唐　賀

(遼寧省大連水文局，遼寧 大連 116024)

我國北方農(nóng)村污水來源及處理技術(shù)

唐賀

(遼寧省大連水文局，遼寧 大連 116024)

[摘要]農(nóng)村污水是導(dǎo)致我國環(huán)境污染的主要污染源之一。針對我國北方地域特點(diǎn)，總結(jié)農(nóng)村污水的主要來源為生活污水、禽畜養(yǎng)殖廢水、村鎮(zhèn)工業(yè)廢水和肥料地表徑流污水等，從污水水質(zhì)、水量等方面分析北方農(nóng)村污水的特點(diǎn)，提出四種適用于北方農(nóng)村的污水處理技術(shù)。

[關(guān)鍵詞]北方農(nóng)村；污水；來源；處理技術(shù)

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)村生活水平不斷提高，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)快速發(fā)展，農(nóng)村地區(qū)用水量與污水排放量逐漸增加[1]。截止2013年底，全國城市與縣城污水處理廠分別達(dá)1 736座和1 504座，污水處理能力1.24億 m3/d和2 691萬 m3/d，污水處理率達(dá)到89.21%和78.47%，然而對污水進(jìn)行處理的行政村比例僅為9.0%[2,3]。據(jù)《第一次全國污染源普查公報(bào)》顯示，我國農(nóng)業(yè)污染源COD排放量占全國總排放量達(dá)43.71%,總氮與總磷分別達(dá)到57.19%和67.27%，已逐漸超越工業(yè)成為我國環(huán)境污染的主要污染源[4]。

我國北方地區(qū)多屬于溫帶季風(fēng)或大陸氣候，夏季炎熱，冬季寒冷。因此，在嚴(yán)峻的污染現(xiàn)狀下，結(jié)合地域氣候條件，綜合分析農(nóng)村污水的來源及水質(zhì)、水量特點(diǎn)，選用適合、有效的污水處理工藝，既可保障北方農(nóng)村地區(qū)用水安全，又可為農(nóng)村環(huán)境連片整治提供基礎(chǔ)條件，對推動社會主義新農(nóng)村建設(shè)具有重大而現(xiàn)實(shí)的意義。

1北方農(nóng)村污水的主要來源

1.1農(nóng)村生活污水

農(nóng)村生活污水，是指農(nóng)村地區(qū)居民生活、商業(yè)服務(wù)、旅游服務(wù)業(yè)所產(chǎn)生的污水，主要來源于沖廁、餐飲、洗衣、洗浴、清掃等生活行為產(chǎn)生的污水。全國農(nóng)村生活污水年排放總量約在80～90億 t[5]，與南方農(nóng)村不同的是，北方地區(qū)農(nóng)村居民更分散，污水排放管網(wǎng)建設(shè)也相對落后，冬季氣溫多在冰點(diǎn)以下。

1.2禽畜養(yǎng)殖廢水

禽畜養(yǎng)殖廢水，是指在養(yǎng)殖豬、牛、雞、羊等生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢水的總稱，主要包括動物尿液、沖洗水及養(yǎng)殖廠區(qū)少量生活污水，排放來源可劃分為規(guī)?；B(yǎng)殖和庭院養(yǎng)殖。北方地區(qū)規(guī)?；B(yǎng)殖廠多采用干清糞工藝，養(yǎng)雞廠廢水以沖洗水為主，其余養(yǎng)殖廠廢水中尿液占主要部分。近年，北方庭院養(yǎng)殖業(yè)雖不斷萎縮，但廢水排放總量較大，因點(diǎn)源排放量較小易被忽視。

1.3村鎮(zhèn)工業(yè)廢水

村鎮(zhèn)工業(yè)廢水包括生產(chǎn)廢水和生產(chǎn)污水。生產(chǎn)廢水是指受輕微污染或水溫略有升高的工業(yè)廢水；生產(chǎn)污水是指在工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水和廢液，其中常包括隨水流失的原料、加工中間產(chǎn)物及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物等。水產(chǎn)品及果蔬產(chǎn)品加工、屠宰、肥料生產(chǎn)等為北方常見的污染較重的村鎮(zhèn)企業(yè)。

1.4肥料地表徑流污水

肥料地表徑流污水，是指當(dāng)降雨或漫灌強(qiáng)度超過土壤下滲速度時形成的地表徑流，部分肥料溶解并隨之遷移所產(chǎn)生的污水。肥料地表徑流污水產(chǎn)生的主要原因?yàn)椋?1)施肥量大于土地承載力；(2)長期施用化肥造成土壤板結(jié)。此類污水不僅浪費(fèi)寶貴的肥料資源，而且造成流域水體富營養(yǎng)化等許多環(huán)境問題[6]。

2北方農(nóng)村污水的特點(diǎn)

