楊 瑞 李立軍

(1.延安大學(xué)建筑工程學(xué)院，陜西 延安 716000； 2.西安星航市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710100)

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北方地區(qū)農(nóng)村污水處理技術(shù)探索★

楊 瑞1李立軍2

(1.延安大學(xué)建筑工程學(xué)院，陜西 延安 716000； 2.西安星航市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710100)

結(jié)合北方農(nóng)村水資源嚴(yán)重短缺的實(shí)際情況，考慮到北方地區(qū)村民居住分散、鋪設(shè)管網(wǎng)造價(jià)高、冬季氣溫偏低等主要影響因素，提出了厭氧沼氣池、潛流式人工濕地、地下土壤滲濾、蚯蚓生物濾池、高效藻類塘等五種適宜北方農(nóng)村污水處理技術(shù)，以期為北方農(nóng)村污水處理提供依據(jù)。

北方地區(qū)，農(nóng)村污水，沼氣池，人工濕地

1 概述

我國(guó)農(nóng)村每年產(chǎn)生生活污水約80多億噸[1]，截止2012年，全國(guó)58萬(wàn)個(gè)自然村中分散式污水處理率也僅達(dá)8%[2]，農(nóng)村分散式污水處理顯得尤為重要。我國(guó)北方地區(qū)受自然環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、技術(shù)要求等條件制約，農(nóng)村分散式污水基本未經(jīng)處理直接排放至水體，嚴(yán)重污染了河流、湖泊及土壤。如何克服管網(wǎng)造價(jià)高、冬季氣溫偏低等首要因素的制約，是解決北方地區(qū)農(nóng)村污水處理技術(shù)的關(guān)鍵性問題。筆者依據(jù)北方地區(qū)的實(shí)際情況，提出以下幾種綠色、高效、節(jié)能的農(nóng)村污水處理適宜技術(shù)。

2 北方農(nóng)村分散式污水處理適宜技術(shù)

2.1 厭氧沼氣池

厭氧沼氣池是一種地埋式生態(tài)污水處理技術(shù)，該技術(shù)符合北方“四位一體”循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式，也符合習(xí)近平指出的“以沼氣和生物天然氣為主要處理方向，解決畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)糞污處理和資源化問題”這一方向。該技術(shù)是指在一定條件下，微生物將沼氣池內(nèi)廚房污水、廁所污水、禽畜糞便、秸稈、青草等原料經(jīng)過厭氧發(fā)酵產(chǎn)生一種發(fā)電家用的可燃性清潔氣體(沼氣)，其中產(chǎn)生沼液和沼渣可以充當(dāng)農(nóng)肥。厭氧沼氣池具有低投資、高效率、操作簡(jiǎn)單、綠色發(fā)展、循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)，其COD去除率可達(dá)85%以上，BOD5去除率可達(dá)90%以上[3]。在北方農(nóng)村地區(qū)，村民夏季利用沼氣做飯，冬季利用沼氣代替大量散煤來(lái)自行供暖。此舉既綠色節(jié)能，又很大程度上緩解了北方嚴(yán)重的灰霾天氣。截止2010年年底，我國(guó)生活污水沼氣池建設(shè)數(shù)量已經(jīng)超過了19萬(wàn)座，且還以每年30%的增長(zhǎng)率持續(xù)增加，是我國(guó)農(nóng)村地區(qū)應(yīng)用最廣泛分散式污水處理技術(shù)之一[3]。

