鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理
目前農(nóng)村水環(huán)境現(xiàn)狀特點(diǎn)
一、缺乏污水收集和處理設(shè)施,污水直排。我國以上村莊和以上的小集鎮(zhèn)都沒有完善的污水收集和處理設(shè)施,產(chǎn)生的生活污水和部分工業(yè)廢水,幾乎是未經(jīng)任何處理直接排入村鎮(zhèn)的水體河道、池塘、地下水等,造成村鎮(zhèn)水體的嚴(yán)重污染。
二、水體污染嚴(yán)重。由于污水長期直接排入水體,加之村鎮(zhèn)水體通常較小,地區(qū)水體的流動(dòng)性也較小,環(huán)境容量十分有限,造成的結(jié)果就是不但水體喪失了應(yīng)有的功能,而其還嚴(yán)重破壞了村鎮(zhèn)的整體環(huán)境和景觀。黑臭河道、池塘和富營養(yǎng)化的湖泊已成為普遍現(xiàn)象。
三、水環(huán)境污染和破壞還會(huì)產(chǎn)生連帶污染效應(yīng),影響健康。研究表明,許多疾病的發(fā)生都是與水環(huán)境休戚相關(guān)的。水體污染有可能促進(jìn)一些惡性疾病的發(fā)生。
四、缺乏有針對性的適用污水處理技術(shù)。由于村鎮(zhèn)污水具有排水量小兒分散、水質(zhì)波動(dòng)比較大等特點(diǎn),以及與城市相比,村鎮(zhèn)在社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)等條件上的差異,在村鎮(zhèn)污水處理上不宜采用較為成熟的城市污水工藝,而一些所謂的生態(tài)型工藝往往不能滿足處理要求,或缺乏實(shí)施的條件如土地資源。而應(yīng)采用一些工藝簡潔、處理效果好,占地省、能耗低、運(yùn)行管理簡便、二次污染少的鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理工藝方案,采用分散式方式進(jìn)行處理。
從技術(shù)層面上來講,造成我國鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理率非常低的另外一個(gè)原因就是缺乏實(shí)用的處理工藝,環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域十五計(jì)劃和十一五規(guī)劃都將開發(fā)因地制宜的小規(guī)模廢水處理與資源化技術(shù)與工藝作為重點(diǎn)研究領(lǐng)域。盡管城市生活污水二級(jí)生物處理技術(shù)發(fā)展比較完善,但目前很難普及應(yīng)用于村鎮(zhèn)生活污水的治理,這主要是因?yàn)槌鞘形鬯幚韽S投資高,而且在建成后運(yùn)行費(fèi)用較大。
即使是在歐美等發(fā)達(dá),針對鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水分散處理,現(xiàn)在也很少采用較復(fù)雜的二級(jí)生物處理技術(shù),而通常采用一些相對簡單的生態(tài)化污水處理技術(shù),包括人工濕地、氧化塘、土地處理系統(tǒng)等。但應(yīng)用這些生態(tài)化技術(shù)處理污水,通常要在一定的條件下才能取得穩(wěn)定的處理效果和維持系統(tǒng)的長期正常運(yùn)行,如較低的水力負(fù)荷和有機(jī)負(fù)荷及較長的,這就要求有較大的可以利用的場地。而歐美的發(fā)達(dá)鄉(xiāng)村的人口密度低,有大量可以利用的土地資源,同時(shí)人均用水量較高可達(dá)200-300 L/d),產(chǎn)生的污水濃度也較低,懸浮顆粒物較少。這樣就有條件在設(shè)計(jì)利用這些技術(shù)來處理村鎮(zhèn)污水時(shí),采用很低的水力負(fù)荷和污染負(fù)荷來保證系統(tǒng)的處理效果和正常運(yùn)行。