生態(tài)化農(nóng)村污水處理技術(shù)應用及研究進展

文_許征宇 李書卷 余進 無錫金鵬環(huán)保科技有限公司

1 農(nóng)村污水的特點

農(nóng)村污水污染物主要來自餐飲、家庭清潔、沖廁、洗浴等產(chǎn)生的生活污水。農(nóng)村生活污水污染物濃度相對較低，主要污染物為有機污染物、懸浮物、氮、磷等。具有量小分散、收集難度大、排放時間集中、污染物組分較簡單，有毒有害物質(zhì)少，可生化降解性好等特點。

2 生態(tài)化處理技術(shù)

2.1 生物型處理系統(tǒng)

生物型處理技術(shù)主要包括膜生物反應器、生物接觸氧化等幾種形式。膜生物反應器（MBR）的工作流程是污水先經(jīng)調(diào)節(jié)池進入缺氧池，與膜池內(nèi)的硝化液摻混進行生物脫氮再進入膜池。膜池內(nèi)置有膜組件可以提高活性污泥的濃度以去除污水中的大部分污染物。同時，在膜池投加藥劑進行化學除磷。生物接觸氧化工藝是我國農(nóng)村污水處理中比較常用的一種工藝。生物接觸氧化法工作原理是在池內(nèi)設(shè)置填料可附著生長一層生物膜，池底曝氣以提供微生物所需氧氣，并使池內(nèi)污水處于流動狀態(tài)與填料充分接觸，以生物膜吸附廢水中的有機物，利用微生物的新陳代謝對污水進行凈化。該工藝占地較少、負荷高、適應能力較強可以解決農(nóng)村污水排放不均勻的問題。然而該工藝的投資成本高，后期的運行費用也較高。因此，并不適合所有的農(nóng)村地區(qū)。

2.2 人工濕地處理系統(tǒng)

人工濕地系統(tǒng)是一種借助原始的地理構(gòu)造而人為改造的污水處理技術(shù)。該系統(tǒng)主要利用自然的土壤、植物、微生物和人工添加的基質(zhì)與水中的污染物進行物理、化學、生物三重協(xié)同反應從而凈化污水。人工濕地的作用機理是：①物理反應指濕地中的植物根葉的阻截作用和基質(zhì)層都能夠過濾水體中懸浮物。②化學反應主要指的是系統(tǒng)中各類化學物質(zhì)之間發(fā)生的相互反應；③生物反應主要指系統(tǒng)中微生物的代謝反應，土壤中和植物根部的細菌的代謝作用都能夠?qū)⑽鬯械膽腋∥?、可溶性有機物分解成無機物。多種反應機制的綜合作用使得人工濕地對污水的處理表現(xiàn)出優(yōu)異的效果。

目前我國在農(nóng)村污水處理中較為常見的人工濕地污水處理工藝是表面流和潛流型兩種形式，潛流又分為垂直潛流和水平潛流。人工濕地系統(tǒng)的優(yōu)點是成本較低，運行管理和維護都比較簡單，水力負荷和污染負荷較高，大大提升了污水的處理效果，且有效地避免了污水處理過程中產(chǎn)生的惡臭以及蚊蠅。但是人工濕地系統(tǒng)容易隨著季節(jié)變化而對污水的處理效果產(chǎn)生影響。所以該系統(tǒng)更適用于溫暖潮濕的南方地區(qū)。

2.3 穩(wěn)定塘系統(tǒng)

穩(wěn)定塘是一種人工改造的修有圍堤和防滲層的池塘，該池塘以太陽能為初始能量，在塘中種植水生植物并同時進行水產(chǎn)和水禽養(yǎng)殖。通過穩(wěn)定塘中多條食物鏈進行物質(zhì)和能量的遷移、轉(zhuǎn)化。根據(jù)含氧量和微生物特性，穩(wěn)定塘可分為好氧塘、厭氧塘和兼性塘。穩(wěn)定塘系統(tǒng)對地形要求較低，構(gòu)造簡單從而建造成本較低；整個系統(tǒng)在運行過程綜合能耗低，后期的維護保養(yǎng)費用少；同時可根據(jù)農(nóng)村的實際情況進行污水資源再利用，在解決污水問題的同時為農(nóng)村居民創(chuàng)收。但是穩(wěn)定塘系統(tǒng)占地面積大，受氣候和當?shù)丨h(huán)境影響，不穩(wěn)定，不適合在人口密集的農(nóng)村推廣使用。

