農村分散污水處理技術(shù)研究進(jìn)展

1.農村分散式生活污水的特點(diǎn)

我國長(cháng)期的城鄉二元結構導致在污水處理方面城鄉之間差別顯著(zhù):在城市，污水不但有完善的收集、處理技術(shù)和設施，而且國家頒布系統的法律法規和標準加以控制；而占全國總面積近90％的廣大農村，96％的村莊沒(méi)有排水渠道和污水處理系統。未經(jīng)處理的生活污水通過(guò)點(diǎn)源和非點(diǎn)源排放，將各類(lèi)污染物帶人河流，嚴重污染各類(lèi)水源，導致出現了包括藍藻水華等諸多生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。

農村生活污水主要為沖廁污水和洗衣、洗米、洗菜、洗澡廢水。污水中主要是生活廢料和人的排泄物，一般不含有毒物質(zhì)，往往含有氮、磷等營(yíng)養物質(zhì)，還有大量的細菌、病毒和寄生蟲(chóng)卵。因生活習慣、生活方式、經(jīng)濟水平等不同農村生活污水的水質(zhì)水量差異較大，污水有如下特點(diǎn)和問(wèn)題：(1)污水分布較分散，涉及范圍廣、隨機性強，防治十分困難，管網(wǎng)收集系統不健全，粗放型排放，基本沒(méi)有污水處理設施；(2)農村用水量標準較低，污水流量小且變化系數大(3.5～5.0)；(3)污水成分復雜，但各種污染物的濃度較低，污水可生化性較強。

由于農村生活污染源分散，不易集中，村鎮居民環(huán)保意識差，加上經(jīng)濟水平相對落后，治理上也存在較大困難，因此，農村生活污水已成為影響水體環(huán)境質(zhì)量的重要污染源。目前我國75％的天然和人工水體出現富營(yíng)養化，而且這一趨勢正在不斷惡化中。

2.分散式污水處理的概念及其分類(lèi)

目前, 我國主要研究的污水處理方式是集中式的污水處理, 對分散式污水處理的研究還不夠深入, 我國對于分散式污水處理還沒(méi)有一個(gè)很明確的概念, 還簡(jiǎn)單地停留在污水處理廠(chǎng)小型化這樣一個(gè)認識階段�，F在較為被廣泛接受的方式是對污水進(jìn)行就地處理、就地回用。

分散污水處理系統主要包括:

(1) 在線(xiàn)系統(Onsite system) 。從私人住宅排出的污水由于沒(méi)有鋪設大面積社區用的污水管道或缺乏一套集中處理設施, 通過(guò)自然系統或機械裝置來(lái)收集、處理、排放或中水回用, 這種自然系統或機械裝置即稱(chēng)在線(xiàn)系統。常用的在線(xiàn)系統包括化糞池(septic tank) 和瀝濾場(chǎng)(leach fields) 。

(2) 群集系統(Cluster system)。群集系統是一種服務(wù)于兩個(gè)或兩個(gè)以上住戶(hù)的污水收集和處理系統, 但其范圍不超過(guò)整個(gè)社區。從幾家住戶(hù)排出的污水可以經(jīng)過(guò)個(gè)體用戶(hù)的化糞池或組合裝置現場(chǎng)預處理后, 再通過(guò)低成本、非傳統技術(shù)的污水管運送到比集中式系統相對小的處理單元。分散污水處理系統就是這樣一種在線(xiàn)系統或群集系統。

3.分散式污水處理技術(shù)

3.1 分散式廢水處理工藝可以粗略地分為以下幾類(lèi):

(1) 自然系統, 即利用土壤作為處理和處置的媒體, 包括土地應用、人工濕地、地下滲濾等。還有一些污泥處理系統, 如干沙床和瀉湖。

(2) 集水系統, 即不使用傳統的重力式污水管, 而代以輕質(zhì)塑料管，其優(yōu)點(diǎn)是埋深較淺、管接少、連接結構不復雜。常用的污水管道有壓力式、真空式和小直徑重力式。

(3) 傳統的處理系統, 即結合生化和物化工藝, 由池、泵、鼓風(fēng)機和其他機械裝置組成的系統, 其包括3種形式: 懸浮式生長(cháng), 固定式生長(cháng), 兩者混合。這一類(lèi)也包括對污泥的處理, 如消化、脫水和堆肥等。

(4) 膜技術(shù)。國內對于分散式廢水處理研究沒(méi)有國外那么系統化, 較多的是對(建筑) 小區污水的處理, 而且工藝仍然是傳統方法的組合, 是城市污水處理廠(chǎng)的小型化。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, 尤其是膜技術(shù)的發(fā)展,污水處理設施實(shí)現了裝置化、小型化, 使污水分散處理和回用得以實(shí)現。