2.1水質(zhì)穩(wěn)定

北方農(nóng)村地區(qū)污水水質(zhì)受污水來源、是否有沖廁水及季節(jié)性用水等因素影響。受生活習(xí)慣與生活條件影響，農(nóng)村生活污水一般不含有有毒物質(zhì)，N、P等污染物與城市生活污水含量相近，但寄生蟲卵與細(xì)菌含量高于城市生活污水。禽畜養(yǎng)殖業(yè)與村鎮(zhèn)工廠一般生產(chǎn)穩(wěn)定，常年運(yùn)行條件下污水水質(zhì)變化不大。

表1　北方農(nóng)村常見生活污水水質(zhì)

2.2水量變化大

北方農(nóng)村人口密度低且分散，生活污水水量較小，季節(jié)性生產(chǎn)企業(yè)較多，肥料地表徑流形成的污水主要集中于春季與夏季，污水水量日變化系數(shù)與月變化系數(shù)均存在較大波動?？疾燹r(nóng)村污水水量時，應(yīng)參照《鎮(zhèn)(鄉(xiāng))給水工程技術(shù)規(guī)程》(CJJ123-2008)中鎮(zhèn)(鄉(xiāng))村生活、鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)生產(chǎn)、禽畜飼養(yǎng)用水定額及時變化系數(shù)、《2013年中國水資源公報(bào)》中用水指標(biāo)等，結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r確定。

2.3污水收集與排水管網(wǎng)

污水處理成本主要包括污水收集管網(wǎng)、污水處理廠及附屬設(shè)施的建設(shè)成本及運(yùn)行成本，一般污水收集管網(wǎng)建設(shè)成本為污水處理設(shè)施的3～4倍[7]，對于農(nóng)村地區(qū)而言其，污水收集與排水管網(wǎng)建設(shè)成本更高于普通污水處理。這就造成我國96%農(nóng)村無排水渠道和污水處理系統(tǒng)[8]，而結(jié)合北方農(nóng)村地區(qū)特點(diǎn)，污水收集率更低于全國平均水平。

3適用于北方農(nóng)村污水處理技術(shù)

針對北方農(nóng)村不同地域及環(huán)境特點(diǎn)，應(yīng)因地制宜采用多元化的污水處理模式，主要包括分散式和集中式。分散式的污水處理模式，適用于水量較小、污染源較分散的地區(qū)，對整個區(qū)域進(jìn)行分片，以稍大的村莊或污染源為中心對周邊污水進(jìn)行收集處理，每個片區(qū)污水單獨(dú)處理，在處理工藝上宜采用中小型污水處理設(shè)備或生態(tài)處理等模式。集中式的污水處理模式，適用于農(nóng)戶集中的居住地或工廠、禽畜養(yǎng)殖廠等，點(diǎn)源污染分布密集、水量較大，該模式具有處理負(fù)荷高、機(jī)械化程度高、出水水質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，一般要建設(shè)污水處理管網(wǎng)，在處理工藝上一般與城市污水處理系統(tǒng)相近。

北方地區(qū)凍土深度一般在1～2.5 m，農(nóng)村污水處理技術(shù)選擇應(yīng)遵循：設(shè)計(jì)簡單、運(yùn)行費(fèi)用低、易操作、耐低溫等原則，在長期探索與實(shí)踐基礎(chǔ)上，總結(jié)出以下幾種適用于我國北方農(nóng)村的污水處理模式與技術(shù)。

3.1化糞池/沼氣池

隨著農(nóng)村連片整治工作的深入，北方農(nóng)村建設(shè)了許多化糞池與沼氣池，傳統(tǒng)觀念認(rèn)為二者僅可處理人畜糞便而忽視了其對污水無害化處理的功能。化糞池是利用沉淀和厭氧微生物發(fā)酵的原理，去除糞便或污水中的懸浮物(SS)、部分有機(jī)物和病原微生物。沼氣池是利用厭氧微生物分解污染物產(chǎn)酸產(chǎn)甲烷原理，將人畜糞便、秸稈等轉(zhuǎn)化為沼氣能源和沼肥。二者從原理上都可將污染物減量化與無害化，最終將污染物轉(zhuǎn)化為綠色肥料。對于位置分散、水量較小污染源，應(yīng)就近將污水排入化糞池、戶用沼氣池；分散但水量較大的污染源排入大中型沼氣池。定期用泵等外排發(fā)酵剩余液，通過與糞便等共同發(fā)酵無害化處理，最終將污水中有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為沼氣，無機(jī)N、P等轉(zhuǎn)化為液體肥料中的營養(yǎng)成分。

3.2一體化處理裝置

隨著污水處理技術(shù)與要求不斷發(fā)展與提高，一體化的污水處理裝置正逐漸被市場所認(rèn)可，因具有投資低、占地面積小、建設(shè)周期短、能耗低、操作簡單等特點(diǎn)，適用于分散式的農(nóng)村污水處理[9]。適用于北方農(nóng)村的一體化污水處理裝置分為兩種，地埋式和移動車式，處理量一般在100 m3/d左右。

