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关于农村污水处理,可以借鉴这3套技术方案

发表时间:2019-10-15 13:26

  关于农村污水处理,可以借鉴这3套技术方案


  本文共计四部分:


  1、农村污水处理现状


  2、农村生活污水处理技术


  3、农村污水面临的问题


  4、农村污水处理方案对策


  据统计,我国废水总排放量为600亿t/a,其中乡镇污水为200亿t/a,农村生活污水为80亿t/a,农村污水处理率仅为6%,96%的村庄都没有排水渠道和污水处理系统。而这些污水的随意排放,给自然环境造成了很大的污染。


  为了解决农村污水处理问题,近年来,国家也颁布了不少政策。


  2015年4月,国务院发布了《水十条》,要求“实行农村污水处理统一规划、统一建设、统一管理。到2020年,新增完成环境综合整治的建制村13万个”。


  党的十九大报告提出:开展农村人居环境整治行动,青山就是金山银山。


  2018年的“两会”政府工作报告中再次强调,要推进“厕所革命”,加大污水处理设施建设力度,并提出到2018年底排放污水中的化学需氧量、氨氮排放量要下降2%的目标。


  我国农村生活污水处理单元技术,现在已经发展的很成熟了,但是由于每个单元技术都有各自的缺陷、适用范围,所以必须因地制宜地选取农村生活污水处理技术。现在我们缺乏的是系统集成技术的创新。


  本文针对农村污水处理现在所面临的问题和工艺技术上的问题,都提出了一些对策和建议。


  农村生活污水现状


  一、农村生活污水特点


  1、高分散性,难于统一收集。我国幅员辽阔,加上农村地形复杂、经济发展程度低的影响,污水无法利用市政管网统一收集,农户一般直接将其排放到房外沟渠或泼洒到地面。


  2、水量小,水量波动大。由于农村分散,常驻人口不多,相应产生的生活污水也很少,但每天居民的用水习惯基本相似,在早、中、晚各有一个用水高峰期,其他时间用水很少,用水量日变化系数一般为1.9~2.5。季节特征明显,夏季排放量比冬季大。


  3、有机物浓度偏高。生活污水中含有COD、氮、磷等元素,可生化性强,COD平均最高浓度可达到500mg/L。但生活污水中不含重金属元素等有害物质,利于运用生物处理技术。


  4、水质、水量地区性差异大。由于我国农村各个区域的发展程度、地形气候、个人习惯各不相同,使得农村生活污水在每个地方的水量、水质各不相同。


  二、农村生活污水来源


  1、厨房污水。厨房污水是农村生活污水中有机物的主要来源,排放量占生活污水总量的20%。


  2、洗涤污水。洗涤污水占生活污水总量的50%以上,含大量的氨氮、磷等元素,是造成农村水体富营养化的主要原因。


  3、厕所污水。厕所污水是农村生活污水中氮、磷、COD、细菌、病毒的主要贡献者。


  农村生活污水处理技术


  一、生物处理技术


  1、生物接触氧化法


  原理:利用外界曝气的条件,既能让污水和附着在填料表面的微生物所形成的生物膜充分接触,又能使好氧微生物分解水中有机物,从而达到净化的目的。


  优缺点:出水水质好、占地面积小、耐冲击、适应性强、没有污泥膨胀问题,运行管理方便。但存在填料容易堵塞、坍塌、需要鼓风曝气设备、基建投资和运转费用偏高的缺点。


  2、生物滤池法


  原理:以碎石、塑料为滤料,将污水从滤料上面均匀流下,使滤料表面形成微生物膜,利用微生物膜对有机物的分解作用,达到污水净化的目的。


  优缺点:运用时无需沉淀池、节省占地、抗冲击性强、运行成本低。为避免运行过程中的曝气工序增加运行成本,目前多采用自然通风生物滴滤池。


  如将生物滴滤池与人工湿地结合使用处理农村生活污水时,CODcr、NH4-N、TN、TP的平均去除率分别可达到92.53%、99.55%、62.26%、63.82%,出水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级A标准,效果较好。