由于前3種技術(shù)比較落后, 因此膜技術(shù)有著(zhù)非常大的優(yōu)點(diǎn)和巨大的發(fā)展潛力, 故這里著(zhù)重介紹膜技術(shù)。

3.2 膜技術(shù)
    膜技術(shù)主要包括污泥生物膜復合生物反應器、膜分離技術(shù)和膜生物反應器。

3.2.1 活性污泥生物膜復合生物反應器系統

在曝氣池中投加各種能提供微生物附著(zhù)生長(cháng)表面的載體, 利用載體容易截留和附著(zhù)微生物量大的特點(diǎn), 是曝氣池中同時(shí)存在附著(zhù)相和懸浮相生物, 充分發(fā)揮兩者的優(yōu)越性, 克服各自的缺陷和不足, 我們將這種反應器稱(chēng)之為復合生物反應器。復合是指反應器中同時(shí)存在懸浮相和附著(zhù)相生物。

3.2.2 膜分離技術(shù)

所有分離過(guò)程都是利用在某種環(huán)境中混合物中各組分性質(zhì)的差異進(jìn)行分離, 膜分離過(guò)程是以選擇性透過(guò)膜為分離介質(zhì), 在兩側加以某種推動(dòng)力時(shí), 原料側組分選擇性地透過(guò)膜, 從而達到分離或提純的目的。這種推動(dòng)力可以是膜兩側的壓力差、電位差或濃度差。根據其推動(dòng)力分別可分為滲析(濃度差)、電滲析(電位差)、超濾(壓力差)、納濾(壓力差)、反滲透(壓力差)。膜分離的優(yōu)點(diǎn)在于工藝流程短、占地少, 小型化系統放置場(chǎng)所不受限制；出水BOD、氮、磷和懸浮固體濃度很低, 不含細菌、病毒、寄生蟲(chóng)卵等, 出水符合三級處理標準, 可直接回收或補充地下水。同時(shí)可以查看中國污水處理工程網(wǎng)更多技術(shù)文檔。

(1) 反滲透。當用一個(gè)半透膜分離兩種不同濃度的溶液時(shí), 膜僅允許溶劑分子通過(guò), 由于濃溶液中溶劑的化學(xué)勢低于它在稀溶液中的化學(xué)勢, 稀溶液中的溶劑分子會(huì )自發(fā)地透過(guò)半透膜向濃溶液中遷移。

(2) 納濾。納濾膜又稱(chēng)為超低壓反滲透膜或疏松型反滲透膜, 其操作壓力通常在1.0MPa 以下, 它對二價(jià)離子和分子量大于300mol的有機小分子的截留率較高。

(3) 超濾膜。超濾膜的結構多為非對稱(chēng)性膜, 有一層極薄( 通常只有0.1μm～1μm) 具有一定孔徑的表皮層(活性層)和一層較厚(通常為125μm) 具有海綿狀或指狀結構的多孔層組成�；钚詫釉趥髻|(zhì)過(guò)程中起真正選擇性篩分作用, 基本上決定了膜的分離性能；支撐層只起活性層的載體作用, 基本上不影響膜的分離性能。

(4) 電滲析。電滲析是在外加電流電場(chǎng)作用下, 利用離子交換膜的選擇透過(guò)性( 即陽(yáng)膜只允許陽(yáng)離子透過(guò), 陰膜只允許陰離子透過(guò)) 使水中陰、陽(yáng)離子做定向遷移，從而達到離子從水中分離的一種化學(xué)過(guò)程。

3.2.3 膜生物反應器

膜生物反應器(Membrane Bio- reactor, 簡(jiǎn)稱(chēng)MBR) 是由膜分離和生物處理組合而成的一種新型、高效的污水處理技術(shù)。膜分離技術(shù)最早應用于微生物發(fā)酵工業(yè), 隨著(zhù)膜材料和制模技術(shù)的發(fā)展, 其應用領(lǐng)域在不斷擴大, 已經(jīng)涉及化工、電子、輕工、紡織、冶金、食品和污水處理等多個(gè)領(lǐng)域。

MBR處理工藝在日本、加拿大等許多國家已經(jīng)得到較好的運用, 與傳統的活性污泥處理工藝相比, MBR 存在如下的優(yōu)點(diǎn): 可以使水力停留時(shí)間和污泥齡完全分開(kāi), 使運行控制更靈活, 穩定; 利于世代時(shí)間長(cháng)的硝化細菌的增殖, 從而提高硝化效率；污泥濃度高, 從而傳氧效率高達26%～60%左右,節省耗能；反應器內MLSS可高達15000mg/L～30000mg/L,