2.2 潛流式人工濕地

人工濕地分為表面流人工濕地、潛流式人工濕地，其中潛流式人工濕地又分為水平式和垂直式。其中潛流式人工濕地主要是由濕地主體、防滲層、布水裝置、收集裝置四部分組成[4]，由于人工濕地主要通過植物根系吸收、微生物降解、濾料截留等方法去除污染物，凈化水質(zhì)，其中微生物降解起主要作用。好氧微生物將大部分有機(jī)物轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水，厭氧微生物將部分有機(jī)物轉(zhuǎn)化成二氧化碳和甲烷，硝化細(xì)菌將鹽硝化，反硝化細(xì)菌將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?。人工濕地具有投資費(fèi)用低、處理效果好、占地面積大、操作簡(jiǎn)單、系統(tǒng)保溫效果好，處理效果受氣候、季節(jié)影響較小[4]等優(yōu)點(diǎn)，我國(guó)北方地區(qū)有豐富的土地資源，利用這些貧瘠土地進(jìn)行人工改造濕地系統(tǒng)，污水得到了處理同時(shí)，生態(tài)得到改善。為防止北方地區(qū)冬季氣溫下降很低，植物易枯死，微生物分解速率緩慢問題，可以采取種植夾竹桃、女貞等可以安全越冬的木本植物代替蘆葦、香蒲等草本植物或采取保溫措施，常見保溫措施包括覆蓋冰雪、稻草、麥稈、PVC透氣薄膜等[5]。嚴(yán)弋等人研究潛流式人工濕地在我國(guó)干旱區(qū)試運(yùn)行一文中以烏魯木齊平西梁村污水為濕地處理系統(tǒng)處理對(duì)象進(jìn)行研究，結(jié)果表明：當(dāng)水力停留時(shí)間為10 d，連續(xù)進(jìn)水，潛流式人工濕地運(yùn)行了12個(gè)月，其COD，BOD5，NH3-N，總磷平均去除率分別是：78.3%，61%，46.4%，66.2%，達(dá)到了城鎮(zhèn)污水處理二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[6]。

2.3 地下土壤滲濾

地下土壤滲濾技術(shù)起源于日本，是一種人工強(qiáng)化的污水生態(tài)處理技術(shù)[7]，通過布水系統(tǒng)有控制、間歇式將預(yù)處理后的污水投放至距地表約30 cm～50 cm深土壤，污水經(jīng)過土壤—微生物—植物系統(tǒng)的物理、化學(xué)、生物作用后達(dá)到污水凈化效果，其中土壤理化性能決定著污水處理效果的好壞。標(biāo)準(zhǔn)地下土壤滲濾系統(tǒng)是通過在地表種植野牛草、早熟禾、馬尼拉等植物，并在距地表約30 cm處安放布水管，布水管周圍填滿礫石，礫石層下方鋪設(shè)20 cm厚砂層，污水流經(jīng)礫石層與砂層后，在毛細(xì)管作用下緩慢向四周土壤擴(kuò)散，在好氧與厭氧交替狀態(tài)下，大多數(shù)有機(jī)物被吸附、過濾、降解。地下土壤滲濾系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)適用，高效節(jié)能，實(shí)現(xiàn)了分散式污水的就地處理，是一種污水處理與生態(tài)綠化相結(jié)合的生態(tài)技術(shù)，其出水水質(zhì)可以達(dá)到國(guó)家污水處理二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)北方地區(qū)雖然干旱少雨，冬季氣溫偏低，但并不影響地下滲濾系統(tǒng)對(duì)污染物的降解率。田寧寧等人應(yīng)用土壤毛細(xì)管滲濾處理某小區(qū)生活污水時(shí)，研究表明出水CODCr去除率大于80%，BOD5，NH3-N，TP三者去除率都大于90%，且當(dāng)冬季氣溫低至-13.5 ℃時(shí)，系統(tǒng)的出水效果基本沒有發(fā)生變化[7]。中科院沈陽(yáng)研究表明，在我國(guó)北方利用地下土壤滲濾法處理生活污水不僅可行而且可以作為中水進(jìn)行回用[8]。

2.4 蚯蚓生態(tài)濾池

蚯蚓生態(tài)濾池是指在生物濾池基礎(chǔ)上引入蚯蚓，利用蚯蚓的生態(tài)學(xué)功能來(lái)改進(jìn)土壤通透性，提高有機(jī)物降解程度的一種污水生態(tài)處理技術(shù)。當(dāng)蚯蚓在濾層中穿梭覓食，將有機(jī)物轉(zhuǎn)化成自身或其他微生物易于利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[9]時(shí)，增加了濾層的通氣性和透水性，提高污染物降解率，進(jìn)一步阻止了濾料堵塞。系統(tǒng)進(jìn)水采用穿孔管間歇式布水，干濕交替。濾池填料一般分三層，上層是土壤層，由有機(jī)質(zhì)含量高的田園土和鋸末摻混而成，土壤上種植蘆葦、柳樹等根系發(fā)達(dá)的植物，中間層是稻殼，谷殼，泥炭類等物質(zhì)，底層為粗、細(xì)石英砂、碎石、鵝卵石。李軍狀等人曾在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究蚯蚓生態(tài)濾池處理太湖附近村民生活污水時(shí)發(fā)現(xiàn)，干濕比為1∶3，表面水力負(fù)荷為1 m3/(m2·d)時(shí)，出水效果能達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，證明了該技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)村污水處理中的可行性和高效性[10]，郭飛宏等人研究三級(jí)蚯蚓生態(tài)濾池處理生活污水結(jié)果表明，不同季節(jié)出水水質(zhì)均能達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理一級(jí)A類標(biāo)準(zhǔn)[11]。蚯蚓生態(tài)濾池技術(shù)具有造價(jià)低，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單方便，技術(shù)要求低，去除有機(jī)物效率高，可實(shí)現(xiàn)污水、污泥同步處理[12]等優(yōu)點(diǎn)，故適宜經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢，管網(wǎng)配套不完善，四季溫差大的北方地區(qū)處理農(nóng)村污水。