如在法國常常采用二級(jí)或三級(jí)組合人工濕地來處理鄉(xiāng)村污水,這樣既可以使處理出水達(dá)到一個(gè)較高的標(biāo)準(zhǔn),有可以保證系統(tǒng)的長期正常運(yùn)行有的系統(tǒng)已經(jīng)正常運(yùn)行20年以上)。盡管這些生態(tài)化污水處理技術(shù)在歐美等發(fā)達(dá)處理鄉(xiāng)村污水上取得了很好的效果,并且具有比較成熟的經(jīng)驗(yàn),但由于應(yīng)用的具體條件上的差異,使得我國很難直接利用這些技術(shù)來處理村鎮(zhèn)污水。一,我國人口密度高,土地資源緊缺,除部分西部地區(qū)以外,在華東、華南、華中及華北等地區(qū),很難采用這些占地面積很大的技術(shù)。二,我國村鎮(zhèn)的人均用水量,較城市地區(qū)人均用水量偏低,產(chǎn)生的污水濃度高,懸浮顆粒物多,經(jīng)常導(dǎo)致人工濕地系統(tǒng)堵塞,影響出水處理效果,甚至導(dǎo)致整個(gè)處理系統(tǒng)癱瘓。三,由于鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,我國鄉(xiāng)村所產(chǎn)生的污水不僅僅是生活污水,常常包括部分工業(yè)廢水,這必然增加污水污染負(fù)荷,而在我國大部分村鎮(zhèn),在目前階段很難實(shí)行分流制排水系統(tǒng)。以上現(xiàn)實(shí)條件限制這些技術(shù)在我國的直接應(yīng)用,但可以對其進(jìn)行改進(jìn),將其作為一種后續(xù)處理技術(shù),與其他處理技術(shù)優(yōu)化組合。如高通量潛流人工濕地被可以設(shè)計(jì)為其他處理技術(shù)的后續(xù)處理工藝,由于其進(jìn)水及SS等濃度已大大降低,這樣就基本解決了濾床堵塞問題,同時(shí)也為提高水力負(fù)荷提供了可能。同時(shí)通過增大填料的粒徑,一方面達(dá)到保證濾床不堵塞的目標(biāo),另一方面,可以大大提高水力負(fù)荷,減少占地面積。另外通過選擇功能性脫氮除磷填料,分段配置,達(dá)到分別去除有機(jī)物、氨氮和溶解性磷的目的,從而提高人工濕地的脫氮除磷效率,提高出水水質(zhì)。
目前,針對鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水每天-2000m3排水量)分散式處理,國內(nèi)外主要采用三大類技術(shù)和工藝。一類是借鑒城市污水處理廠二級(jí)生化處理的成功經(jīng)驗(yàn),將一些傳統(tǒng)的城市污水處理廠二級(jí)生化處理工藝小型化,應(yīng)用于村鎮(zhèn)分散式污水處理。如SBR、氧化溝、A/O,甚至A2/O,甚至MBR等等。僅從技術(shù)的角度來講,這些技術(shù)和工藝都比較成熟,可以滿足污水處理的要求。但是,這些技術(shù)和工藝通常都比較復(fù)雜,需要的設(shè)備也比較多。因此,投資相對較大、系統(tǒng)維護(hù)管理較為復(fù)雜、能耗及運(yùn)行管理費(fèi)用高,并且還可能產(chǎn)生一些二次污染問題。這樣的處理系統(tǒng)與我國村鎮(zhèn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的實(shí)際情況很不適應(yīng)。其結(jié)果是化了大量投資,建成的污水處理廠(站),也因?yàn)楦甙旱倪\(yùn)行費(fèi)用、缺乏正常的維護(hù)管理(沒有相應(yīng)的技術(shù)力量)等原因而處于非正常運(yùn)行或停止運(yùn)行的狀態(tài),根本沒有起到處理污水,保護(hù)水環(huán)境的作用。即使是在歐美等發(fā)達(dá),這種情況也很普遍。
