随着我國農村生活水平的提高,農村的污染問 題也逐漸凸現,成為我國建設新農村的制約因素之 一。據統計,我國農村生活污染對整個流域污染物磷 的貢獻率達到 8%,對氮的貢獻率達到 10%。受農 村生活水平、生活習慣、環境等的影響,農村生活污 水特性與城鎮污水具有明顯的差異,已有成熟城鎮 污水處理技術難以直接用于農村生活污水的處理, 目前我國農村生活污水處理的研究起步較晚,缺少 相關的污水處理政策和法規,并缺乏相關的設計規 範和标準,因此如何根據農村實際情況選擇合适的 處理技術顯得尤為重要。本文比較了上海南彙地區 4 種已經運行的污水處理工藝的效果、管理、投資 等,以期為類似地區的農村生活污水處理工藝的選 擇提供依據,并為相關法規或标準的制定提供參考。
上海南彙地區農村生活污水特點 上海南彙地區(現為浦東新區)瀕臨東海,地勢 平坦,區域内河網密布。近幾年地區經濟發展較快, 農村居民生活水平不斷提高,人均用水量大幅上升, 加上外來流動人口的增加,南彙地區農村生活污水 排放總量持續增長。但南彙地區農村基礎設施建設 相對滞後,農村生活污水無序排放現象明顯,已經嚴 重影響到區域的水環境質量。根據實地調研,南彙地區的農村用水主要為自來水、河水和井水,其中自來 水作為飲用、沐浴、沖廁等水源,河水、井水則作為衣 物洗滌、沖刷地面、飼養家禽等輔助用水,因此易于 收集生活污水主要來自沐浴、廚房和衛生潔具的排 水。
南彙地區農村生活污水的特點如下:
(1)污染源覆蓋面廣。由于南彙地區的城市化 程度有限,大部分地區還是以農村為主,農村生活污 水的産生源涉及了該地區的大部分地區。
(2)污染源分散。南彙地區農村住宅建設缺乏 整體的規劃,自然村落布局零亂,住宅排污口分布散 亂,大部分直接排放到附近的河網中。基本沒有集中 的市政收集管網。
(3)日變化系數大。受農村生活習慣影響,南彙 地區生活污水日變化系數一般在 3.0~5.0 之間,間 歇性排放明顯。
(4)有機物、營養鹽含量高。由于有些廢水如衣 物洗滌水等并不會全部進入農村住宅排污口,因此 南彙地區農村污水有機物以及氮磷等濃度要高于一 般城鎮污水。
南彙地區 4 種農村生活污水處理工藝 2.1 工 藝 針對南彙地區農村生活污水分散的特點,考慮到農村經濟承受能力低、專業管理人員缺乏的現狀, 南彙地區農村生活污水采用了分散式就地處理的模 式,截止到 2010 年 5 月底,在建和已經運行的污水 處理工程已有 150 餘處。綜合來看,所采用的典型處 理工藝流程。
無動力厭氧發酵工藝完全通過自流和表面複氧 實現處理過程,沒有提升及機械充氧設施,主要利用 厭氧發酵和兼性生物作用達到淨化處理生活污水的 目的,增加氧化渠(氣管自然通風,表面複氧)的目 的主要是提高出水水質,減少厭氧異味。厭氧發酵- 人工濕地工藝則利用厭氧菌的降解作用以及土壤- 微生物-植物組成的生态系統實現污水淨化。為了 補償人工濕地的水頭損失,該工藝設置泵提升措施。 一體化生物集成工藝就是采用适當工程措施使得反 應器中存在厭氧、兼氧、好氧等不同生物菌群,實現 降解污染物,達到淨化水質的效果。在一體化生物設 施後增加人工濕地,則是為了進一步提高處理效果, 同時具有環境美化作用。
2.2 處理效果對比 自 2009 年 6 月開始,選擇已經正常運行的上述 4 種不同工藝流程的工程進行跟蹤監測,連續 5 個 月不同工藝的處理效果及比較見圖 2。盡管農村生 活污水進水污染物濃度變化很大,但一體化生物集 成、一體化生物集成 - 人工濕地工藝處理效果比較 穩定,COD、BOD5 的去除率超過 75%,而氨氮的去 除率也達 70%以上;出水都能達到上海市污水綜合 排放标準 (DB 31/199-2009) 二級标準。
