江西省农村生活污水处理关键技术适应性比选

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　　摘要：农村生活污水处理技术和工艺的选择关系到污水处理设施建设和运行维护成本，为落实中共中央办公厅国务院办公厅关于印发《农村人居环境整治三年行动方案》的通知，提升农村生活污水治理水平，从国内外农村生活污水治理现状入手，对江西省农村水环境排放特征和存在问题进行了梳理，对江西省农村生活污水处理关键技术进行了适应性比选，并给出了相应的建议。
　　关键词：农村生活污水;治理;关键技术;比选;建议;江西省
　　中图分类号：X52         文獻标识码：A
　　文章编号：0439-8114（2020）01-0044-05
　　DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.01.009           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
　　Abstract： The choice of rural domestic sewage treatment technology and process is related to the construction， operation and maintenance costs of sewage treatment facilities. In order to implement the notice of the General Office of the Central Committee of the Communist Party of China on printing and distributing Three-Year Plan for Rural Residential Environment Remediation，and improve the level of rural domestic sewage treatment， begining with the current situation of rural domestic sewage treatment at home and abroad， the discharge characteristics and existing problems of rural water environmental in Jiangxi province were sorted out， a comparison on the key technologies of rural domestic sewage treatment was made， and corresponding suggestions were put forward.
　　Key words： rural domestic sewage; treatment; key technologies; comparison; recommendation; Jiangxi province
　　中国农村居住生活着2亿多农户，全国农村每年产生生活污水约80多亿吨[1]。农村生活污水引起的面源污染问题日益严重，生活污水中含有较高的人畜粪尿成分，氮、磷含量较高[2，3]。由于治理资金短缺和农村水环境保护意识不够等多方面的因素，许多农村地区的生活污水仍然是未经处理直接排放。江西省是中国农业大省，农村区域面积较广，人口较多，经济发展水平较低;随着农村经济的快速发展及农村居民一直以来沿袭传统的生活习惯，对保持鄱阳湖“一湖清水”造成了巨大的压力。江西省农村水环境整治是解决鄱阳湖流域水质恶化及湖泊富营养化问题的重要措施之一，不仅能够改善农村居民生活环境、提高生活质量，而且对改善农村生态环境具有重要意义。
　　1  农村生活污水治理现状
　　1.1  国外农村生活污水治理现状
　　国外在研究农村生活污水治理技术的起步较早，在20世纪70年代以后，发达国家点源和城市污染治理已基本完成。美国在19世纪就开始建设农村污水处理设施，目前美国约有1/4的人口和1/3的新建社区在使用分散型污水处理设施[4]。挪威以集成式小型污水净化装置使用为主，如移动床生物膜反应器、生物转盘等;澳大利亚提出了Filter处理工艺，是一种集过滤、土地处理、地下排水于一体的污水回用系统[5]。在日本，新型的膜分离技术槽已经开始应用，用于生化需氧量（BOD）与氮的深度处理[6]。韩国研究了一种湿地污水处理系统用于农村污水处理，实质上是一种土地-植物系统，污水中的污染物质经过湿地、土壤和微生物的共同作用，最终转变成无害物质[7]。
　　污水处理后是能够循环利用的，这样可以提高污水的利用率。在西方国家，对处理后的污水利用率是非常高的，这些处理后的污水主要用在城市绿化、农业灌溉、市政用水等方面，当然，在使用前必须要确保处理后的水达到预定标准。污水处理与利用是解决水源紧缺、提高生态环境保护水平的重要举措。
　　1.2  国内农村生活污水治理现状
