小型污水处理设施在农村水环境治理中的应用

Posted 2023-01-12 污水处理

篇首语：安全感,不是来源于爱,而是偏爱。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了小型污水处理设施在农村水环境治理中的应用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

通过对MBR、人工湿地、无动力地埋式三种小型污水处理设备的工艺做对比发现，三种工艺各自有其适用条件。农村污水处理工艺选用时要做到因地制宜，综合考虑当地的污水处理特点、财政能力、技术管理水平和发展规划等因素。同时应加强管理和定期维护。小型污水处理设备在农村应用同时要注重过程中的技术创新，结合农村实际，不断开发设备简单、易于管理、低能耗的新型农村生活污水处理技术。
目前，我国农村污水绝大多数是不经过任何处理，直接排入水体中去，部分河流遭到污染，还严重污染到地下水，甚至有的浅层地下水已经遭到污染，不能取用，带来传染病等引发公共卫生安全隐患。2005年，建设部《村庄人居环境现状与问题》项目组织对全国部分村庄的调查显示：96%的村庄没有排水沟渠和污水处理系统。随着农村水环境污染的日趋严重，解决农村水环境污染问题迫在眉睫。加强农村污水治理不仅关系到社会主义新农村建设，也关系到整个社会经济发展和人居环境的改善。小型污水处理设备结合农村污水处理规模小、布局分散、地形条件复杂、污水不易集中收集的特点，在新农村建设中得到了应用。
1.农村污水处理现状
相对已经受到广泛关注，并形成产业的城市污水处理而言，农村的污水处理还是目前环境治理的一道难题。现阶段，我国小城镇污水处理率还不到10%，农村生活污水的处理率更低，绝大部分生活污水未经处理直接排放[2，3]。在我国农村生活污水的治理才刚刚兴起，尚处于起步阶段，农村生活污水治理工程较少，很多处理技术也仅仅处在示范研究阶段。
近年来国外的专家学者对农村生活污水的处理越来越关注，农村生活污水处理技术逐渐成熟，工艺呈现出多样性，有许多成功的经验可以借鉴。例如日本农村集落排水工程普及率达到71%；美国已在乡村建成400多个人工生态污水处理系统，运行良好；英国在建设乡村小型生活污水和畜禽养殖场粪便污水处理工程以及综合利用方面很有特色。
2.农村污水水质水量特征
2.1 水质特点
农村生活污水中污染物的浓度变化大，BOD5和COD浓度一般高于城镇生活污水，可生化性较好，水质波动大，水中基本上不含重金属和有毒有害物质。
2.2 水量特征
一般农村的生活污水量都较小，其高低值与农户的节水意识等相关，与经济条件关系不大。居民生活规律相近，生活污水排放量早晚比白天大，夜间排水量小，甚至可能断流，水量变化明显，在早、中、晚都有一个高峰时段。
3.农村污水处理模式选择
农村污水处理包括分散处理、集中处理、接入市政管网三种模式。对于规模小、布局分散、地形条件复杂、污水不易集中收集的村庄，采用分散处理；规模较大的，单村或联村污水集中处理；距离卫星城、建制镇的市政污水管网较近(3km以内)的农村污水处理，就近接入市政污水厂进行集中处理。农村污水处理模式的选择应因地制宜，结合具体实际选择处理模式。选择最适宜的农村生活污水处理工艺能有效减少日后出现问题和失败的风险。分散式污水处理(Decentralized Sanitation andReuse，DESAR)是以技术先进的小型污水处理设施实现生活污水的就近处理与利用，分散式污水处理与利用的技术思路是解决农村面广量大的生活污水问题的最佳选择。
4.小型污水处理工艺设施介绍
目前国内外应用农村生活污水治理的处理技术比较多.名称也多种多样，但从工艺原理上通常可归为两类：自然处理系统和生物处理系统。农村污水处理工艺的选择，应着重考虑处理工艺成熟、经济适用、运行成本低、管理维护简单的技术工艺设施。充分考虑农村地区的财政承受能力，而不仅仅只看技术是否先进。下面就常用的小型污水处理设施做简单介绍。
4.1 膜生物反应器(MBR)工艺
MBR技术是将膜分离工程和生物处理工程有机结合的一种新高效污水处理技术，它较单一传统的活性污泥法节能、节水、节约空间资源，它主要由生物反应器和膜组件两单元设备组成。整个处理系统包括预处理、化粪池(调节池)、膜生物反应器等组成。生活原污水经过预处理后进入化粪池(调节池)再进入膜生物反应器，在反应器内经微生物处理，得到高质量的出水。
工艺流程为：生活原污水→预处理装置→化粪池(调节池)→膜生物反应器→中水回用或排放。工艺原理：小型MBR工艺的技术核心是膜组件与生化反应器的结合，膜组件一方面大大提高好氧微生物在反应器的浓度，提高污水污染物的分解效率，使污水污染物彻底分解成二氧化碳和水；另一方面，膜组件进行固液分离，得到清澈的出水。通过此系统可以实现污水的就地处理和回用，节约大量给排水管道及泵站的建设费用。系统通过自动控制实现自动化运行和管理。详见图1。

