第24卷第4期宿州学院学报Vol .24,No .4　2009年8月Journa l of Suzhou Un i versity Aug .2009do i :10.3969 j .issn .1673-2006.2009.04.036可用于流域污染控制的农村生活污水处理技术陈　坚1, 邹　婷2(1.怀远县环境监测站,安徽怀远　233400;2.污染控制与资源化研究国家重点实验室,南京大学环境学院,江苏南京　210093摘要:根据农村生活污水的特点,分析了农村生活污水处理技术;详细介绍了土地渗滤处理技术、地下渗滤处理技术、人工湿地、蚯蚓生态滤池处理系统技术、高效藻类塘、澳大利亚“F I L T ER ”(非尔脱)污水处理技术、“L I V I N GM A CH I N E ”生态处理技术等生物生态污水处理技术以及这些技术的组合工艺的原理和特点,最后提出了因地制宜采取污水处理技术的建议。

关键词:农村生活污水;土地处理;人工湿地;蚯蚓生态滤池;组合工艺中图分类号:X 506 文献标识码:A 文章编号:1673-2006(2009)04-0107-06收稿日期:2008212225作者简介:陈坚(1966-),安徽怀远人,主要从事环境监测与环境管理。

1　前言近年来,我国江河湖泊流域面源污染问题日益严重,其中农村面源污染在各类环境污染中的比重逐渐增大,正在成为水体污染的重要因素,极大地影响了这些水源地向工农业生产、人民生活供水的功能。

由于治理资金短缺和对农村水环境保护意识的淡薄,农村地区的生活污水基本上未经处理就直接排放,严重的污染了农村的生态环境,直接威胁到广大农民群众的身体健康和农村的经济发展。

一方面,未经处理的生活污水自流到地势低洼的河流、湖泊和池塘等地表水体中,严重污染各类水源;另一方面,生活污水也是疾病传染扩散的源头,容易造成部分地区传染病、地区病和人畜共患疾病的发生和流行。

虽然我国污水处理厂不断兴建,污水的处理率在不断提高,但主要集中在城市,全国大部分农村的污水得不到处理。

农村污水的乱排放不仅破坏了当地的生态环境,同时也是小流域的主要污染源。

国家《环境质量公报》显示,2002年全国七大水系属 类、 类、劣 类水质的监测断面占70%以上;全国10座大型水库70%为 类、 类、劣 类水质;全海域共发生赤潮79次,累计面积超过10000km 2,造成直接经济损失约10亿元。

对太湖、巢湖、滇池“三湖”富营养化的成因分析表明,造成水体富营养化的污染源主要来自生活污水和农田的氮、磷流失,工业废水对TN 、T P 的影响仅占10%～16%。

因此,治理农村生活污水、控制江河湖泊流域污染就显得至关重要[1]。

农村生活污水处理也是当前新农村建设中的重点,国内缺少投资少、运行费用低、管理方便的污水处理技术,这是治理农村生活污水的瓶颈问题。

发达国家在处理农村生活污水方面进行积极探索,也取得了明显的成效。

因此,学习国外先进经验,积极创新,加快城乡生活污水的治理速度,势在必行。

当然国外的污水处理技术同样需要完善,不加研究直接照搬和完全套用国外污水处理技术难以取得成功。

2　农村生活污水特征我国农村生活污水有以下特征:(1)面广、分散。

村庄分散的地理分布特征造成污水分散,难于收集。

(2)来源多。

除了来自人粪便、厨房产生的污水外,还有家庭清洁、生活垃圾堆放渗滤而产生的污水。

(3)增长快。

随着农民生活水平的提高以及农村生活方式的改变,生活污水的产生量也随之增长。

(4)处理率低[2]。

针对农村生活污水的特点,污水处理技术应满足下列要求:(1)抗冲击负荷能力强,且宜就近单独处理;(2)应充分考虑造价低、运行费用少、低能耗或无能耗的工艺;(3)村镇缺乏污水处理专业人员,所选工艺应运行简单、维护方便[3]。

