農村地區生活污水處理技術研究
摘要: 通過對江蘇農村污水處理工藝的調研和分析評價, 結合國內外村鎮污水處理技術的新的發展趨勢, 提出生活污水凈化沼氣池加人工濕地的組合工藝, 對其進行了論證, 可考慮作為農村污水處理的主要途徑。
關鍵詞: 農村生活污水, 生活污水凈化沼氣池, 人工濕地
我國廣大農村地區的生活污水一直缺乏有效的處理措施, 長期以來生活污水被直排到田間河塘, 直接導致了農村地區及其周邊水環境的惡化。農村生活污水除水量少外還分布不均, 這給農村地區的生活污水收集和處理帶來了很大的難度。傳統的污水處理工藝(如活性污泥法)存在投資高、能耗高、運行管理要求高以及處理效果受進水水質及水量影響的缺陷, 不適宜在農村地區推廣。筆者在對南京及南京周邊城市的農村地區進行實地調研的基礎上, 結合村鎮污水治理新趨勢, 進行了適合南京及周邊農村地區的核心污水治理技術及技術組合的研究, 對促進水源保護與農村經濟社會的可持續發展、推動社會主義新農村建設具有現實意義。
1 農村生活污水處理模式的探討
農村生活污水不能套用城市大面積鋪設市政管網、集中至污水處理廠的處理模式, 應當根據鄉村的實際發展情況, 因地制宜、合理規劃排水系統, 應該重點考慮以人工濕地/土地滲濾技術為主的自然生態的處理技術和投資費用比較低的厭氧生物處理技術, 充分利用農村周邊的河流、池塘、農田和荒地, 選擇合適的位置建設人工濕地, 構建水循環系統和水生植物生態凈化系統, 并將這些設施外觀美化, 與周圍環境景觀協調一致。根據人工濕地要求低濃度污水的特點, 可在人工濕地前置生活污水凈化沼氣池, 組成組合處理工藝。村鎮的生活污水先經過凈化沼氣池的初步處理, 再進入人工濕地進行深度處理。
2 組合工藝的組成
生活污水凈化沼氣池- 人工濕地組合工藝主要包括預處理單元、輸配水單元、人工濕地深度處理單元及監測單元4部分[1]。污水經預處理單元處理后, 經輸配水單元進入人工濕地進行深度處理, 在人工濕地內, 污水中的污染成分通過土壤- 植物- 微生物生態系統的過濾、吸附、微生物降解和植物吸收等作用被去除。經過處理的污水可根據具體情況, 直接由管井收集后排入河道或回用。整個工藝流程見圖1。
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2. 1 預處理工藝流程
預處理單元是組合工藝的重要組成部分, 其基本功能是去除污水中的砂、油脂和懸浮物, 以防土壤滲濾單元被堵塞, 另外還可以與人工濕地互補不足, 共同完成污染物的降解, 提高系統總處理效率。該試驗選用生活污水凈化池沼氣池為預處理單元, 生活污水通過兩級前置處理區實現厭氧分解、泥水分離, 污泥沉積于池底進行腐化分解; 后處理區為生物濾池, 污水通過濾膜上好氧、兼性微生物的分解代謝和合成代謝進一步降解污染物質。污水經過凈化沼氣池的處理, 大大降低了后續人工濕地的負荷。據檢測, 沼氣池對污水中COD的去除率可達70%以上, BOD去除率達80% 以上, 寄生蟲卵和蛔蟲卵的去除率達到95%以上。生活污水凈化沼氣池的工藝流程為: 生活污水—>前置處理區—>前置處理區—>后處理區—>排出。其布置見圖2。
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2. 2 人工濕地深度處理單元
人工濕地深度處理單元構造由進水區、處理區、出水區三部分組成, 并且底部做好防滲層 (圖3)。
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處理區為人工濕地工作區, 共分上下2層, 上層基質采用用土壤或煤渣, 基質厚50~ 60 cm; 下層基質采用卵石, 顆粒粒徑由下而上遞減, 基質厚度取50~ 60 cm。底層厚20 cm, 粒徑 40~ 60mm, 為粗碎石層; 中層厚20 cm, 粒徑20~ 40mm, 為中碎石層; 上層厚15 cm, 粒徑10~ 30mm, 為細碎石層。
人工濕地的防滲很重要, 應保證污水處理過程中不向外滲漏, 防止污水對地下水的污染影響周圍環境衛生。該試驗工程采取先夯實濕地底層的土壤, 在夯實土壤層上鋪高密度聚乙烯樹脂塑料薄膜, 再在薄膜上鋪設1層土工布以防止卵石刺破薄膜。
2. 3 輸配水單元和監測單元
輸配水單元是將污水按工藝要求投配到污水處理單元, 通常通過地形的合理利用, 輸水方式基本上采用重力流, 在條件不允許的時候可采用壓力配水。監測單元是為保證地下土壤滲濾工藝持續、高效、安全、可調控而設計的。