單純從 COD、BOD5 和氨氮的去除率看,一體化生物集成工 藝要高于一體化生物集成 - 人工濕地工藝,但考慮 進水(一體化生物集成工藝進水濃度偏高)以及出 水波動情況,可以發現後者受進水變化影響小,其處 理效果更為穩定。厭氧發酵 - 人工濕地工藝對 COD、BOD5 的去除率超過 80%,但是出水氨氮較差,平均值超過 20 mg·L-1;無動力厭氧發酵工藝對 COD、BOD5 的去除率隻有 60%左右,對氨氮的去除 率則隻有 38%,且出水受到進水濃度變化影響很 大,遠大于厭氧發酵 - 人工濕地工藝。比較 4 種工藝 的出水變化以及去除率可以看出,人工濕地系統具 有較好處理效果,尤其是脫氮性能明顯,而且其出水 濃度相對穩定,即具有一定的耐負荷沖擊能力,因此 人工濕地成為推薦的主要工藝。
2.3 其它方面比較 4 種典型的農村生活污水處理工藝噸水投資、 運行費用等基本參數見表 1,水力停留時間不包括 化糞池、人工濕地;噸水投資不包括收集系統和化糞 池。除了濕地,其餘設施都放于地下。4 種農村生活 污水處理工藝都設有自動控制設施,無需專人管理, 但都需要定期清理、檢修。人工濕地采用建築用碎石 作為載體,種植的植物為長稈美人蕉。一體化生物集 中工藝内部采用水下曝氣機進行充氧,池内挂有生 物填料。可以看出,4 種工藝的工程噸水投資都比較 高,尤其是采用鋼混結構的工程,噸水投資超過 6 000 元以上,遠高于其它一些村鎮污水處理設施投資。
主要原因為:首先上海南彙地區農村生活污水處理 工程都是建在河溝邊、斷頭浜等地質、地理條件較差 的地方,地基處理增加了建設投資;其次考慮到農村 缺少管理人員、水質水量變化大等原因,因此在進行 工程設計時,設計的水力停留時間很長, 意味着池容較大,基建投資高;另外因為工程處理規 模較小,導緻單位投資升高。如一體化生物集成 人工濕地工藝采用的水力停留時間要長于一體化生 物集成工藝,且增加了人工濕地處理單元,但前者的 噸水投資要低于後者。說明對于相對集中的自然村 落應盡可能集中在一起建污水處理設施以降低建設 成本和運行成本。
采用一體化生物集成措施 可以明顯提高脫氮效率,但運行費用和投資也相應 增加,而根據農村現狀,是否必須脫氮尚待考慮。投 資和運行費用過高極大程度上限制了這些工藝在農 村區域的應用,因此如何優化工藝,減少投資和運行 費用,并根據農村實際情況制定相關的排放标準或 規範成為目前急需解決的問題。
3 結論和建議 上海南彙地區農村生活污水具有污染源覆蓋面 廣、污染源分散、日變化系數大、污染物含量高等特點。采用一體化生物集成技術可以有效提高廢水的 處理效果,而一體化生物集成技術與人工濕地組合 工藝則具有很好的耐沖擊能力,處理效果穩定;2 種方式都可以獲得 75%以上的 COD 和 BOD5 去除率, 氨氮去除率超過 70%;單純的厭氧發酵工藝處理效 果較差,且耐沖擊能力也差。 農村生活污水治理應根據實際情況因地制宜采 用不同的處理工藝,對于相對集中的自然村落應盡 可能集中在一起建污水處理設施以降低建設成本和 運行成本。 根據農村現狀制定相關的生活污水排放标準或 規範成為目前急需解決的問題,它直接決定了處理 工藝的選擇和投資等。
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