使裝置處理容積負荷大, 減少占地, 也便于活性污泥法的改造; 膜生物反應器利用其高的MLSS, 可以保證有機負荷高峰期的出水水質(zhì), 且在低峰期污泥可以進(jìn)行自身消化, 使剩余污泥比常規活性污泥法處理少50%～80%, 可減少剩余污泥的處置費用；膜生物反應器由于存在高濃度的MLSS, 硝化與反硝化同時(shí)存在, 具有很高的反硝化效果, 脫氮能力強。而在需要高效除磷時(shí), 只需往污水中投加少量的明礬，因為膜能有效地分離這些不能沉淀的細小微絮凝體, 只要其粒徑小于0.2μm即可。

4．國外分散式處理技術(shù)應用現狀及發(fā)展趨勢

分散式處理技術(shù)包括了污水的收集、處理、排放及回用。在污水收集方面,為實(shí)現廢棄物的源頭減量控制,需要改進(jìn)傳統的洗菜水、洗浴水與糞便混合的衛生設備,主要方法是減少糞便沖洗水或采用無(wú)水收集。瑞典已經(jīng)逐步應用了尿液分離式衛生間,德國等國家也在進(jìn)行真空無(wú)水收集系統的研究和推廣,而印度則是通過(guò)分散雨水的收集與排放來(lái)減少混合污水量,并利用收集的雨水有效解決了缺水問(wèn)題。

在污水處理方面,廣泛采用了自然土地處理法和生物-化學(xué)處理法。澳大利亞出現了一種Filter(非爾脫) 的高效、持續性的污水灌溉技術(shù)。它先將污水用于作物灌溉,然后將經(jīng)過(guò)灌溉土地處理后的水匯集到地下暗管排水系統中排出,特別適用于土地資源豐富、可以輪作休耕的地區,或是以種植牧草為主的地區,一般用于大田作物。

美國是發(fā)展人工濕地最多的國家,有600多處人工濕地用于市政、工業(yè)和農業(yè)廢水。在歐洲一些國家,如丹麥、德國、英國等至少有200 多人工濕地在運行,多用于對人口規模近千人的鄉村級社區進(jìn)行處理。韓國作為一個(gè)具有典型春旱氣候的國家,發(fā)展了人工濕地與廢水穩定塘相結合的土地處理技術(shù), 穩定塘儲存用水可用于春旱的補充用水�？梢�(jiàn),用人工濕地+ 穩定塘技術(shù)進(jìn)行污水處理和農業(yè)應用可以作為分散農村地區的保護水體和克服水短缺的一種方法。有污水需要處理的單位，也可以到污水寶項目服務(wù)平臺咨詢(xún)具備類(lèi)似污水處理經(jīng)驗的企業(yè)。

厭氧消化技術(shù)具有低造價(jià)、低運行費、能回收利用能源等特點(diǎn),它在分散生活污水的處理中得到了越來(lái)越廣泛的研究與應用。近20 年來(lái),發(fā)展了越來(lái)越多的高速處理設備和技術(shù), 如厭氧濾池(AF) ,升流式污泥床反應器(UASB),厭氧膨脹顆粒污泥床(EGSB) 等,荷蘭、巴西、哥倫比亞、印度等國家已建成生產(chǎn)性UASB來(lái)處理生活污水，但厭氧技術(shù)在低溫下的應用仍然是研究的難點(diǎn)與熱點(diǎn)。

在適合的工藝基礎上,一體化裝置發(fā)展迅速。日本對其研究較早,至今已有40 多年的歷史。目前,日本安裝有800萬(wàn)個(gè)小型凈化槽,服務(wù)人口約3600 萬(wàn)。凈化槽是一種高效的一體化處理設施,主要采用厭氧濾池與接觸曝氣池、生物濾池或移動(dòng)床接觸濾池的結合工藝,部分工藝反應都在一個(gè)室內完成,各步驟用隔板隔開(kāi),出水加氯消毒。一些歐洲國家也根據自己特點(diǎn)開(kāi)發(fā)了不同形式的一體化凈化裝置。在挪威,因為大部分人口分散在小村莊或小社區,一體化裝置應用廣泛,開(kāi)發(fā)了多種不同工藝的裝備。隨著(zhù)填料生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展,生物膜技術(shù)在一體化裝置中應用迅速增多,生物膜法所需的設備簡(jiǎn)單,能源消耗低,成本和維護費用低,而處理污水的效率高,是今后發(fā)展的一個(gè)方向。

一些國家對分散式處理設施的出水水質(zhì)從法規上提出一定要求,如芬蘭即要求總BOD去除率90%,總磷去除率85%，總氮去除率40%，這使得戶(hù)主必須承擔起對處理設施進(jìn)行清潔和維護的責任,而能為戶(hù)主們提供技術(shù)支持和服務(wù)的合作組織也廣泛發(fā)展起來(lái)。

