求通透性能強、活性高,水力負荷大、處理效率好為原則。如無(wú)此類(lèi)土質(zhì)條件,也可以按照上述要求用砂、草炭及耕作土人工配置成濾料,制成人工濾床。一般在系統運行4～5周后,就需要對滲濾床耕作,以恢復其滲濾速度。

　　1.3生活污水的砂濾處理系統

　　這種砂濾系統是土地處理系統的一種,它在構建過(guò)程中一般采用沙子作為介質(zhì),讓污水經(jīng)過(guò)沙體滲濾排出系統,達到凈化的目的。它的凈化機制與其它土地處理系統大致相同。出水的SS,BOD5,COD一般可達80%以上,總氮、總磷去除率一般在40%～80%,何江濤等對此處理系統進(jìn)行了闡述,見(jiàn)表1。

　　1.4濕地系統

　　蘆葦處理床。蘆葦滲濾濕地土地處理系統是由葦地處理床的土層介質(zhì)滲濾而達到處理廢水的目的。它一般有預處理、布水系統,葦地處理床,集排水系統組成。圖1是蘆葦滲濾濕地處理系統的一個(gè)切面圖。

　　系統出水的COD、總氮、總磷的去除率一般可達80%～90%。這類(lèi)處理系統已經(jīng)在天津獲得應用。濕地系統的缺點(diǎn)是占地面積一般都較大,不太適合那些土地較缺乏的農村區域。

　　人工復合的生態(tài)床分潛流式和表面流式兩種,清華大學(xué)的模擬試驗裝置為:潛流式床和表面流床的前1/3段種植蘆葦(16株/m2),后2/3段種植茭白(12株/m2)。每個(gè)床體寬為1m,長(cháng)為6m,床深為0.7m,坡度為1%。潛流床體的底部鋪設10cm厚的沙石(直徑為2～4cm)層,中部為40cm的爐渣層,上部為10cm的土壤,污水在床體內部水平流動(dòng)。布水區和集水區分別填充直徑為2～5cm的卵石,寬度為40cm。在集水區底部安裝有多孔集水管并與外部一出水高度可調的豎管相聯(lián)結,水深保持在50cm左右。表面流床體內部均勻填充一定配比的爐渣和土壤混合物,深度為40cm。床體表面維持20cm深的自由水面,其深度由出口溢流堰調節。

　　其運行的水力負荷為30cm/d,進(jìn)水水質(zhì)為COD,TN,NH4+—N,TP分別為50～80mg/L,2～8mg/L,2～4mg/L,0.5～1.0mg/L,出水的去除率分別是57.0%～75.4%,57.0%～65.3%,72.5%～95.2%,59.7%～64.2%。

　　1.5毛細管滲濾溝處理系統

　　在日本此技術(shù)研究比較成熟,南京大學(xué)王勇老師等在承擔國家863太湖河網(wǎng)面源污染治理項目中,提出使用這種處理技術(shù)。這種技術(shù)國內也有報道。污水首先進(jìn)入預處理設施。從簡(jiǎn)便、實(shí)用、價(jià)廉、技術(shù)工藝成熟和較高處理效果等綜合因素考慮,使用化糞池為預處理設施。化糞池的上清液經(jīng)混凝土(陶土)管自流至滲濾溝。在配水系統的控制下,經(jīng)布水管、分配到每條滲濾溝床中。通過(guò)礫石層的再分布,沿土壤毛細管上升到植物根區,污水中的營(yíng)養成分被土壤中的微生物及根系吸收利用,同時(shí)得到凈化。見(jiàn)圖2。

　　1.6澳大利亞“FILTER”(非爾脫)污水處理系統

　　澳大利亞科學(xué)家和工業(yè)研究組織(CSIRO)的專(zhuān)家在最近幾年提出一種“過(guò)濾、土地處理與暗管排水相結合的污水再利用系統”,稱(chēng)之為“FILTER”高效、持續性污水灌溉新技術(shù),其目的主要是利用污水進(jìn)行作物灌溉,通過(guò)灌溉土地處理后,再用地下暗管將其匯集和排出。該系統一方面可以滿(mǎn)足作物對水分和養分的要求,同時(shí)降低污水中的氮、磷等元素的含量,使之達到污水排放標準。

　　澳大利亞曾在格林菲斯市進(jìn)行田間試驗。先后兩次試驗的面積為8hm2和16hm2,種植小麥,玉米,燕麥,粟米和牧草作物。田間排水暗管的埋深為1.0m,用初級處理后的城市污水進(jìn)行格田漫灌,每隔14d灌一次。該試驗的試驗效果見(jiàn)表2。

　　澳大利亞CSIRO與我國水利水電科學(xué)院和天津市水利科學(xué)研究所合作,曾在天津市武清縣建立試驗區,試驗總面積2hm2,暗管埋深1.2m,兩種處理的暗管間距為5m和10m,引取北京市初級處理后的污水和沿程匯集的鄉鎮生活污水,灌溉小麥。試驗表明,97%～99%的磷通過(guò)土壤及作物的吸收而被除去,總氮的去除率達82%～86%,生物耗氧量的去除率為93%,化學(xué)耗氧量的去除率為75%～86%。排水暗管的間距小,則去污效率高。上述中澳雙方試驗研究成果,在澳大利亞農業(yè)研究中心的主持下,于2000年12月在北京通過(guò)鑒定。