  但该法存在蚊蝇滋生、处理效率低、填料容易堵塞、反冲洗耗能的缺点。


  3、蚯蚓生物滤池技术。


  在生物处理系统中创新地引入了蚯蚓。


  由于蚯蚓的存在,填料中微生物种类更多,蚯蚓和微生物二者可互相协同,降解有机物,处理效果更好。同时,由于蚯蚓在土壤中的穿梭觅食,解决了传统滤池易堵塞、生物膜更新的问题。


  但该法为了满足蚯蚓生长要求,对环境湿度、温度要求严格,而且水力负荷较低。


  4、厌氧沼气池技术。


  目前,厌氧沼气池在我国农村应用较为广泛,它利用微生物的厌氧发酵,将污水中的有机物变为沼气,同时分解污水中的有机物,从而达到净化的目的。


  优缺点:运行费用低,出水可用于农田灌溉,既可埋入地下,又可产生能源,资源利用率高。可应用于一家一户或联户农村污水的初级处理。对于养殖一定数量家禽的用户,可再次对沼渣、沼液进行利用,但其出水有恶臭味。


  5、一体化污水处理技术。


  借鉴日本推行“净化槽”的经验,我国在处理农村生活污水方面也推行了一体化污水处理技术,它可埋置于地下或安装于地上,将传统生物处理工艺的反应、沉淀、污泥回流集中于一个反应器中,可实现污水就地处理。


  优缺点:它集抗冲击性强、能耗低、维护管理简便、见效快等优点为一体。但存在工程施工要求较高、处理水量不宜过大的缺点。适用于急需解决农村生活污水污染问题且土地和水资源较少的地区。


  二、生态处理技术


  1、人工湿地


  人工湿地是将污水投配到生长有芦苇、香蒲等特定植物的土地上,利用填料的过滤、吸附作用和植物的吸收、微生物的分解作用,去除水中的有机物。


  优缺点:人工湿地系统具有出水水质好,投资、运行费用低,抗冲击性强、处理效果稳定,生态效益显著等优点。


  但其占地大,脱氮、除磷效率低,并且处理效果受气温和植物生长季节的影响。尤其是在寒冷地区的冬季,低温可能导致人工湿地微生物活性降低、植物休眠死亡、湿地处理效率大幅下降甚至湿地冻结无法运行。


  适用于资金少、技术人才缺乏、有大量土地可供利用的南方农村地区。


  2、土壤渗滤


  原理:土壤渗滤系统属于土地处理的一种,其工作原理是将水解池中经过预处理的污水,由渗滤沟有控制地通入到已设计好的渗滤田,利用土壤的渗滤和毛细作用,使污水向各个地方流动,利用土壤、微生物、植物的过滤、吸附、分解作用去除有机物。


  优缺点:地下渗滤系统工程简单、管理简便、运行费用低、处理效果稳定、水质好,但存在占地面积大、土壤易堵塞的缺点。


  而且如果设计不周,在运行过程中会出现污染周边地下水源的情况。


  目前,土地渗滤技术在国内已有运用。如上海市宝山区罗店镇张墅村采用了土壤渗滤系统处理生活污水,出水可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级B标准,且整个处理系统建造成本低,基本免维护。


  3、稳定塘


  稳定塘是将污水在塘内滞留较长时间,依靠菌藻、微生物的各种代谢活动,使污水进行生物处理的一种污水处理技术。


  优缺点:稳定塘充分利用地形,且有基建费用低、运行管理成本低、能够实现污水资源化、美化环境的优点。但该法占地面积大,易产生臭味、滋生蚊蝇,污水处理效果受季节、气温、自然因素影响较大,处理效果不够稳定。


  该法适用于有水沟或池塘、土地面积相对丰富的农村地区。


  国内目前应用较广泛的稳定塘是在太湖地区的高效藻类氧化塘,其对COD的平均去除率可达70%;氨氮主要通过硝化作用去除,去除率高于90%;磷酸盐主要通过沉淀作用去除,去除率为50%。


