寒冷地區(qū)農(nóng)村分散式污水處理工藝的探討與實(shí)踐
:一、農(nóng)村污水概況
1.農(nóng)村污水現(xiàn)狀
(1)污水處理率低。2015年我國(guó)農(nóng)村人口為7.97億，按照人均日生活用水量83L，排放系數(shù)0.8估算，全年累計(jì)需處理農(nóng)村生活污水為193億立方米，占全國(guó)生活污水排放總量的31%。從處理率上看，2015年末，城市污水處理率為91.9%，污水處理總量達(dá)428.8億立方米�？h城污水處理率為85.22%，全年污水處理總量達(dá)78.9億立方米。行政村污水處理率為11.4%，大量農(nóng)村生活污水未經(jīng)處理排放，成為農(nóng)村湖泊和河流富營(yíng)養(yǎng)化環(huán)境污染的主要原因之一。
(2)污水處理設(shè)施水平低。農(nóng)村污水處理設(shè)施建設(shè)普遍存在廠網(wǎng)建設(shè)不完善，管線(xiàn)覆蓋面不足。許多村莊污水直排河道，污染水體。而建成的污水處理設(shè)施水平不高，且存在閑置或排放不達(dá)標(biāo)情況。
(3)維護(hù)運(yùn)營(yíng)管理人員缺乏。農(nóng)村地區(qū)缺少專(zhuān)業(yè)的污水處理設(shè)施管理維護(hù)人員，導(dǎo)致設(shè)施管理不到位，運(yùn)行效率低。
(4)寒冷地區(qū)污水處理難度大。我國(guó)寒冷地區(qū)分布在遼、吉、黑及內(nèi)蒙古大部分地區(qū)。氣候干旱、多風(fēng)，冬季漫長(zhǎng)、寒冷。同時(shí)，區(qū)域的村落規(guī)模較小，村落間的距離較遠(yuǎn)。各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不一、生活差異大。到目前為止，大部分農(nóng)村沒(méi)有建設(shè)污水處理設(shè)施。由于該區(qū)域地理、氣候與經(jīng)濟(jì)狀況等特征，決定了冬季低溫是影響農(nóng)村污水處理工藝、處理技術(shù)和處理效能的重要因素。
2.農(nóng)村污水水量
根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL687-2014)，隨著國(guó)家優(yōu)美鄉(xiāng)村建設(shè)的推進(jìn)，農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入的提高，農(nóng)民生活水平日益改善，己有部分地區(qū)農(nóng)村的用水量接近城市居民用水量。所以，寒區(qū)居民的用水量應(yīng)該依據(jù)居民生活現(xiàn)狀、生活習(xí)慣、經(jīng)濟(jì)條件和發(fā)展?jié)摿Φ惹闆r酌情確定。
寒冷地區(qū)用水量標(biāo)準(zhǔn)
二、污水處理工藝選擇
1.處理工藝選擇的考慮因素
寒冷地區(qū)，污水處理設(shè)施應(yīng)采用地埋式，采取保溫措施。地埋式處理裝置應(yīng)埋設(shè)在凍土線(xiàn)以下。實(shí)際上應(yīng)該根據(jù)出水水質(zhì)要求及地區(qū)經(jīng)濟(jì)水平等因素，宜選擇生物處理技術(shù)、生態(tài)處理技術(shù)或組合技術(shù)。就目前廣大農(nóng)村的實(shí)際，居住分散、地形復(fù)雜、管道收集難度大。對(duì)于單戶(hù)或多戶(hù)的農(nóng)村污水，以采用分散處理為宜。具體選擇時(shí)應(yīng)考慮以下因素：
(1)污水處理設(shè)施建設(shè)應(yīng)以批準(zhǔn)的當(dāng)?shù)厮廴局卫硪?guī)劃，國(guó)家及地方有關(guān)村莊整治相關(guān)政策及優(yōu)美鄉(xiāng)村建設(shè)規(guī)劃為主要依據(jù)，綜合考慮經(jīng)濟(jì)建設(shè)與環(huán)境保護(hù)、排放與利用的關(guān)系，充分利用現(xiàn)有條件和設(shè)施，降低污水處理費(fèi)用。