MBR采用先进的膜技术，结构紧凑、占地面积小、高效节能、能耗低、处理水质好、无人看管、全自动运行。缺点是投资较大，后期维护较多。由于MBR设备购置成本高，日常运行管理要消耗电能，因此适用于对出水水质要求较高、经济条件较好的单村与联村污水集中处理。通过北京怀柔、密云、房山、门头沟等水源保护区的推广试验证明：小型MBR反应器对分散性小型排污点具有较好的处理效果，因此在北京山区农村生活污水治理中得到较大规模的应用。由于MBR工艺出水水质指标能达到一类排放标准，在我国北方缺水地区的中水回用工程、平原河网地区的零排放要求的地区也得到了广泛应用，具有很大的发展前景。
4.2 人工湿地处理工艺
人工湿地系统(Constructed Wetlands)通过模拟自然水生动植物生态系统的功能，优化组合及协同自然生态系统中的物理、化学及生物作用，实现对污水的处理。人工湿地污水处理系统是在一定长宽比及底面有坡度的洼地中，由土壤和填料(天然物质等)混合组成填料床，污水可以在床体的填料缝隙中流动(潜流式湿地)，或在床体的表面流动(表面流湿地)，并在床的表面种植具有处理性能好、具有景观价值的多年生水生植物(如芦苇、菖蒲、水葱等)。人工湿地污水处理工艺主要由预处理、人工湿地、出水调节井及管道、阀门系统组成，见图2、图3。

人工湿地系统处理污水可以适合不同的处理规模，基建费用低廉，处理单元经简单修建而成，不需要复杂的机械设备，易于运行维护与管理，人工湿地的主要材料如碎石、砂砾、土壤等均可就地取材，处理系统可以依地势而建，污水自流进入，无需额外动力，运行费用低廉。但人工湿地等生态处理技术均存在占地面积大的缺点，有条件的农村地区应当充分利用附近的废池塘、沼泽地，建设人工湿地处理系统。
欧美国家广泛采用人工湿地系统处理村镇地区及小型社区的污水，取得了显著的成效。目前，在浙江的安吉县、绍兴的汤浦水库王坛镇等工程项目中得到了较好的应用。现阶段，人工湿地处理生活污水有很多组合工艺的研究，取得不错的效果。吴磊等研究了厌氧/跌水充氧接触氧化/人工湿地的组合工艺以及水解/脉冲滴滤池/人工湿地组合新工艺；孙宗健等研究了人工土壤渗滤/湿地系统，取得了不错的效果；同济大学研究的蚯蚓生态滤池也可用于人工湿地预处理。
4.3 无动力地埋式污水处理工艺
无动力污水处理设备基本工艺流程为：污水→一级消化→二级消化→过滤→接触氧化→消毒→出水，见图4。

