农村地区生活污水处理技术研究
摘要: 通过对江苏农村污水处理工艺的调研和分析评价, 结合国内外村镇污水处理技术的新的发展趋势, 提出生活污水净化沼气池加人工湿地的组合工艺, 对其进行了论证, 可考虑作为农村污水处理的主要途径。
关键词: 农村生活污水, 生活污水净化沼气池, 人工湿地
我国广大农村地区的生活污水一直缺乏有效的处理措施, 长期以来生活污水被直排到田间河塘, 直接导致了农村地区及其周边水环境的恶化。农村生活污水除水量少外还分布不均, 这给农村地区的生活污水收集和处理带来了很大的难度。传统的污水处理工艺(如活性污泥法)存在投资高、能耗高、运行管理要求高以及处理效果受进水水质及水量影响的缺陷, 不适宜在农村地区推广。笔者在对南京及南京周边城市的农村地区进行实地调研的基础上, 结合村镇污水治理新趋势, 进行了适合南京及周边农村地区的核心污水治理技术及技术组合的研究, 对促进水源保护与农村经济社会的可持续发展、推动社会主义新农村建设具有现实意义。
1 农村生活污水处理模式的探讨
农村生活污水不能套用城市大面积铺设市政管网、集中至污水处理厂的处理模式, 应当根据乡村的实际发展情况, 因地制宜、合理规划排水系统, 应该重点考虑以人工湿地/土地渗滤技术为主的自然生态的处理技术和投资费用比较低的厌氧生物处理技术, 充分利用农村周边的河流、池塘、农田和荒地, 选择合适的位置建设人工湿地, 构建水循环系统和水生植物生态净化系统, 并将这些设施外观美化, 与周围环境景观协调一致。根据人工湿地要求低浓度污水的特点, 可在人工湿地前置生活污水净化沼气池, 组成组合处理工艺。村镇的生活污水先经过净化沼气池的初步处理, 再进入人工湿地进行深度处理。
2 组合工艺的组成
生活污水净化沼气池- 人工湿地组合工艺主要包括预处理单元、输配水单元、人工湿地深度处理单元及监测单元4部分[1]。污水经预处理单元处理后, 经输配水单元进入人工湿地进行深度处理, 在人工湿地内, 污水中的污染成分通过土壤- 植物- 微生物生态系统的过滤、吸附、微生物降解和植物吸收等作用被去除。经过处理的污水可根据具体情况, 直接由管井收集后排入河道或回用。整个工艺流程见图1。
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2. 1 预处理工艺流程
预处理单元是组合工艺的重要组成部分, 其基本功能是去除污水中的砂、油脂和悬浮物, 以防土壤渗滤单元被堵塞, 另外还可以与人工湿地互补不足, 共同完成污染物的降解, 提高系统总处理效率。该试验选用生活污水净化池沼气池为预处理单元, 生活污水通过两级前置处理区实现厌氧分解、泥水分离, 污泥沉积于池底进行腐化分解; 后处理区为生物滤池, 污水通过滤膜上好氧、兼性微生物的分解代谢和合成代谢进一步降解污染物质。污水经过净化沼气池的处理, 大大降低了后续人工湿地的负荷。据检测, 沼气池对污水中COD的去除率可达70%以上, BOD去除率达80% 以上, 寄生虫卵和蛔虫卵的去除率达到95%以上。生活污水净化沼气池的工艺流程为: 生活污水—>前置处理区—>前置处理区—>后处理区—>排出。其布置见图2。
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2. 2 人工湿地深度处理单元
人工湿地深度处理单元构造由进水区、处理区、出水区三部分组成, 并且底部做好防渗层 (图3)。
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处理区为人工湿地工作区, 共分上下2层, 上层基质采用用土壤或煤渣, 基质厚50~ 60 cm; 下层基质采用卵石, 颗粒粒径由下而上递减, 基质厚度取50~ 60 cm。底层厚20 cm, 粒径 40~ 60mm, 为粗碎石层; 中层厚20 cm, 粒径20~ 40mm, 为中碎石层; 上层厚15 cm, 粒径10~ 30mm, 为细碎石层。
人工湿地的防渗很重要, 应保证污水处理过程中不向外渗漏, 防止污水对地下水的污染影响周围环境卫生。该试验工程采取先夯实湿地底层的土壤, 在夯实土壤层上铺高密度聚乙烯树脂塑料薄膜, 再在薄膜上铺设1层土工布以防止卵石刺破薄膜。
