談北方寒冷地區(qū)農村污水高效節(jié)能處理技術★

楊 瑞 李立軍

(1.延安大學建筑工程學院，陜西 延安 716000； 2.西安星航市政設計研究院有限公司，陜西 西安 710100)

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談北方寒冷地區(qū)農村污水高效節(jié)能處理技術★

楊 瑞1李立軍2

(1.延安大學建筑工程學院，陜西 延安 716000； 2.西安星航市政設計研究院有限公司，陜西 西安 710100)

依據北方農村實際情況，提出了厭氧沼氣池、人工濕地、生物接觸氧化池、一體化MBR四種綠色、高效、節(jié)能的北方農村污水處理適宜技術，以期為北方農村污水處理提供依據。

北方地區(qū)，農村污水，沼氣池，人工濕地

1 概述

我國北方地區(qū)位于秦嶺—淮河以北，屬于干旱與半干旱地區(qū)，氣候特征為冬季寒冷干燥，夏季溫熱，總降水量少，造成水資源嚴重短缺。北方地區(qū)耕地占全國45.2%，人口占全國38.4%[1]，水資源量僅占全國水資源總量19%[2]，嚴重制約北方經濟發(fā)展。受自然環(huán)境、經濟發(fā)展、技術要求等條件制約，北方地區(qū)除個別城鎮(zhèn)已建污水處理廠外[3]，大部分城鎮(zhèn)及農村基本無污水收集處理系統，生活污水直接潑灑地面，畜禽類養(yǎng)殖廢水與工業(yè)廢水直接排放至河流、湖泊，嚴重威脅水資源良性循環(huán)利用。筆者結合北方農村居住分散，鋪設管網造價高，冬季氣候寒冷干燥等污水處理主要制約因素，提出厭氧沼氣池、潛流式人工濕地、生物接觸氧化池、一體化MBR四種高效節(jié)能的農村污水處理技術。

2 北方農村分散式污水處理適宜的技術簡介

農村分散式污水具有水量小，可生化性強、粗放式排放等基本特點，結合北方農村污水處理關鍵制約因素分析，提出農村靠近城鎮(zhèn)管網輻射地帶時，應增設污水管網系統并納入城鎮(zhèn)污水管網系統。遠離管網輻射地帶盡量優(yōu)先采用經濟節(jié)能的厭氧沼氣池技術，有閑置土地，如洼地、濕地時，優(yōu)先考慮生態(tài)技術中的潛流式人工濕地。對水質要求高的經濟發(fā)展迅速的部分農村地區(qū)，可采用生物接觸氧化池、一體化MBR污水處理工藝?？傊?，在經濟節(jié)約的基礎上，結合當地實際情況，利用可利用資源，選擇合理的農村污水處理方式。

2.1 厭氧沼氣池

厭氧沼氣池技術是我國農村污水處理中使用最多、資金最省的一種地埋式生態(tài)污水處理技術[4]。厭氧沼氣池具有費用低、高效節(jié)能、操作簡單、綠循環(huán)利用等優(yōu)點，COD去除率可達85%以上，BOD5去除率可達90%以上[5]。該技術指在厭氧條件下，人畜糞肥、污水、秸稈等有機物在沼氣池內，通過微生物厭氧發(fā)酵產生一種可燃性清潔性能源氣體——沼氣，主要成分是CH4，CO2，過程中產生的沼渣能達到有機肥料標準，可直接利用[6]。隨著農村連片整治工作深入，北方農村建設了許多化糞池與沼氣池[7]，為村民提供廉價燃料、改善農村居住環(huán)境、促進生態(tài)農業(yè)、畜牧業(yè)發(fā)展。王進在《延安發(fā)展農業(yè)循環(huán)經濟模式選擇研究》一文中提出，沼氣能源在延安農村分布非常廣泛、潛力巨大，凡是有生物地方都有可能獲得制取沼氣的原料，是一種取之不盡、用之不竭的再生能源[8]。在北方農村大力推廣“四位一體”循環(huán)農業(yè)發(fā)展模式下，沼氣事業(yè)已經逐步由簡單炊事發(fā)展到目前照明和取暖。于文華在甘肅天水地區(qū)進行沼氣地暖育肥豬舍試驗，結果表明沼氣取暖豬舍能有效地解決高溫低濕和高濕低溫等現象，改善由溫度原因而引起豬疾病問題[9]。

2.2 潛流式人工濕地

人工濕地是指經過人工改造并控制運行的沼澤類似地面，將污水、污泥有控制地投放至濕地主體，污水、污泥沿一定方向流動，經過土壤、濕地植物、微生物、人工介質生物理化作用來凈化污水、污泥的一種生態(tài)污水處理技術，特別適合中小城鎮(zhèn)及農村使用。該技術具有建造費用低、出水效果好、操作簡單、美化環(huán)境等優(yōu)點，缺點是人工濕地技術由于自身處理特殊性，占地面積問題很難解決，是傳統污水處理工藝占地面積2倍～3倍[10]。而北方地區(qū)土地廣闊，閑置土地較多，可以積極改造北方閑置土地、湖泊、沼澤為人工濕地。2013年陜西省眉縣境內12個村建成濕地污水處理系統，系統出水水質好，運行穩(wěn)定，隨著此示范效應影響，寶雞市采用“統一收集、人工濕地、多級凈化”處理工藝建成了30余座生活污水處理示范工程[11]。針對北方冬季寒冷氣候條件，宜采用潛流式人工濕地，其污水面低于基質表面，有助于維持濕地內溫度[12]，濕地保溫措施主要有表層覆蓋麥稈、稻草等材料或種植夾竹桃、女貞等可以安全越冬的木本植物[13]。