2.4 土地處理系統(tǒng)

土地處理系統(tǒng)是由土壤、微生物、植物三者共同作用的一種生態(tài)污水處理系統(tǒng)。我國農(nóng)村污水處理中主要應用的土地處理系統(tǒng)有人工快滲與土壤地下滲濾兩種模式。人工快滲是一種以污水快速滲透技術(shù)為基礎(chǔ)的新型污水處理模式。在快濾池的混合基質(zhì)中填充天然介質(zhì)和特殊填料，在基質(zhì)表面生成一層生物膜，通過填料的吸附作用和生物膜的生化作用來凈化污水。其中過濾截留和吸附功能主要起調(diào)節(jié)作用，而污染物的最終去除還是依靠微生物的降解作用。人工快滲在實際運行中主要是遵循干濕交替的運行模式，降低運行能耗，同時不會花費較高的成本；操作簡單，后期的維護管理也較為方便，適合大力推廣，尤其適用于南方農(nóng)村的高溫地區(qū)。土壤地下滲濾工藝是從國外引進的工藝，通過利用污水自身重力和淺土層土壤毛細管的浸潤和擴散作用，使得污水在土壤中向四周擴散過程中經(jīng)過物理吸附、過濾、化學沉淀以及生物降解等作用達到凈化的效果。在實際應用的過程中需要合理設(shè)計土壤淺層的分布狀況，才能夠達到高效的處理效果。地下滲濾工藝主要是依靠土壤自身的生態(tài)系統(tǒng)來凈化污水，建造成本較低而且在實際應用的過程中也不會影響地表的建筑景觀。但該工藝處理水量小，停留時間長，不適合水量大的地區(qū)。

3 生態(tài)化處理農(nóng)村污水技術(shù)應用

農(nóng)村污水的處理應該基于農(nóng)村污水自身特點來設(shè)計，同時還應注重污水處理設(shè)施的景觀效果和生態(tài)效益。

陳家霖以河北省邢臺經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)轄區(qū)內(nèi)為例介紹微單元生化－生物過濾工藝的設(shè)計建設(shè)以及處理效果。該轄區(qū)內(nèi)農(nóng)村沒有正規(guī)的污水處理設(shè)施，污水分散、未經(jīng)處理便自由排放，造成當?shù)厮w、土壤受到嚴重污染，甚至變成黑臭水體完全喪失水體自凈能力，對當?shù)剞r(nóng)村的生態(tài)環(huán)境造成惡劣影響。基于上述特點，設(shè)計單位分散收集、采用微單元生化－生物過濾生化－生態(tài)組合工藝技術(shù)方案，共設(shè)17 座污水處理站，工程設(shè)計總規(guī)模為6600 m3/d，污水處理站一般就近選擇在村中原有的污水垃圾坑塘。進站污水經(jīng)格柵過濾后，由提升泵送入微單元生化池進行自下而上的生化反應，后進入曝氣生物濾池，實現(xiàn)對污水的深度凈化處理。該工程投資少、運行成本低、運行管理簡單，工程出水可以自流至路邊和田間的溝渠作為農(nóng)業(yè)灌溉用水，不僅具有良好的自然景觀效果還體現(xiàn)了顯著的生態(tài)效益。

張巍等以北方農(nóng)村慶云堡鎮(zhèn)生活污水為處理對象，水處理站選址在亮子河河邊的大片低洼閑置地，適合應用穩(wěn)定塘工藝。污水處理主要由前置強化塘、自然塘和后置調(diào)節(jié)塘組成。前置強化塘又分為沉淀厭氧塘和物化吸附反應塘，主要功能是強化去除固體懸浮物、COD 以及高濃度氮磷，減少后續(xù)自然塘的污染負荷。自該工藝運行穩(wěn)定后，COD 的平均去除率達到85%，氨氮平均去除率可達90．6%。該工程投資成本低、維護管理簡單、運行狀況穩(wěn)定，適合農(nóng)村污水的集中和分散處理。