第二類是采用一些相對簡單的生態(tài)化污水處理技術(shù),包括人工濕地、氧化塘、土地處理系統(tǒng)等。這類技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單、投資小、低能耗、維護(hù)簡便、環(huán)境友好等,缺點(diǎn)是處理效率較低,通常要在一定的條件下才能取得穩(wěn)定的處理效果和維持系統(tǒng)的長期正常運(yùn)行,如較低的水力負(fù)荷和有機(jī)負(fù)荷及較長的HRT,這就要求有較大的可以利用的場地。以下列舉幾種常用的技術(shù)。
土壤滲濾系統(tǒng)主要可用于水量較小(<20m3/天)的農(nóng)村污水處理,它主要基于自然生態(tài)原理,通過將污水有控制地投配到土壤中,利用物理、化學(xué)、微生物的降解和植物的吸收利用使污染物得到處理和凈化。該技術(shù)對懸浮物、有機(jī)物、氨氮、總磷和大腸桿菌的去除率均較高, 一般可達(dá)70%~90%, 而且基建投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)簡便, 整個(gè)系統(tǒng)埋在地下, 不會(huì)散發(fā)臭味, 能保證冬季較穩(wěn)定的運(yùn)行, 便于污水的就地處理和回用。但是,該系統(tǒng)地處理效率很低,水力負(fù)荷通常小于0.04m/天,這就需要很大的單位土地面積。在上海地區(qū)的農(nóng)村污水處理工程中,通常要求每戶10m2或每立方米污水30m2的占地面積。即使農(nóng)村地區(qū),也沒有這么多土地資源可供利用。另一方面,由于村鎮(zhèn)的人均用水量50-100L/d,較城市地區(qū)人均用水量150-200L/d偏低,產(chǎn)生的污水濃度高,懸浮顆粒物多,經(jīng)常導(dǎo)致滲濾系統(tǒng)堵塞,影響出水處理效果,甚至導(dǎo)致整個(gè)處理系統(tǒng)癱瘓。
人工濕地是一種具有較廣泛應(yīng)用的污水處理新技術(shù),其特點(diǎn)是出水水質(zhì)好、具有較強(qiáng)的氮磷處理能力、運(yùn)行維護(hù)方便、管理簡單、投資及運(yùn)行費(fèi)用低,比較適合于資金少、能源短缺和技術(shù)人才缺乏的中小城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村。但同土壤滲濾系統(tǒng)相似,傳統(tǒng)的人工濕地技術(shù)也存在處理效率較低、占地面積過大、容易堵塞造成系統(tǒng)癱瘓等缺點(diǎn)。但是,接合我國村鎮(zhèn)的具體情況,可以通過對人工濕地結(jié)構(gòu)和填料系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn),形成高通量人工濕地技術(shù),將其與其他處理技術(shù)優(yōu)化組合,作為一種后續(xù)處理技術(shù),這樣既可以克服人工濕地系統(tǒng)易堵塞占地面積大等固有缺點(diǎn),保證系統(tǒng)正常運(yùn)行,又可以提高出水水質(zhì),同時(shí)還可以美化環(huán)境。
氧化塘(包括藻類塘和植物塘)技術(shù)也有類似的缺點(diǎn)和不足,在我國村鎮(zhèn)目前的社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件下,單獨(dú)使用很難取得滿意的效果。
第三類是厭氧處理技術(shù),與傳統(tǒng)的好氧生物技術(shù)相比厭氧生物處理技術(shù)具有工藝簡單、能耗低、產(chǎn)泥量小、營養(yǎng)需求少、對水源的適應(yīng)范圍廣等優(yōu)點(diǎn),因而厭氧技術(shù)受到了廣泛的重視。以厭氧反應(yīng)器為主的厭氧處理系統(tǒng)是一種低成本的廢水處理技術(shù),同時(shí)又能回收利用能源。包括我國在內(nèi)的大多數(shù)發(fā)展中都面臨嚴(yán)重的環(huán)境問題,且能源短缺、資金不足,需要既有效、簡單而費(fèi)用低廉的技術(shù),因此厭氧生物技術(shù)特別適合我國國情。