3　农村生活污水处理技术3.1　土地渗滤处理技术土地渗滤处理是将污水投配到天然土壤或种有植物的天然土壤表面,污水垂直入渗地下,因为土壤—植物—微生物系统包含了过滤、吸附和微生物降解等十分复杂的综合过程,使得污水得以净化的土地处理工艺。

因其运行成本低、操作运行简单,目前在国内得到了广泛的关注。

根据土地渗透能力不同,土地渗滤分为慢速渗滤和快速渗滤。

3.1.1　慢速渗滤土地处理系统慢速渗滤是土地处理污水技术中最广泛应用的一种类型。

它具有易管理、经济效益显著的优点。

在中国沈阳西部的滞洪区建的面积约为700hm2的慢速渗滤土地污水处理场,可以用于农村生活污水的处理。

这一土地处理系统由主系统、调节系统、辅助系统构成。

它的主系统为水稻田;调节系统为耐污耐湿的紫穗槐及垂柳林地,主要调节主系统的水力负荷和污染负荷;辅助系统包括周围预处理池、上水沟、侧渗沟、养鱼池等[4]。

影响慢速渗滤土地处理系统处理效果的因素除了与污水本身的水质有关外,主要依赖于土壤性能和选择作物的耐氮性能。

慢速渗滤系统的天然土壤渗透性能较低,污水投配负荷一般也低,水力负荷小,渗滤速度慢,对污水的净化效果较好。

农田污灌即是典型的慢速渗滤土地处理系统[5]。

3.1.2　快速渗滤土地处理系统快速渗滤土地处理系统是将污水有控制地投配到具有良好渗透性能的土地表面,在污水向下渗滤的过程中,在过滤、沉淀、氧化、还原以及生物氧化、硝化、反硝化等一系列的物理、化学及生物作用下,得到净化处理的一种污水土地处理工艺。

在快速渗滤系统运行中,污水是周期性地向渗滤田灌水和休灌,即厌氧、好氧交替运行状态。

在休灌期,表层土壤恢复好氧状态,被土壤层截留的有机物为微生物所分解,休灌期土壤层脱水干化,有利于下一个灌水周期水的下渗和排除。

渗滤池的土质要求通透性能强、活性高、水力负荷大、处理效率好为原则。

如无此类土质条件,也可以按照上述要求,用砂、草炭及耕作土,人工配置成滤料,制成人工滤床。

一般在系统运行4～5周后,就需要对渗滤床耕作,以恢复其渗滤速度[6]。

影响快速渗滤土地处理系统运行的主要因素是渗透系数、水力负荷、湿干比。

快速渗滤系统对生活污水具有较高的水力负荷,具有较好的净化效果,对BOD5、COD、SS、N H3-N、TN、T P的去除率可达到90%左右,出水水质均能达到二级排放标准[3]。

采用天然土壤为过滤介质的土地渗滤系统,不适用于重金属含量高、有机负荷大、溶解性固体多、酸碱度过高和含有有毒有害物质的废水等,而且一旦运行管理不当,存在着污染地下水的风险。

近年来,底部设置防渗处理的人工快速渗滤(A R I)处理技术得到广泛关注,是快速渗滤土地处理技术的改良型。

该技术通过人为配制土壤的手段,改变天然土壤的组成和土壤本身(土内)的环境条件,从而强化土壤的净化功能,提高人工土壤对污水的净化效果[5]。

3.2　地下渗滤处理技术污水地下渗滤处理系统是将经过腐化池(化粪池或酸化水解池)预处理后的污水有控制地通入设于地下距地面约0.5m深处的渗滤田,在土壤的渗滤作用和毛细管作用下,污水向四周扩散,通过过滤、沉淀、吸附和微生物的降解作用,使污水得到净化的土地处理工艺。

在地下渗滤处理系统中,在需氧微生物和厌氧微生物的作用下,污水中的有机氮转化为硝酸氮,伸入土层中的植物根系吸收部分有机污染物硝酸氮以及磷等植物性营养物,使污水得到净化。