鄒志剛等以廣西壯族自治區(qū)的農(nóng)村地區(qū)環(huán)江縣麗源養(yǎng)殖場的畜牧養(yǎng)殖污水為處理對象，提出了低成本、高效益的生態(tài)濕地處理系統(tǒng)的污水處理方案。因受農(nóng)村地區(qū)畜禽養(yǎng)殖的影響，西江流域的中下游面臨著一系列諸如水體的富營養(yǎng)化、有毒有害的水質(zhì)污染、土壤的固有的凈化調(diào)節(jié)功能被破壞、養(yǎng)殖場的惡臭氣體造成的空氣污染等生態(tài)環(huán)境惡化問題。工藝流程由生物基質(zhì)池（稻草填料）和5 級經(jīng)濟濕地（綠狐尾藻或水生蔬菜）生態(tài)系統(tǒng)組合而成。COD、氨氮、總氮、總磷的去除率都可以達到97%～99%。適用于各大小規(guī)模的生豬養(yǎng)殖場、養(yǎng)牛場、家禽養(yǎng)殖場等。

溫春云等選擇江西省新余市上坑口村作為典型村莊，采用了由生態(tài)塘、人工濕地、生態(tài)溝等生態(tài)處理技術(shù)組合而成的生態(tài)處理系統(tǒng)來處理該村生活污水。上坑口村污水以生活污水為主，包括少量散養(yǎng)畜禽養(yǎng)殖廢水。該村污水的主要污染物指標為NH3-N、TN 和TP，污水的主要特點是水量少、濃度低、水量水質(zhì)波動大，另外，有少量生活污水和養(yǎng)殖廢水沒有被收集而是直接潑向地面通過徑流途徑進入水體，具有隱蔽性、隨機性、不易監(jiān)測性等特點，該部分污水無法采用集中收集處理的方法進行治理。因此針對該村污水的地點以及排放形式，采用無動力生態(tài)治理技術(shù)即采用生態(tài)塘-人工濕地-生態(tài)溝的組合生態(tài)治理模式。該系統(tǒng)對上坑口村生活污水的處理效果良好，對COD、SS 、NH3-N、TN、TP 的平均去除率分別為58．3%、82．6%、87．4%、75．6%、82%。

“五環(huán)”式 (ACGMP) 生態(tài)農(nóng)村污水處理系統(tǒng)，主要包括厭氧、人工濕地、基因水稻、微生物、池塘。其凈化原理是利用厭氧與人工濕地處理技術(shù)相結(jié)合，以用戶連接為基礎(chǔ)，建造厭氧反應池和人工濕地，通過種植高吸附性能的植物與投入微生物來處理農(nóng)村生活污水，最后利用天然池塘的自凈功能實現(xiàn)污水的再凈化。該系統(tǒng)目前已經(jīng)成功在三峽庫區(qū)進行了示范應用。廢水經(jīng)過格柵自流進入?yún)捬醭兀趨捬跷⑸锏淖饔孟虏糠钟袡C物得到降解，厭氧反應器中設(shè)有生物填料及高效微生物，利用微生物的生化作用降解污染物。厭氧出水重力自流進入潛流式人工濕地，在濕地中土壤、填料以及微生物的共同作用下進一步去除水中的剩余有機物、懸浮物、氮磷等污染物質(zhì)，人工濕地出水經(jīng)溢流堰溢出到氧化塘最終凈化。另外，該系統(tǒng)采用無動力自然流的方式，所需能源主要是重力、太陽能等，降低能耗，最終氧化塘的出水水質(zhì)達標。

4 結(jié)語

農(nóng)村生活污水處理是水污染防治的一個重要組成部分，是農(nóng)村人居環(huán)境整治最突出的“短板”。農(nóng)村污水處理站的建設(shè)必須考慮到農(nóng)村居住、經(jīng)濟、現(xiàn)有設(shè)施等實際問題，依據(jù)當?shù)丨h(huán)境和自然條件選擇最佳的污水處理方式。根據(jù)實際情況和現(xiàn)有需求，因地制宜，靈活組合生態(tài)處理技術(shù)，如生物濾池結(jié)合人工濕地、接觸氧化結(jié)合人工濕地、 組合生物濾池（厭氧處理、生物復合濾池、土壤滲濾結(jié)合）等庭院式或分散式處理組合工藝，使生態(tài)效益和環(huán)境美學效應達到平衡共贏。