2. 3 输配水单元和监测单元
输配水单元是将污水按工艺要求投配到污水处理单元, 通常通过地形的合理利用, 输水方式基本上采用重力流, 在条件不允许的时候可采用压力配水。监测单元是为保证地下土壤渗滤工艺持续、高效、安全、可调控而设计的。
表1 列出了系统运行6 个多月的污染物平均浓度和去除率。由表1可以看出, 系统对COD、总磷、总氮、氨氮等污染物质均有良好的去除效果, 处理出水达到国家环境保护总局颁发的《城镇污水处理厂污染物排放标准》( GB18918- 2002)一级B标准。
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3 系统运行过程中存在问题和解决措施
3. 1 湿地堵塞问题
随着人工湿地运行时间的延长, 污水中的SS、化学反应沉淀物、微生物代谢产物等在土壤中积累而造成土壤渗透速率将逐渐下降, 发生土壤堵塞, 土壤/填料堵塞问题。湿地堵塞有3种解决措施。
3. 1. 1 间歇投配。长时间持续淹水的系统中, 土壤一直处于还原状态, 从而造成胞外聚合物的积累, 而逐渐导致堵塞。而采用间歇投配污水( 落干和淹水交替运行), 则系统能保证土壤处于一定的好氧状态, 避免胞外聚合物的过度积累, 防止造成土壤堵塞[ 2]。
3. 1. 2 曝气充氧。长时间的厌氧状态是引发土壤中胞外聚合物积累的重要因素, 因此污水在进入土壤渗滤之前先进行充分的曝气充氧可在一定程度上预防土壤堵塞, 在布水管周围供空气可有效提高污水中的DO (溶解氧)值, 维持土壤中的好氧状态和微生物的分解作用, 继而防止土壤中胞外聚合物的蓄积。
3. 1. 3 增加生物量。Rolston 等发现用雀麦草、本土植被及草莓三叶草为土壤遮盖作物不仅能降低38%的地表土壤强度, 且将渗滤效率和累积摄入水量分别提高37% ~ 41%及20% ~ 101%, 在一定程度上缓解了土壤堵塞[ 3] 。除了加大植被外, 还可以考虑向土壤里引进蚯蚓。研究表明, 蚯蚓不仅能疏松土壤, 还可以通过吸食有机物颗粒达到改善处理效果的目的。
3. 2 冬季湿地处理效果下降
人工湿地对污染物的去除效果易受环境, 特别是温度的影响, 申欢等发现冬季人工湿地对TP 和TN 的平均去除率比夏季分别降低了34% 和27% [ 4]。温度过低会造成填料层冻结、床体缺氧等, 从而降低人工湿地对污染物的去除效果。冬季湿地处理效果下降解决措施有植物覆盖和地膜覆盖2 种, 生活中根据具体情况选择, 尽量采用湿地植物覆盖覆盖方式。
3. 2. 1 植物覆盖。植物覆盖是将植物的地上部分割去就地覆盖, 操作较为简单, 但植物腐烂会释放出一定量的污染物, 有可能造成二次污染, 因此必须在第2年开春前将覆盖植物清除; 此外植物的枯叶会随风飘扬, 可能会影响周围的卫生环境。
3. 2. 2 地膜覆盖。地膜覆盖法在农业中应用较多, 技术成熟, 但与其他两种方法相比, 其覆盖膜易破、铺设操作较为复杂、投资较高, 且来年开春必须要回收并妥善保管, 否则会造成白色污染, 因此难以在野外大面积应用。
4 结语
在推进新农村建设的过程中, 生活污水处理设施的规划和建设应根据地方财政的实际情况量力而行, 确保当地居民能够负担得起污水处理的运行费用。生活污水沼气净化池 - 人工湿地组合的水处理工艺, 具备净化效果良好、设备简单、投资低、操作管理方便和能耗低的优点, 适应性和可行性高, 是一种比较适合在农村地区推广的污水处理工艺。
参考文献
[ 1] 王宝贞, 王琳. 水污染治理新技术-新工艺、新概念、新理论[M] . 北京: 科学出版社, 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] 申欢, 胡洪营, 潘永宝. 潜流式人工湿地冬季运行的强化措施研究[ J]. 中国给水排水, 2007, 23(5) : 44- 46.
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