表1 列出了系統運行6 個多月的污染物平均濃度和去除率。由表1可以看出, 系統對COD、總磷、總氮、氨氮等污染物質均有良好的去除效果, 處理出水達到國家環境保護總局頒發的《城鎮污水處理廠污染物排放標準》( GB18918- 2002)一級B標準。
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3 系統運行過程中存在問題和解決措施
3. 1 濕地堵塞問題
隨著人工濕地運行時間的延長, 污水中的SS、化學反應沉淀物、微生物代謝產物等在土壤中積累而造成土壤滲透速率將逐漸下降, 發生土壤堵塞, 土壤/填料堵塞問題。濕地堵塞有3種解決措施。
3. 1. 1 間歇投配。長時間持續淹水的系統中, 土壤一直處于還原狀態, 從而造成胞外聚合物的積累, 而逐漸導致堵塞。而采用間歇投配污水( 落干和淹水交替運行), 則系統能保證土壤處于一定的好氧狀態, 避免胞外聚合物的過度積累, 防止造成土壤堵塞[ 2]。
3. 1. 2 曝氣充氧。長時間的厭氧狀態是引發土壤中胞外聚合物積累的重要因素, 因此污水在進入土壤滲濾之前先進行充分的曝氣充氧可在一定程度上預防土壤堵塞, 在布水管周圍供空氣可有效提高污水中的DO (溶解氧)值, 維持土壤中的好氧狀態和微生物的分解作用, 繼而防止土壤中胞外聚合物的蓄積。
3. 1. 3 增加生物量。Rolston 等發現用雀麥草、本土植被及草莓三葉草為土壤遮蓋作物不僅能降低38%的地表土壤強度, 且將滲濾效率和累積攝入水量分別提高37% ~ 41%及20% ~ 101%, 在一定程度上緩解了土壤堵塞[ 3] 。除了加大植被外, 還可以考慮向土壤里引進蚯蚓。研究表明, 蚯蚓不僅能疏松土壤, 還可以通過吸食有機物顆粒達到改善處理效果的目的。
3. 2 冬季濕地處理效果下降
人工濕地對污染物的去除效果易受環境, 特別是溫度的影響, 申歡等發現冬季人工濕地對TP 和TN 的平均去除率比夏季分別降低了34% 和27% [ 4]。溫度過低會造成填料層凍結、床體缺氧等, 從而降低人工濕地對污染物的去除效果。冬季濕地處理效果下降解決措施有植物覆蓋和地膜覆蓋2 種, 生活中根據具體情況選擇, 盡量采用濕地植物覆蓋覆蓋方式。
3. 2. 1 植物覆蓋。植物覆蓋是將植物的地上部分割去就地覆蓋, 操作較為簡單, 但植物腐爛會釋放出一定量的污染物, 有可能造成二次污染, 因此必須在第2年開春前將覆蓋植物清除; 此外植物的枯葉會隨風飄揚, 可能會影響周圍的衛生環境。
3. 2. 2 地膜覆蓋。地膜覆蓋法在農業中應用較多, 技術成熟, 但與其他兩種方法相比, 其覆蓋膜易破、鋪設操作較為復雜、投資較高, 且來年開春必須要回收并妥善保管, 否則會造成白色污染, 因此難以在野外大面積應用。
4 結語
在推進新農村建設的過程中, 生活污水處理設施的規劃和建設應根據地方財政的實際情況量力而行, 確保當地居民能夠負擔得起污水處理的運行費用。生活污水沼氣凈化池 - 人工濕地組合的水處理工藝, 具備凈化效果良好、設備簡單、投資低、操作管理方便和能耗低的優點, 適應性和可行性高, 是一種比較適合在農村地區推廣的污水處理工藝。
參考文獻
[ 1] 王寶貞, 王琳. 水污染治理新技術-新工藝、新概念、新理論[M] . 北京: 科學出版社, 2004.
[ 2] LANCE J C, RICE R C, GILBERT R G. Renovat ion ofwastewater by soil co lumns flooded w ith prmi ary effluent [ J]. W ater Env ironmen tal Federation, 1980(2) : 381- 388.
[ 3] ROLSTON D E, PR ICHARD T, LOU I D T, et a.l Soil surface strength and in filtrat ionrate as affected by w inter cover crops[ J]. Soil Technology, 1992 ( 5): 189- 197.
[ 4] 申歡, 胡洪營, 潘永寶. 潛流式人工濕地冬季運行的強化措施研究[ J]. 中國給水排水, 2007, 23(5) : 44- 46.
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