5. 我國農村分散式處理技術(shù)的應用與發(fā)展

在我國廣大農村地區,普遍應用的分散式處理技術(shù)為土地處理技術(shù)和厭氧消化技術(shù)。

5.1 土地處理技術(shù)

土地處理技術(shù)是一項造價(jià)低、運行費低、低能耗或無(wú)能耗、易于維護的污水處理技術(shù),研究和應用比較多的污水土地處理工藝有快速滲濾處理系統、人工濕地處理系統和地下滲濾處理系統。其中,人工濕地兼具了生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和美學(xué)效益,近年來(lái)對其研究與應用逐步升溫。早在“七五”期間我國就開(kāi)展了人工濕地的研究，目前該技術(shù)在我國已發(fā)展到實(shí)用階段。國內對濕地系統的研究熱點(diǎn)集中在濕地污染物去除機理、濕地植物、濕地基質(zhì)填料、濕地微生物種群和生態(tài)系統的研究等方面。但人工濕地占地面積大,且基質(zhì)再處理及再利用技術(shù)不成熟,因此在土地資源缺乏地區的應用受到限制。

5.2 厭氧消化技術(shù)　　

厭氧消化技術(shù)具有動(dòng)力消耗少,環(huán)境污染少,沼渣沼液利用途徑多,且能產(chǎn)生能源沼氣等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái),我國大力推廣了厭氧消化技術(shù)在農村地區的使用。通過(guò)農業(yè)部國債項目的推行,截止至2005年底,全國戶(hù)用沼氣達到1807萬(wàn)戶(hù),養殖場(chǎng)的沼氣工程3556處,年產(chǎn)沼氣70億m3 ,折合標煤500萬(wàn)t，在農業(yè)部發(fā)布的《全國農村沼氣工程建設規劃》上,計劃到2010 年全國將有4000萬(wàn)農戶(hù)用上沼氣。國債沼氣項目要求戶(hù)用沼氣“一池三改”,最大量的減少了傳染源,切斷了疫病傳播途徑,因此也是農村血吸蟲(chóng)防治的一項有效手段。

自上個(gè)世紀80年代開(kāi)始,生活污水凈化沼氣池由農村能源部門(mén)向城鎮的住宅樓、醫院、學(xué)校等衛生配套建設中大力推廣，住宅樓中每10～12戶(hù)生活污水所產(chǎn)沼氣可供其中1 戶(hù)全年用氣,因此可考慮由用氣戶(hù)承擔凈化沼氣池的日常維護工作。生活污水凈化沼氣池20多年來(lái)一直采用二級厭氧消化加多級兼氧過(guò)濾的處理模式。目前，考慮到生活污水脫氮除磷的需求，國內有研究在工藝上采用二級厭氧和一級好氧達到氮磷脫除效果。近年來(lái)，隨著(zhù)農村畜禽養殖戶(hù)減少和農村勞動(dòng)力的減少，同時(shí)集中養殖戶(hù)的增多,國家及時(shí)調整政策，從2007年開(kāi)始,將對養殖小區集中供氣沼氣工程和聯(lián)戶(hù)沼氣工程予以資金支持，以推進(jìn)人畜糞便、農作物秸稈、生活垃圾和污水的綜合治理和轉化，此舉措必將在短期內使我國沼氣工程的技術(shù)得到快速的發(fā)展。

我國近幾年通過(guò)私有資金和民營(yíng)企業(yè)的參與，在一體化裝置方面也有了快速的發(fā)展。如有環(huán)保公司與日本公司合作生產(chǎn)凈化槽；也有自主開(kāi)發(fā)出多種不同規模的一體化污水處理裝置,如武漢的新天達美環(huán)保公司還開(kāi)發(fā)了以風(fēng)能帶動(dòng)曝氣的一體化分散污水處理裝置等。

6. 結語(yǔ)

為加速我國新農村的建設進(jìn)程，保護農村生態(tài)環(huán)境，解決農村水污染問(wèn)題勢在必行。分散式污水處理模式是一種適合農村污水處理的好方法，我國宜借鑒國際經(jīng)驗，探索并改善各種分散型污水處理工藝，并與當地的農業(yè)相結合，形成污水回用與再利用的生態(tài)農業(yè)模式，實(shí)現污水的無(wú)害化和資源化。

實(shí)際工作中應當在摸清不同類(lèi)型村莊污染現狀的基礎上，根據環(huán)境污染特點(diǎn)，結合地方特征，從行政管理方面、資金方面、處理技術(shù)等方面采取相應解決方案和對策。在經(jīng)濟發(fā)達地區，先進(jìn)行新技術(shù)試點(diǎn)，逐步將適合當地農村的污水處理及資源化技術(shù)推廣到其他地區。有條件的地區盡可能與當地科研院所相結合，充分利用其科研能力，研發(fā)最優(yōu)的技術(shù)、設施。