(2)生活污水處理設(shè)施應(yīng)根據(jù)村落人口、村民收入、村落布局、地形地貌和地質(zhì)特點(diǎn)等情況，可選擇集中處理或分散處理的模式。并且根據(jù)水沖廁所建設(shè)情況，按照無(wú)水沖廁所、水沖廁所數(shù)量及運(yùn)營(yíng)機(jī)制等，選擇適合的污水處理技術(shù)與工藝。
(3)污水處理技術(shù)與工藝應(yīng)選用適合農(nóng)村特征的污水處理單元技術(shù)工藝及組合技術(shù)工藝，以及能達(dá)到排放要求并與當(dāng)?shù)丶夹g(shù)經(jīng)濟(jì)相適應(yīng)的其他污水處理技術(shù)工藝。
(4)生活污水處理設(shè)施應(yīng)不影響環(huán)境，操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)管理方便。
2.主要工藝及特點(diǎn)
(1)散戶(hù)污水處理工藝
散戶(hù)是指污水不便于統(tǒng)一收集處理的單一或幾戶(hù)農(nóng)戶(hù)，宜采用分散處理技術(shù)，就地處理排放或回用。分散處理可采用設(shè)備或工程設(shè)施。
化糞池+好氧堆肥。工藝流程為：污水、化糞池、好氧堆肥(農(nóng)用)。其技術(shù)比較適合我國(guó)目前農(nóng)村的技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平。經(jīng)過(guò)化糞池或沼氣池處理后的污水作為農(nóng)用，但化糞池或強(qiáng)化厭氧池出水中污染物濃度高，因此不宜直接排入村落周邊水系。采用本模式處理污水時(shí)，應(yīng)防止雨水進(jìn)入化糞池或沼氣池造成池體內(nèi)的污水溢出。
化糞池+土地處理(或人工濕地)。適合于可利用土地的農(nóng)戶(hù)。污水經(jīng)化糞池去除粗顆粒物質(zhì)后利用土地處理，或流入人工濕地進(jìn)行處理。其中，在化糞池的停留時(shí)間應(yīng)大于48h。該工藝投資和運(yùn)行費(fèi)用低、管理方便，適合于可利用土地的農(nóng)戶(hù)。由于化糞池或沼氣池出水濃度較高，宜在生態(tài)單元前增設(shè)厭氧生物處理單元，如厭氧生物膜單元，以降低生態(tài)處理單元的負(fù)荷。生態(tài)處理單元技術(shù)宜采用人工濕地或土地滲濾等。工藝流程為：污水、化糞池、厭氧生物膜單元、生態(tài)處理單元、排放。
(2)生物處理工藝
針對(duì)沒(méi)有可利用土地的散戶(hù)或?qū)ε潘|(zhì)要求較高時(shí)，可采用生物處理單元處理污水。生物處理單元宜采用生物接觸氧化池的一體化設(shè)備。在丘陵或山地，可利用地形高差，采用跌水曝氣，節(jié)省部分運(yùn)行能耗。其工藝流程為：污水、調(diào)節(jié)池、生物接觸氧化池、排放。其中，生物接觸氧化法可以與分段進(jìn)水技術(shù)結(jié)合，強(qiáng)化脫氮效果，處理后的污水可直接排放或進(jìn)一步生態(tài)處理后排放。己建化糞池可作為生物接觸氧化池前的調(diào)節(jié)池。該工藝的特點(diǎn)是處理效果好，占地面積小，需要定期維護(hù)管理。
(3)村莊污水處理技術(shù)
生物處理技術(shù)為主的處理工藝�？刹捎靡惑w化設(shè)備或工程。生物處理單元技術(shù)應(yīng)采用好氧生物接觸氧化池。為保證處理效果，應(yīng)好氧處理，好氧池溶解氧宜保持在2.0mg/L以上。工藝流程為：污水、化糞池、調(diào)節(jié)池、生物處理單元、排放或消毒排放。
生態(tài)技術(shù)為主體的處理工藝。工藝流程為：污水、化糞池、厭氧生物膜單元、生態(tài)處理單元、排放。生態(tài)處理單元技術(shù)宜采用人工濕地、土地滲濾或其他技術(shù)。調(diào)節(jié)池可與厭氧生物膜單元合建。