2.5 高效藻類塘

高效藻類塘是在傳統(tǒng)穩(wěn)定塘基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)、發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)污水處理技術(shù)，利用藻類大量繁殖來(lái)形成菌—藻共生系統(tǒng)來(lái)處理污水。該工藝除了保留傳統(tǒng)穩(wěn)定塘特點(diǎn)，還增加了生物種類、縮短了水力停留時(shí)間、增加了氮磷去除率。高效藻類塘機(jī)理是藻類利用空氣中或細(xì)菌分解有機(jī)物過程中產(chǎn)生CO2等物質(zhì)作為原料、氨氮作為氮源、磷酸鹽作為磷源，在細(xì)胞葉綠素中進(jìn)行光合作用，制造有機(jī)物[13]繁殖個(gè)體，釋放出O2。細(xì)菌利用藻類產(chǎn)生的大量氧氣來(lái)氧化分解污水中有機(jī)物。氮磷的去除主要通過大量藻類同化吸收直接作用和藻類繁殖時(shí)引起塘內(nèi)pH升高，氨氮?dú)怏w揮發(fā)，磷酸沉淀鈣、鎂的間接作用[14]。為防止出水中藻類過量，一般其后接水生生物塘，塘內(nèi)種植蘆葦、水花生、浮萍等水生植物來(lái)抑制藻類增長(zhǎng)，降解部分氮磷。高效藻類塘具有投資省、維護(hù)管理簡(jiǎn)單、效率好、綠色生態(tài)等優(yōu)點(diǎn)，非常適合于經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后、缺乏環(huán)保專業(yè)人員的農(nóng)村地區(qū)生活污水的處理[15]。孫偉麗等人在高效藻類塘處理北方農(nóng)村模擬生活污水實(shí)驗(yàn)中研究表明：在曝氣條件下，五個(gè)星期對(duì)COD的平均去除率也在80%以上，最高可達(dá)87.77%，其中COD和氨氮效果基本都能達(dá)到GB 18918—2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)總磷也有一定的去除效果[16]。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著農(nóng)村全面小康推動(dòng)，社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)，農(nóng)村污水處理已經(jīng)是重點(diǎn)問題。我國(guó)北方地區(qū)和南方地區(qū)各方面均有差異，我們需要根據(jù)北方自身自然環(huán)境、經(jīng)濟(jì)條件、地理位置、技術(shù)水平等條件，選擇適合北方農(nóng)村投資少、效率高、耗能低、操作簡(jiǎn)單等要求的污水處理技術(shù)。

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[16] 孫偉麗,劉紹儼,高 宇,等.高效藻類塘處理北方農(nóng)村模擬生活污水試驗(yàn)研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2015(28):217-220.

Exploration for rural sewage treatment technology in northern China★

Yang Rui1Li Lijun2

(1.College of Engineering and Architecture, Yan’an University, Yan’an 716000, China; 2.Xi’an Xinghang Municipal Engineering Design and Research Institute Co., Ltd, Xi’an 710100, China)

According to the practical situation of the serious shortage of water resources in northern rural areas, taking account of the regions with scattered residents, the high cost of the pipe networks and low temperatures, the author analyzes five kinds of suitable water treatment technology, which is anaerobic digester, subsurface flow constructed wetland, subsurface soil infiltration system, earthworm biofilter, high rate algal pond. The author expect that these technologies can provide some basis for treating rural sewage in northern China.

northern China, rural decentralized wastewater, digester, constructed wetland

1009-6825(2017)16-0128-03

2017-03-21 ★：陜西省高水平大學(xué)建設(shè)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2015SXTS03)；延安大學(xué)校級(jí)項(xiàng)目，陜北紅堿淖水體特征分析與現(xiàn)狀評(píng)價(jià)(YDQ2016-43)

楊 瑞(1989- )，女，碩士，助教

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