對于農(nóng)村生活污水處理來說,可以把人、畜糞便,農(nóng)作物秸稈、雜草、樹葉和農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)的有機(jī)廢水等加入到厭氧沼氣池內(nèi)與生活污水同時(shí)進(jìn)行厭氧處理,產(chǎn)生的沼氣可以用作浴室和家庭用炊能源。污水厭氧產(chǎn)沼氣技術(shù)已在我國一些地方得到了有效推廣和使用。但是,單獨(dú)的厭氧污水處理技術(shù)還不能使處理出水滿足排水的要求,必須在經(jīng)過必要的后續(xù)處理的才能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。因此,對我國村鎮(zhèn)污水處理而言,在一些有條件的村鎮(zhèn),尤其是那些既有生活污水污染,又有工業(yè)或養(yǎng)殖廢水污染的村鎮(zhèn),將厭氧生物處理作為一項(xiàng)前處理技術(shù)是一個(gè)很好的選擇。
二 技術(shù)工藝
1.組合式復(fù)合生物濾池
新型組合式復(fù)合生物濾池反應(yīng)器,新型復(fù)合生物濾池反應(yīng)器由于采用了特殊的組合式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和復(fù)合濾料,不僅克服了傳統(tǒng)生物濾池易堵塞等缺點(diǎn),還極大地提高了反應(yīng)器的處理效率和穩(wěn)定性,具有處理效果好,處理效率高,結(jié)構(gòu)簡潔,建造成本低廉,占地省,低能耗(僅水力提升,無其他能耗),操作管理簡便,運(yùn)行費(fèi)用低等多方面的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)反應(yīng)器還具有一定的脫氮除磷能力,并且耐沖擊負(fù)荷。因此,特別適合于具有水量較小、水質(zhì)水量日變化較大等特點(diǎn)村鎮(zhèn)污水處理。處理出水水質(zhì)可達(dá)到一級(jí)B(GB18918-2002)標(biāo)準(zhǔn),可回用于農(nóng)田灌溉或綠化。由此可見,將此項(xiàng)技術(shù)用于我國村鎮(zhèn)污水分散式處理具有明顯的優(yōu)勢。
2.復(fù)合厭氧技術(shù)
利用多種厭氧微生物的生理生態(tài)作用特性相互依賴和協(xié)調(diào)作用組成的微生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對生活污水中污染物的無害化。合理的厭氧池結(jié)構(gòu)、污水回流比,優(yōu)質(zhì)的填料增強(qiáng)了系統(tǒng)的微生物截留能力,保障了系統(tǒng)良好的水力混合條件,從而使復(fù)合厭氧池具有高效的污水處理能力。具有工藝簡單、能耗低、產(chǎn)泥量小、營養(yǎng)需求少、對水源的適應(yīng)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
3.高負(fù)荷人工濕地技術(shù)
通過精選填料和優(yōu)化結(jié)構(gòu),大大提高了人工濕地的水力負(fù)荷,污水進(jìn)入到人工濕地內(nèi),通過填料-土壤-植物系統(tǒng)在物理、化學(xué)和生物綜合作下有效去除有機(jī)物、氮和磷。工藝簡單,維護(hù)方便。
此外,污水寶發(fā)展集預(yù)處理、二級(jí)處理和深度處理于一體的中小型鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理一體化設(shè)備,是國內(nèi)外污水分散處理發(fā)展的一種趨勢,在鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水處理中具有廣闊的應(yīng)用前景。污水寶的一體化設(shè)備主要采用厭氧-好氧-二沉池組合工藝,兼具降解有機(jī)物和脫氮的功能, 其出水BOD5<20mg/L、TN<20mg/L,能很好的解決鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理的問題。