以去除氮、磷為目的污水處理設(shè)施和污水站。適用范圍為飲用水水源地保護(hù)區(qū)、風(fēng)景或人文旅游區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、重點(diǎn)流域等環(huán)境敏感區(qū)，污水處理不僅需要去除COD和懸浮物，還需要對(duì)氮、磷進(jìn)行控制，防止區(qū)域內(nèi)水體富營(yíng)養(yǎng)化，出水直接排放到附近水體或回用。以去除COD、TN和TP為目的的地區(qū)，污水處理工藝可以采用生物與生態(tài)技術(shù)相結(jié)合的組合工藝。
好氧/厭氧生物反應(yīng)器及人工濕地組合工藝:村莊農(nóng)戶(hù)污水經(jīng)過(guò)化糞池或沼氣池的初級(jí)處理后，進(jìn)入生物接觸氧化池處理。采用交替的好氧/厭氧工藝脫氮后通過(guò)人工濕地處理達(dá)到除磷效果。同時(shí)，人工濕地也可作為村莊景觀。
生物處理單元中的缺氧/厭氧處理單元宜采用厭氧生物膜單元;好氧生物處理單元宜采用生物接觸氧化池。生態(tài)處理單元宜采用人工濕地技術(shù)和土地滲濾等，以除磷和優(yōu)化水質(zhì)為主。調(diào)節(jié)池可與厭氧生物膜單元合建。該工藝能有效去除污水中的氮磷和有機(jī)物，適合對(duì)水質(zhì)要求較高的村落。投資相對(duì)較高，污水處理站需專(zhuān)人維護(hù)。
三、案例
黑龍江某村莊采用生物接觸氧化+人工濕地處理農(nóng)村污水，工程處理能力設(shè)計(jì)值為500m3/d。年平均氣溫為2.3-5.3℃，從11月至次年3月的平均氣溫在0℃以下。冬季最冷，極端最低氣溫達(dá)-35.5℃(2001年)。經(jīng)常發(fā)生干旱、貧水現(xiàn)象。實(shí)際處理工藝流程如圖所示。
生物處理單元采用生物接觸氧化。采用復(fù)合填料，微孔曝氣方式，利用鼓風(fēng)機(jī)提供壓縮空氣，水氣比采用1:15，池底有泥斗，可以定期排泥。污水流量為20m3/h，水力停留時(shí)間(HRT)為8.0h，容積負(fù)荷為0.65kgCOD/m3d。
人工濕地系統(tǒng)由兩個(gè)面積相等的濕地單元構(gòu)成，總面積為500m2，設(shè)計(jì)流量為20m3/h，負(fù)荷為0.35kgCOD/m2d，水力停留時(shí)間(HRT)為16.0h，濕地進(jìn)出水水位差為0.10m。濕地植物為多種挺水植物混合，主要有鶯尾、首草、景天等。濕地采用水平潛流結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)進(jìn)水為接觸氧化池沉淀后出水。接觸氧化池出水經(jīng)沉淀，去除水中的懸浮物之后進(jìn)入濕地，這對(duì)濕地系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)行來(lái)說(shuō)是十分重要的。濕地系統(tǒng)外增加保溫措施，建立溫室，溫室材料為保溫板，同時(shí)在溫室內(nèi)壁布置了暖氣，以保證濕地系統(tǒng)在冬季的穩(wěn)定運(yùn)行。由穿孔配水管進(jìn)水，進(jìn)水在一定坡度的條件下，因重力作用流過(guò)礫石區(qū)，經(jīng)出水花墻后由穿孔集水管集水排出。濕地底部采用土工布防滲，基質(zhì)采用礫石和爐渣混合，厚度為0.6m，上層為0.3m黃土層，頂層為0.5m腐殖土，種植濕地植物。該工程建設(shè)投資為180萬(wàn)元，運(yùn)行費(fèi)用為8.11萬(wàn)元，平均處理成本為0.45元/m3。運(yùn)行效果見(jiàn)表。
進(jìn)出水指標(biāo)對(duì)比表
原標(biāo)題:寒冷地區(qū)農(nóng)村分散式污水處理工藝的探討與實(shí)踐