  三、生物-生态系统集成处理技术


  由于目前单一的生物技术需要复杂管理,单一的生态处理技术对环境的依赖性又强,二者都存在一定的局限性,可能导致出水达不到规范标准。


  因此,我国小部分农村地区也采用了创新型的生物-生态组合工艺来处理农村生活污水问题。


  例如,在江苏农村地区采用的厌氧/跌水充氧接触氧化/水生蔬菜型人工湿地组合工艺,其对COD、NH4-N、TN、TP的去除率分别高达68.15%、68.15%、69.50%、86.30%,处理效果较好且稳定。但该法要求技术创新条件较高。


  农村污水处理面临的问题


  单看上面我国农村生活污水处理单元技术,现在已经发展的很成熟了,但是由于每个单元技术都有各自的缺陷、适用范围,所以必须因地制宜地选取农村生活污水处理技术。现在我们缺乏的是系统集成创新。


  我国农村生活污水处理所面临的问题主要有如下几点:


  1、建不起、用不起农村污水处理设施。


  由于村镇经济水平低,有的镇财政资金短缺,导致农村地区买不起设备,或者已建成但没有经济条件维护污水处理厂的日常运营费用,只能搁置。


  2、运行操作复杂,缺乏专业技术人员管理。


  许多农村污水处理设备运行步骤复杂,需要专业技术人员才能操作。但由于农村的经济、地理等外部条件所限,许多技术人员不愿到农村污水处理厂(站)工作,导致污水处理设备闲置。


  3、污水处理厂(站)设计规模、管网铺设长度过大。


  我国在设计农村污水处理设施时,照搬城市处理的经验,对污水处理量上的设计过大,而由于农村地区常驻人口少,产生污水较少,达不到污水处理设备的设计值,导致污水处理站只能低负荷运行或间歇性运行。同时,由于设计的污水处理站规模过大,导致市政污水管网的铺设长度也过大,基建投资费用偏高。


  4、未做到因地制宜。


  某些地方政府在建设污水处理项目时施行“一刀切”政策,即在该地区统一施行一种污水处理技术。但该地区农村分散,每个农村各自的地形等条件又不一样,导致有的地方根本不适合建这种污水处理设施,所以所建的污水处理厂(站)也就达不到预计效果了。


  5、农村管网建设薄弱。


  许多农村地区由于地形复杂、财政资金少,没有健全的污水排水管网系统,导致许多农户居民室内无污水管道,无法外排,这也使得所建成的污水处理设施没法使用。


  6、居民对污水处理项目的质疑。


  当一个村想要众筹购买污水处理设备或收取农村生活污水处理费用时,村民由于缺乏环保意识,对所收取的污水处理项目资金的使用产生质疑,不支持、不拥护政府的决策。


  两个层面上的对策


  一、针对农村污水所面临的问题上的对策


  以目前我国农村的发展现状和前景来看,经济水平落后、管理人员缺乏、操作管理困难仍是阻碍农村生活污水处理的三大屏障。


  因此,今后的农村生活污水处理技术势必要研发出具有基建费用低、操作运行和维护简单、运行成本低廉、装置便于安装等一系列优势的处理工艺。


  针对以上问题给出下列对策:


  1、开发新工艺,降低污水处理设备建造、运行费用


  对于建不起、用不起农村污水设施的问题,其主要原因还是水处理设备建造、运行费用太高。所以应鼓励科技创新,开发新型污水处理工艺,在保证出水效果的同时,还能大幅降低建造、运行费用。


  2、推行操作、管理简单工艺


  对于运行所需操作复杂、缺乏专业技术人员管理的问题,其根本原因还是工艺过于复杂。所以政府应多提倡运用无需专人管理或只需简单操作的小型智能污水处理技术。


  3、将水处理装置“设备化”


  由于农村污水处理装置在安装中经常出现工期时间长、施工慢的问题,建议推行水处理装置设备化,以设备的形式实现污水处理,加快建造速度,缩短施工工期。


  4、完善农村生活污水处理规范


  针对我国农村污水处理厂(站)设计规模过大的问题,应结合农村实际情况,尽快编制、完善农村污水处理相关规范,为以后的设计做出规范性指导,避免在设计时出现无标准可依、规模不合适的问题。