　　中国是农业大国，随着农村水环境污染问题日益严重，治理农村污水是首要的难题。国内于20世纪80年代末期才开始开展关于农村生活污水生态治理的研究，与西方国家存在较为明显的差距。不过近几年，由于“三河”“三湖”污染的加重，国内开始逐渐重视农村水源治理。浙江省是农村污水治理实施最早的省份，早在2003年就通过“千村示范、万村整治”工程来治理农村污水问题，经过不断努力，农村水源得到了极大改善。天津市在各区县建设了一批农村污水处理设施试点以改善河道水质、保护农村生态环境，污水处理后的水用于农田灌溉[8]。上海市奉贤区南桥镇2010年开展了黑臭河道整治工程和农村生活污水处理工程等项目[9]。与此同时，江西省为改善农村水环境现状和农村居民生活环境，在新余、九江等地开展了农村水环境整治试点工作，先后建立了一批污水处理示范工程[10]。 　　2018年生态环境部和住建部联合发文《关于加快制定地方农村生活污水处理排放标准的通知》，加上将发布的《农村污水处理技术标准》，意味着中国将初步构建起农村污水治理标准体系，标志着全国农村污水治理进入崭新阶段。
　　2  江西省农村水环境现状存在的问题
　　2.1  江西省农村污水排放特征
　　江西省农村地区的经济基础较弱，目前的治理模式主要有集中式处理模式和分散式处理模式。农村生活污水排放一般呈粗放型，生活污水量比较小，没有固定的污水排放口、排放比較分散且涉及范围广、随机性强，变化幅度较大。因此，污水排放呈现出的特点就是流量小、分散且日变化系数大，呈不连续排放状态，上午、中午、下午各有1个高峰时段，夜间排水量小。
　　2.2  江西省农村水环境存在的问题
　　农村排水系统的建设一直以来都缺少科学、合理的规划，导致农村水系出现了不同程度的水质问题。江西省在农村水污染治理方面也采取了一系列措施，通过改厕、改水等方式提高了农村水质，使得农村水环境得到了一定改善。但由于投入资金有限、管理不当等原因，农村水环境仍存在一些问题。第一，生活污水收集系统不完善。江西省有一部分农村建立了污水收集系统但雨污并未分流，大部分农村未进行污水收集管网改造，污水随意排放。第二，污水收集处理难度大。江西省是农业大省，农村人口多且分布广，地域差异较大，地形复杂，布局分散，使得对污水的收集处理难度增大。第三，经处理的污水仍不能达标排放。江西省大部分村庄基本都建造了化粪池，但目前乡村污水治理还面临诸多困境，很多污水未处理达标就直接被排放。第四，畜禽粪便污染严重。农村养殖污水并未得到有效改善，也没有建立对应的污水处理体系，畜禽粪便随意堆放，很多直接流入河流当中，对水源造成严重污染。第五，农村水资源调蓄工程功能衰减，水体自净能力降低。分布在江西省农村纵横交错的河网、池塘、沟渠基本无清污措施，村塘水体交换仅仅依靠雨水，过流及调蓄能力明显不足，日积月累，水体自净能力明显降低。第六，农村生活垃圾威胁农村水环境。虽然江西省村庄里都建有生活垃圾收集设施，但是由于居民环保意识薄弱和长期养成的习惯，在村塘和沟渠中仍可看到丢弃的生活垃圾。生活垃圾伴随着生活污水中残渣在村塘和沟渠淤积下来，导致农村沟道和河道一点点丧失输水、排水和景观等功能。第七，缺乏长效运行维护管理机制。由于农村生活污水治理工作刚起步不久，农村没有专业污水处理技术人员，难以做到长效的跟踪监测。
　　3  农村生活污水处理关键技术适应性比选
　　3.1  农村生活污水处理关键技术
　　目前，江西省农村生活污水有分布面广且分散、排水量少且波动较大、氮磷浓度高且含有大量的营养盐和细菌等特点。生活污水处理工艺主要有人工湿地、土壤地下渗滤、稳定塘、氧化沟、复合塔式生物滤池、膜生物反应器、A/A/O工艺、A/O生物处理工艺等。
　　3.1.1  人工湿地技术  在20世纪70年代，人工湿地技术开始实施。这种技术主要由湿地系统以及设计体系构成，通过植物、填料、微生物等方式实现污水的净化。其系统主要包括人工湿地以及预处理系统两个部分。人工湿地的优点为成本低、管理便捷、美化环境等，但也存在污染负荷较低、占地面积较大、处理效果易受季节影响等不足。
　　3.1.2  土壤地下渗滤处理技术  这种技术主要是将污水引入到渗透能力较强的土壤中，然后污水在渗透的过程中通过土壤体系当中的微生物、化学、物理、植被等作用来实现净化。其优点为投资费用少、无能耗、运行费用低、维护管理简便等，不足是污染负荷较低、占地面积较大、设计不当容易堵塞、易污染地下水等。
　　3.1.3  氧化沟处理技术  氧化沟是活性污泥法的一种变型，通过延长水和生物固体的停留时间，降低有机污染负荷。该技术的优点为结构与设备简单，投资较低;采用低负荷运行，剩余污泥少，处理效果较好。但其不足则是运行管理复杂、占地面积大、耗电高于曝气池等。
　　3.1.4  稳定塘技术  稳定塘技术主要是通过人工修理的方式对土地进行改善，在池塘当中设置相应的防渗层及围堤，通过植被的作用来对污染进行净化。这种净化模式与自然水源的净化方式类似，都是采用水生植物方式来实现污染物的分解，以此达到净化目的。稳定塘的优点为结构简单、投资较低、运行费用较低、无能耗或低能耗、维护管理简便等;不足则是负荷低、占地面积大、处理效果随季节波动大，且如果设计或运行管理不当，可能会造成二次污染。