2.3 生物接觸氧化池

生物接觸氧化法是一種結構簡單、占地面積少，對污水水質、水量適應性強，污染物去除效果好[14]的處理方法，結合了活性污泥法和生物膜法特點，具有較高容積負荷率，避免了污泥膨脹，是目前農村污水處理中運用最多的技術[15]。生物接觸氧化法是在曝氣條件下，生物氧化池內安裝填料，填料上布滿生物膜，污水流經生物氧化池時，水中氨氮、有機物等污染物被微生物代謝分解，最終達到凈化污水目的。代謝微生物來源分兩部分，即污水流經接觸氧化池時部分微生物附著于填料上生長成生物膜，部分微生物直接在污水內懸浮生長。王月紅等人利用人工制備的生物接觸氧化塔和二沉池組合工藝處理北京某生活小區(qū)污水，當HRT>1.5 h，原水COD為300 mg/L～400 mg/L時，其出水COD<50 mg/L，NH3-N<1 mg/L，SS<15 mg/L[16]。黃學平利用一體化生物接觸氧化工藝處理江西某變電站污水時，出水水質達到了GB 8978—1996污水綜合排放標準的一級標準[17]。北方地區(qū)一年四季氣候分明，夏季溫熱多雨，冬季寒冷干燥，可以采用地埋式生物接觸氧化工藝降低氣溫條件對微生物代謝速率影響。生物接觸氧化法通常采用機械曝氣增加氧氣，需要安裝填料，需要專人看守，故投資費用較高，且具有一定專業(yè)技術要求，適合北方經濟發(fā)展較快的城鎮(zhèn)及農村地區(qū)。

2.4 一體化MBR工藝

膜生物反應器(MBR)一體化設備是集合高效膜分離單元與生物處理單元于一體的新型污水處理技術，主要利用膜分離技術代替?zhèn)鹘y工藝中二沉池，生物膜高效截留性質可以使微生物完全截留在反應器內，保留了世代周期性較長的微生物，具有出水水質好，占地面積小、污泥產率低、工藝運行穩(wěn)定、自動控制、操作管理方便等特點[18]。一體化膜生物反應器主要由生物反應器、高效膜組件、自動控制系統三部分組成，其中高效膜組件是核心部分。污水經過格柵和調節(jié)池后，在曝氣條件下，反應器內大量活性污泥去除有機物、氨氮，經泵抽吸經過濾膜到達消毒池。裴亮等人利用一體化膜生物反應器(IMBR)處理農村污水一文中采用隔板將反應池分為預處理池和膜池，未經生化處理的農村污水流經該工藝后，出水COD,BOD5,NH3-N平均去除率分別達到93.1%,95.3%,93.8%,97.9%[19]。無錫市梅村污水處理廠二期采用MBR工藝為主體工程處理污水，最終出水水質優(yōu)于一級A標準，部分出水回用于熱電廠的冷卻水[20]。由于膜生物反應器過程中使用了生物膜、泵，增加了基建費用，故優(yōu)先在北方經濟發(fā)展較快的城鎮(zhèn)或農村采用。

3 結語

隨著北方地區(qū)經濟快速發(fā)展、城鎮(zhèn)化水平不斷提高，北方農村污水迫切需要治理。上述厭氧沼氣池、人工濕地、生物接觸氧化池、一體化MBR工藝四種污水處理技術具有高效節(jié)能、操作簡單、投資省等優(yōu)點，但在具體工藝選擇時，應結合北方當地村鎮(zhèn)的自然環(huán)境、資源情況、經濟發(fā)展、氣候特點等因素綜合考慮選擇單一或者組合的污水處理技術方式。

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On effective energy-saving treatment technology in the rural sewage in cold areas of northern China★

Yang Rui1Li Lijun2

(1.CollegeofEngineeringandArchitecture,Yan’anUniversity,Yan’an716000,China;2.Xi’anXinghangMunicipalEngineeringDesignandResearchInstituteCo.,Ltd,Xi’an710100,China)

Based on the actual situation, the author puts forward four green, efficient and energy-saving suitable rural wastewater treatment technique, such as anaerobic digester, artificial wetland, biological contact oxidation pond, integrated MBR, in order to provide the basis for the northern rural sewage treatment.

northern China, rural sewage treatment, marsh gas tank, artificial wetland

1009-6825(2017)18-0178-03

2017-04-12★：延安大學校級項目：陜北紅堿淖水體特征分析與現狀評價(YDQ2016-43)；陜西省高水平大學建設專項資金資助項目(2015SXTS03)

楊 瑞(1989- )，女，碩士，助教

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