　　2蚯蚓生態(tài)濾池處理系統

　　此項技術(shù)是筆者提出的適用于50～300戶(hù)左右集中型農戶(hù)的污水處理系統,現已經(jīng)在太湖流域農村建立了示范工程。本示范工程將農戶(hù)現有的化糞池改造后或直接加以利用,用強化溝替代農戶(hù)的溝渠或排污管,出水進(jìn)蚯蚓生態(tài)濾池,其工藝流程如圖3。本技術(shù)在國內外研究的還不多,同濟大學(xué)在其處理城市生活污水方面進(jìn)行了一些研究。

　　本人將此技術(shù)運用到農村生活污水的處理中,已經(jīng)得到很好的效果。濾池主要有布水裝置,生態(tài)濾床和排水裝置三部分組成。生態(tài)濾床從下層依次往上是:大石頭(鵝卵石,直徑4～7cm),小石頭(直徑1～3cm),沙子和土壤層,此層也可以說(shuō)是蚓糞層(vermicasting),是蚯蚓活動(dòng)的主要場(chǎng)所,土壤上面可以種植一些植物。現已進(jìn)行蚯蚓生態(tài)濾池的中試研究,根據運行試驗的情況來(lái)看,此系統很適合于處理農村生活污水。筆者現在已經(jīng)對此技術(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn),提出了塔式生態(tài)濾池(T-VBF),并建成了中試。中試裝置有三個(gè)塔層組成,原理相當于幾個(gè)O-A-O-A-O-A的有機聯(lián)合,此項技術(shù)正在申請專(zhuān)利。

　　3生態(tài)廁所技術(shù)

　　生態(tài)廁所(Biotoilet)最先見(jiàn)于日本,是在不使用水沖的前提下,在座便器下方建造一長(cháng)方形池,內填充鋸木屑作為載體,并輔以較小的動(dòng)力攪拌,通過(guò)有氧微生物的放熱發(fā)酵,將排泄物轉化為無(wú)臭味的氣體(水和CO2)和較干燥的有機肥。

　　生態(tài)廁所特點(diǎn):不需要用水,節約了大量的水資源;廁所內無(wú)臭味,不需要掏廁所;鋸木屑本身是一種廢棄物,到處可以找到;有機肥回用部分解決了化肥施用過(guò)大的問(wèn)題,減少了對水體的污染。

　　4集中型污水處理厭氧-好氧工藝

　　在較為發(fā)達的農村,也可以考慮河海大學(xué)提出的滴濾床技術(shù),它適用于200戶(hù)左右集中型農戶(hù)的污水處理系統,主要工藝流程為:

　　生活污水→化糞池→厭氧好氧滴濾床→深度處理生物塘→回用或排放

　　此工藝特點(diǎn):土壤自?xún)暨^(guò)程的人工強化;利用虹吸作用,無(wú)需單獨充氧,節省運行費用;可與其他技術(shù)組合使用。

　　5“LIVINGMACHINE”生態(tài)處理系統

　　近年來(lái),在美國、加拿大、英國、澳大利亞等國家出現了一種叫“LIVINGMACHINE”的生態(tài)系統,是用于工業(yè)和生活污水的處理。其技術(shù)基礎是活化技術(shù),活化技術(shù)是采用多種生物形式在人工裝置中,建立新的物種聯(lián)系,從而進(jìn)行某種凈化處理。

　　加拿大多倫多市BODY SHOP工廠(chǎng)內就建有這樣的一個(gè)處理系統,它的設計和施工的原則均是利用自然生態(tài)系統將污水凈化,是一個(gè)較為完善的生態(tài)系統。在這個(gè)系統中,設計者將很多種類(lèi)的動(dòng)植物集中在一起,使之形成一個(gè)連續反應的封閉循環(huán),反應箱和反應池包涵了從細菌、藻類(lèi)到植物、蝸牛、魚(yú)類(lèi)的多種生物有機體,這個(gè)有機體通過(guò)一系列的反應減少污水中的營(yíng)養體和病原體,并使它們消化在一個(gè)連續的食物鏈中。這些植物是:桉樹(shù)、杜松、小香蕉樹(shù)、月桂、櫻草、薄荷樹(shù)以及紫草科植物等。

　　污水首先進(jìn)入封閉在地下的無(wú)氧箱,一段時(shí)間后進(jìn)入無(wú)氧箱,空氣由底孔吹入,在此氨氮在細菌的作用下分解為硝化物,其后流入生物綜合池,在池內,其中的藻類(lèi)、單細胞有機體、魚(yú)類(lèi)、水生及沼澤植物等一系列豐富的生物混合體,將對水中的營(yíng)養物繼續分解,隨后污水流經(jīng)地下濕地,通過(guò)植物根系作用及沙石的過(guò)濾,硝化物在此轉變?yōu)榈獨?污水被初步凈化。這種污水處理的生態(tài)系統有美觀(guān)、耐用、體積小、費用低特點(diǎn)。

　　6結語(yǔ)

　　由于以前農村污染的問(wèn)題在我們國家一直被忽略,也就是近幾年隨著(zhù)湖泊富營(yíng)養化原因的逐步明朗,即面源污染控制的提出,我們才把農村的污染治理問(wèn)題逐步提到日程上來(lái)。因此,到目前為止,處理農村生活廢水的例子很少,加之廣大農村的特殊性,開(kāi)發(fā)適合于農村污染治理的新技術(shù)顯的尤為重要和緊迫。