　　3.1.5  复合塔式生物滤池  复合塔式生态滤池由3级滤池组成，第一级滤池为高位配水厌氧滤池，主要在滤料的作用下对污水当中的SS、COD等污染物进行吸附，以达到净化作用，这种净化方式能够减少微生物的消耗，降低水中淤泥的产生;第二、第三级滤池内部含有滤料层，其厚度约30 cm，内部主要生物为蚯蚓，通过蚯蚓来对污水杂物进行分解。同时，蚯蚓还能够实现有机物的有效分解，增强微生物活性。
　　复合塔式生态滤池的优点为造价低、运行费用低、抗冲击负荷能力强、出水水质稳定、技术成熟、操作管理简便等;缺点是在寒冷地区不宜使用。
　　3.1.6  膜生物反应器  膜生物反应器简称MBR，这是一种复合型处理技术，是生物反应器技术与高效膜分离技术进行结合之后所形成的。这种反应器主要包括生物反应器以及膜分离，其中前者内部含有好氧生物，能够实现对有机物的分解，而且还具备硝化菌，能够分解污水当中的氮氨，后者主要在固液分离方面具有高效作用。膜生物反应器的优点为管理便捷、排水水质稳定、节省空间、抗负荷能力强等;缺点是价格昂贵、设备要求较高，需要具备曝气、出水泵等，成本较高。
　　3.1.7  A/A/O工艺  A/A/O工艺在脱氮、脱磷方面具有较好作用。该工艺内部主要由好氧、缺氧、厌氧段3部分构成，主要有传统A/A/O工艺及倒置式A/A/O工艺等。A/A/O工艺的优点为工艺稳定可靠、脱氮除磷效果好、出水水质较好、便于集中管理等;缺点是耐冲击负荷能力相对较弱。 　　3.1.8  A/O生物处理工艺  A/O生物处理工艺主要依赖于附着在填料上的多种微生物来完成工艺过程。该工艺的优点是投资省、运行费用低、电耗低、占地面积少、耐冲击负荷高、运行稳定;缺点是缺乏污泥回流体系，难以培养功能性污泥，无法有效实现难分解物的降解。
　　3.2  关键技术适应性比选
　　3.2.1  工艺比选  从排放标准等级、污染物处理效果、工程建设、出水水质稳定性、耐冲击负荷能力、运行维护成本、适用条件等方面对8种生活污水处理工艺进行了综合比选，具体见表1。由比选结果综合分析可知，氧化沟处理技术更适合经济条件较好、人口较多且不具备建设人工湿地和稳定塘的地形条件的乡镇;人工湿地更适用于土地利用不紧张、强调生态化的农村区域;复合塔式生物滤池更适用于居民分布相对集中、土地资源短缺、资金紧张的乡镇;A/O工艺更适用于水体中氨氮含量较高的农村区域;A/A/O工艺更适用于水体中氮、磷含量较高的农村区域;MBR更适用于土地资源短缺、经济条件较好、对自动化程度要求较高或对出厂水水质要求高的乡镇;土地渗滤处理更适用于资金短缺、土地面积相对丰富且具有良好渗滤性能土壤（如沙土、砾石性沙土等）的农村区域;稳定塘技术更适用于具有自然低洼坑塘或有较大面积闲置水沟或池塘的农村区域。
　　3.2.2  经济比选  经济比选主要从集中式污水处理厂投资（参考）、集中式污水处理厂运行费用（参考）、分散式污水处理厂投资（参考）、分散式污水处理厂运行费用（参考）4个方面进行综合比选，结果见表2至表5，应根据实际情况因地制宜地选择资金符合投资要求的处理工艺。
　　4  结论与建议
　　4.1  结论
　　工艺比选分析主要侧重于污染物处理效果、出水稳定性、耐冲击负荷能力及适用条件等方面;经济比选分析主要侧重于污水处理厂（不包括管网）基建投资、运行管理费用及出厂水标准等方面。由比选结果综合分析得出以下结论：农村集中污水处理一般推荐氧化沟、人工湿地及MBR处理技术;分散处理一般推荐土壤地下渗透、人工湿地、复合塔式生物滤池及稳定塘技术;对需要去除氨氮的推荐A/O生物处理工艺;需要去除氮、磷的推荐A/A/O生物处理工艺。
　　4.2  建议
　　根据江西省农村水环境现状，在全面分析与总结国内外农村生活污水处理技术与工艺的基础上，通过建立比选分析，并综合考慮投资和运行费用、处理效果等因素，提出以下建议。
　　1）如果乡村人口相对集中，规模较大，整体经济水平相对较高，那么比较适合采用敷设污水管的方式对污水进行集中收集处理;如果乡村人口相对稀少，分布比较分散，那么就可以通过污水就近搜集的方式对其进行处理。
　　2）充分利用村庄地形地势、水塘及闲置地，结合当地农业生产，选择与当地经济发展相吻合的污水处理方式，要在力所能及的基础上实现污水的有效处理，要尽量达到经济、高效、便捷。
　　3）常见的人工湿地有3种类型，不同类型的人工湿地在构造、占地、成本、处理效果、季节影响程度、卫生状况等方面不尽相同，在选择人工湿地时综合考虑湿地各自的优缺点、村庄的实际情况以及排水要求等因素，尽量选择对除磷效果较明显的湿地类型、湿地植物和湿地基质。
　　4）集中处理污水工艺可单独选择氧化沟、人工湿地、A/A/O工艺、A/O工艺和MBR技术，也可选择组合模式，如A/O工艺+人工湿地、氧化沟+A/O工艺+人工湿地等。
　　5）分散式处理污水工艺可单独选择小型人工湿地、复合塔式生物滤池、人工湿地、土地渗滤处理和稳定塘，也可选择组合模式，如稳定塘+小型人工湿地、土地渗滤处理+小型人工湿地等。
　　参考文献：
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