地下渗滤处理系统具有无损地面景观,不受外界气温影响,易于建设,便于维护,不堵塞,投资小、运行费用低,对进水负荷的变化适应性强,耐冲击,出水可回用等优点。

地下渗滤处理系统的种类很多,目前应用较广的是污水土壤渗滤净化沟和土壤毛细管浸润渗滤沟[3]。

毛细管土壤渗滤处理系统特别适用于污水管网不完备的地区,是一项处理分散排放的污水的实用技术。

被输送到渗滤场的污水先经布水管分配到每条渗滤沟,渗滤沟中的污水通过砾石层的再分布,在土壤毛细管的作用下上升至植物根区,通过土壤的物理、化学、微生物的生化作用和植物的吸收与利用得到处理和净化[7]。

美国、日本、澳大利亚、以色列、俄罗斯和西欧等国一直十分重视该系统的研究和应用,在工艺流程、净化方法和构筑设施等方面都做到了定型化和系列化,并编制了相应的技术规范[2]。

该系统运行稳定,可靠,抗冲击负荷能力强,对BOD5、氮、磷去除率大;维护简便,基建投资少,运行费用低;整个系统在地下,不会散发臭味,地面草坪还可美化环境;大肠杆菌去除率高;污水的储存、输送等过程均在地下进行,热损失较少,在冬季仍能保持一定温度,维持基本的生化反应,保证较稳定的去除效果。

但其对总氮的去除效果不显著,占地面积大,有可能污染地下水[7]。

3.3　人工湿地处理技术湿地是一种类介于陆地和水域之间过渡的生态系统,对水体生态环境的净化起着十分重要的作用。

人工湿地(Con structed W etlands,C W)污水处理系统源于对自然湿地的模拟,它利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用,来实现对污水的净化。

这种湿地系统是在一定长宽比及地面坡度的洼地中,由土壤和按一定坡度充填一定级别的填料(如砾石等)混合结构的填料床组成,并在床体的表面种植具有处理性能好、成活率高、抗水性强、生长期长、美观且具有经济价值的植物(如芦苇、茭白、菖蒲等),它与在水中、填料中生存的动物、微生物形成一个独特的动植物生态环境,污水流经床体表面和床体填料缝隙时,通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解等实现对污水的高效净化处理[8]。

湿地床系统中因植物根系对氧的传递释放,使其周围的环境依次呈现好氧、缺氧和厌氧状态,保证了污水中的氮磷不仅能被植物和微生物作为营养成分而直接吸收,而且还可以通过硝化、反硝化作用及微生物对磷的过量积累作用将其从污水中去除,最后通过湿地床基质的定期更换和栽培植物的收割而使污染物最终从系统中去除[3]。

按照工程设计和水体流态的差异,人工湿地污水处理系统主要可以分为4种类型:表面流湿地(Su rface F lowW etlands,SFW)、潜流湿地(Sub su rface F lowW etlands,SSFW)、垂直流湿地(V ertical F lowW etlands,V FW)、潮汐流湿地(T idal F lowW etlands,T FW)。

表面流湿地与自然湿地最为接近,其水流状态是污水以较慢速度在湿地表面漫流,类似于沼泽。

这种湿地具备投资少、操作简单、运行费用低等优点,但占地大、水力负荷小、净化能力有限,湿地中的氧来源于水面扩散与植物根系传输,系统运行受气候影响大,不能充分利用填料及丰富的植物根系,夏季易孳生蚊蝇。

该类型在美国、加拿大、新西兰、瑞典等国有较多应用。

潜流湿地是目前较多采用的人工湿地类型,在潜流湿地系统中,污水在湿地床的内部流动,一方面可以充分利用填料表面生长的生物膜、丰富的根系及表层土和填料截流等的作用,以提高其处理效果和处理能力;另一方面由于水流在地表以下流动,具有保温性能好、处理效果受气候影响小、卫生条件较好的特点。