  二、工艺上的对策


  针对农村生活污水特点与存在的问题,以现有的技术及应用成果为基础,提出能够快速应用并推广的微动力、易管理的新型农村生活污水处理工艺技术和设备装置,具体可列为以下3套技术方案。


  1、C-CBR一体化生物反应工艺


  C-CBR(Continuous-flowContinuousBiochemicalReactor)即连续流连续生化反应器,C-CBR工艺是基于倒置A2/O工艺的一体化活性污泥法装置。


  经格栅、沉砂池处理后的污水由进水管进入厌氧区,多点进水。内循环经水泵与射流器的组合将污水由厌氧区吸至好氧区,在聚磷菌的作用下完成生物除磷;


  富含硝酸根离子的硝化液由好氧区重力回流至缺氧区,并通过氨化-硝化-反硝化过程实现生物脱氮。


  缺氧区的污水重力自流至厌氧区,从而达到缺氧-厌氧-好氧不断循环的目的,实现生化反应的连续进行,从而达到高效的脱氮除磷效果。沉淀区产生的污泥部分回流至好氧区,部分外排,出水经溢流堰由出水管排出。

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  1)该工艺为一体化活性污泥法装置,理论基础为A/A/O工艺。通过一台水泵实现混合液回流、曝气充氧和混合搅拌等功能。


  2)设计总水力停留时间为15.5h,其中好氧区停留时间为9.3h,缺氧区停留时间为2.4h,厌氧区停留时间为1.3h,沉淀区停留时间为2.5h;


  经过污泥培养后的试验装置在稳定运行期,COD、NH4-N、TN、TP的平均出水浓度分别为57.2、15.9、27.1、1.7mg/L,平均去除率为74.3%、53..8%、50.1%、60.3%,运行费用为0.55元/t,试验装置对COD及TP有较好的去除效果。


  2、强化通风分级跌水充氧生物过滤器


  强化通风分级跌水充氧生物过滤器的主体工艺为具有生物脱氮功能的A/O工艺。


  A池为水解调节池,内置弹性填料,具有均衡水质和反硝化功能。A段末端设置污水提升泵,经水射器充氧将污水提升至生物过滤器。


  O池为强化通风分级跌水充氧生物过滤器,污水经内部两级跌水板以及通风管拔风充氧进入填料区进行生物处理,实现硝化反应和泥水分离。出水流入出水槽,部分回流至调节池进水口,部分外排。


  强化通风分级跌水充氧生物过滤装置的示意图如图所示。

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  1)该工艺通过射流器、强化通风分级跌水实现两次充氧,布水均匀且充氧效率高,克服了传统生物滤池处理效率低、滋生蚊蝇、易堵塞等缺点;


  2)整套污水处理装置耗电设备仅为一台潜污泵,每吨水的处理费用低于0.5元;


  3)操作简单、管理方便,无需污泥回流,无需专人值守,运行管理简便;


  4)基建费用低、施工周期短,适合远离市政管网的村镇生活污水处理,满足当前节约型农村生活污水处理的要求。


  3、接触氧化跌水充氧污水处理工艺


  整体工艺采用A/O工艺,原水经人工格栅后进入水解调节池,经均衡水质和反硝化后,泵提升至配水井,配水井之前设置射流器实现第1次充氧。


  配水井把来水均匀配送至跌水充氧接触氧化池,接触氧化池分五级跌水,实现第2次充氧。


  然后经出水槽实现出水和回流水分离,回流水重力回流至格栅池,出水重力流入中水池。最终处理的出水可用作农田灌溉。脱落生物膜少,污泥采用干化处理,无需脱水设备。

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  该工艺运转设备仅为1台水泵,充氧方式为射流器充氧和跌水充氧,省却传统的鼓风曝气设备,具有以下3个显著特点:


  1)运行费用低廉;


  2)操作管理简单;


  3)安装施工便捷。


  目前,农村已成为我国环境整治的新阵地。必须根据村庄所处的地形地貌、排水特点、人口规模,结合当地经济承受能力,采用适宜的农村生活污水收集、处理方法进行农村生活污水处理。


  只有因地制宜,选择建设运行费用低、管理操作方便的设备装置,才能做到“建得起、用得起、管得好、用得好”。