地埋式一體化處理裝置起源于日本，多采用厭氧-缺氧-好氧生物膜法處理工藝，環(huán)氧樹脂處理的玻璃鋼材質(zhì)，可同時脫氮除磷，出水水質(zhì)可達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)廠家采用的工藝與國外相似，多采用碳鋼防腐材質(zhì)(見圖1)。

圖1　地埋式一體化處理裝置示意圖與工藝流程圖

移動車式一體化處理裝置與地埋式相比，成本略高，但處理更加靈活?？稍趲讉€臨近污染源間切換處理，也可作為應(yīng)急處理設(shè)施使用。由于具有操作方便等特點(diǎn)，在處理工藝上也更加多樣，除采用傳統(tǒng)的A2/O工藝外，膜法如超濾、納濾等也有廣泛應(yīng)用(見圖2)。

3.3厭氧生物膜法-人工濕地

厭氧生物膜法是近幾年被廣泛研究的一種新型污水處理工藝，是在厭氧反應(yīng)器內(nèi)添加生物填料，利用附著在其表面的微生物處理廢水的技術(shù)[10]。其反應(yīng)的基本原理為：利用高濃度厭氧微生物將污水中的大分子有機(jī)物分解為小分子，并被微生物利用、轉(zhuǎn)化，進(jìn)而降低污水中污染物濃度，在常溫下對COD的去除效果也可達(dá)到61%左右[11]，但對氮磷基本無去除效果。該工藝具有投資低、節(jié)約空間、施工操作簡單、運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)，反應(yīng)器可埋于地下，因此適用于北方農(nóng)村污水處理。

圖2　移動車式一體化處理裝置工藝流程圖(膜法)

人工濕地是廣泛被應(yīng)用于污水處理的技術(shù)之一，是通過對自然或人造水環(huán)境改造而成的半生態(tài)型污水處理系統(tǒng)，主要由土壤基質(zhì)、水生植物和微生物三部分組成。人工濕地按照水流方式可分為表面流人工濕地、水平潛流人工濕地和垂直流人工濕地，一般的人工濕地對進(jìn)水水質(zhì)有特殊要求，SS應(yīng)小于50 mg/L，CODcr應(yīng)小于150 mg/L[12]。在設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮厭氧段出水、地區(qū)特點(diǎn)選擇合適的水生植物種類、水流方式與結(jié)構(gòu)類型等[13]。北方地區(qū)冬季寒冷，也是限制人工濕地技術(shù)在北方農(nóng)村應(yīng)用的主要原因之一[14]，但研究表明通過優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，合理選擇濕地植物等措施可以使人工濕地在寒冷地區(qū)正常運(yùn)行[15,16](見圖3)。

圖3　厭氧生物膜法-人工濕地工藝流程圖

3.4厭氧-缺氧-好氧活性污泥法(A2/O工藝)

厭氧-缺氧-好氧活性污泥法是應(yīng)用最廣泛的污水處理技術(shù)之一，通過厭氧、缺氧和好氧的不同組合、污泥不同的回流方式來去除污水中的有機(jī)物、氮和磷等污染物，簡稱A2/O法。該工藝具有設(shè)計(jì)方案成熟、可同時脫氮除磷、運(yùn)行操作較容易等優(yōu)點(diǎn)，在寒冷地區(qū)也有很多成功運(yùn)行的案例[17,18]。該工藝適用于對出水水質(zhì)要求較高的地區(qū)(見圖4)。

圖4　典型A2/O工藝流程圖

4結(jié)語

農(nóng)村污水是我國承待解決的環(huán)境污染問題之一。根據(jù)北方農(nóng)村地域、經(jīng)濟(jì)及居民生活習(xí)慣等特點(diǎn)，在分析處理廠覆蓋范圍內(nèi)污水的主要來源及特點(diǎn)基礎(chǔ)上，選擇投資低、建設(shè)周期短、耐低溫、運(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)操作方便的工藝路線，是解決我國北方農(nóng)村地區(qū)污水污染的有效途徑。此外，從可持續(xù)發(fā)展與社會主義新農(nóng)村建設(shè)角度考慮，還應(yīng)加強(qiáng)對農(nóng)村排污企業(yè)的環(huán)保政策扶持，加大宣傳與科普知識的推廣力度，從源頭上減少污染物排放，改進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式與觀念，從而使農(nóng)村生態(tài)環(huán)境得到更好的改善。

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[收稿日期]2016-01-08

[作者簡介]唐賀(1986-)，女，遼寧本溪人，助理工程師，主要從事水文水資源方面研究工作。

[中圖分類號]X52

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B

[文章編號]1004-1184(2016)03-0087-03