污水经排水系统收集，自流进入一级消化池，在产酸杆菌的作用下，进行厌氧酸性发酵，使得大分子有机物降解为小分子有机酸。经过一级消化后的污水进入二级消化池，在甲烷菌的作用下进行碱性消化，使污水中的小分子有机酸和醇类物质分解，产生CH4和CO2。经过两级消化后，污水中大部分污染物已经降解，但是，仍有部分有机物未能有效的分解，处理后的污水进入厌氧生物滤池，在厌氧菌的作用下进一步降解。污水经厌氧生物滤池处理后，进入接触氧化池，由好氧菌降解污染物，保证出水水质，并向水中充氧，提高出水的溶解氧量。该段供氧主要是依靠工艺特定的一套气流循环系统来进行，出水进行消毒处理。
有高程落差条件的村庄污水处理宜采用无动力净化装置。无动力地埋式污水处理设备适用于污水处理量较小的情况，它的最大优点是：无动力消耗，基本上不需管理，造价低，运行管理费用低。且该设备可一体化生产，全套设备埋在地下，不占空间位置，故不需建房屋，不需采暖保温措施。无臭味，对周围环境基本无影响。但因其全部设备埋在地下给维护检修工作带来很大困难，设备损坏后很难维修。
4.4 工艺比较及建议
农村地区经济发展差别较大，地形差异也较大，因此在污水处理的工艺选择上应因地制宜，结合当地经济承受能力和地形特点选择处理工艺，以上采取的三种处理方式在农村有各自不同的适用条件。
MBR工艺：MBR工艺先进，处理效果较好，处理出水经消毒后可用作冲厕、灌溉等使用，从而有效节约了水资源。但运行成本相对略高，适用于经济相对发达的农村。
人工湿地工艺：人工湿地工艺建造成本低、运行管理方便、处理污水就地化且处理效果好，但由于占地面积较大，在农村地区适于中、小水量的污水处理。通过利用空旷、有一定自然坡度的洼地或经济价值不高的荒地，可减少土方量、有利排水，从而降低投资和能耗。适用于非水源地的中西部农村，建造和运行成本均较低，经济实用。
无动力地埋式污水处理工艺：无动力地埋式污水处理工艺布局灵活、施工简单，适用于地形高差较大的分散污水处理。对于远离城市排水管网、处理规模较小、无闲置土地的村庄，污水分散处理可采用无动力地埋式污水处理设备，具有占地面积小、见效快、运行管理方便、出水水质好等特点。
5.结论和建议
根据建设社会主义新农村的要求.以建立健全农村排水系统及生活污水处理设施、保护饮用水源、修复和治理农村周边水环境，实现农村水环境清洁、水污染得到有效控制。农村生活污水处理系统的构建应当融入小流域综合治理，与控制非点源污染的设施相结合。应充分了解相关处理工艺特点，因地制宜，合理规划。建立监管并重，注重可持续运作，保证新农村污水治理工程的长期稳定运行。结合当前实际，提出以下几点建议：
(1)根据农村自然经济水平，坚持因地制宜的原则，合理选择污水处理设备。建议污水处理技术的选择优先达到两个目标：一是达标排放或回用；二是注重经济适用，运行成本低，管理维护简单。上述各种工艺都有其适用性和限制性，选用时要做到因地制宜，综合考虑当地的污水处理特点、财政能力、技术管理水平和发展规划等因素。
(2)加强管理。分散是农村污水就地处理的一大特点，合理的运行管理对系统的长期稳定运行尤为重要。多数系统需要半专业人员进行管理和定期维护，或对用户进行基本的运行管理培训。
(3)注重过程中的技术创新。根据农村居民点比较分散，居民的受教育程度相对较低的特点，不断开发设备简单、易于管理、低能耗的新型农村生活污水处理技术。