1 農(nóng)村生活污水處理模式的探討

我國廣大農(nóng)村地區(qū)的生活污水一直缺乏有效的處理措施, 長期以來生活污水被直排到田間河塘, 直接導(dǎo)致了農(nóng)村地區(qū)及其周邊水環(huán)境的惡化。農(nóng)村生活污水除水量少外還分布不均, 這給農(nóng)村地區(qū)的生活污水收集和處理帶來了很大的難度。傳統(tǒng)的污水處理工藝(如活性污泥法)存在投資高、能耗高、運行管理要求高以及處理效果受進(jìn)水水質(zhì)及水量影響的缺陷, 不適宜在農(nóng)村地區(qū)推廣。筆者在對南京及南京周邊城市的農(nóng)村地區(qū)進(jìn)行實地調(diào)研的基礎(chǔ)上, 結(jié)合村鎮(zhèn)污水治理新趨勢, 進(jìn)行了適合南京及周邊農(nóng)村地區(qū)的核心污水治理技術(shù)及技術(shù)組合的研究, 對促進(jìn)水源保護(hù)與農(nóng)村經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展、推動社會主義新農(nóng)村建設(shè)具有現(xiàn)實意義。

2 組合工藝的組成

生活污水凈化沼氣池- 人工濕地組合工藝主要包括預(yù)處理單元、輸配水單元、人工濕地深度處理單元及監(jiān)測單元4部分[1]。污水經(jīng)預(yù)處理單元處理后, 經(jīng)輸配水單元進(jìn)入人工濕地進(jìn)行深度處理, 在人工濕地內(nèi), 污水中的污染成分通過土壤- 植物- 微生物生態(tài)系統(tǒng)的過濾、吸附、微生物降解和植物吸收等作用被去除。經(jīng)過處理的污水可根據(jù)具體情況, 直接由管井收集后排入河道或回用。整個工藝流程見圖1。

2. 1 預(yù)處理工藝流程

預(yù)處理單元是組合工藝的重要組成部分, 其基本功能是去除污水中的砂、油脂和懸浮物, 以防土壤滲濾單元被堵塞, 另外還可以與人工濕地互補不足, 共同完成污染物的降解, 提高系統(tǒng)總處理效率。該試驗選用生活污水凈化池沼氣池為預(yù)處理單元, 生活污水通過兩級前置處理區(qū)實現(xiàn)厭氧分解、泥水分離, 污泥沉積于池底進(jìn)行腐化分解; 后處理區(qū)為生物濾池, 污水通過濾膜上好氧、兼性微生物的分解代謝和合成代謝進(jìn)一步降解污染物質(zhì)。污水經(jīng)過凈化沼氣池的處理, 大大降低了后續(xù)人工濕地的負(fù)荷。據(jù)檢測, 沼氣池對污水中COD的去除率可達(dá)70%以上, BOD去除率達(dá)80% 以上, 寄生蟲卵和蛔蟲卵的去除率達(dá)到95%以上。生活污水凈化沼氣池的工藝流程為: 生活污水— 前置處理區(qū) — 前置處理區(qū)— 后處理區(qū)—排出。其布置見圖2。

2. 2 人工濕地深度處理單元

人工濕地深度處理單元構(gòu)造由進(jìn)水區(qū)、處理區(qū)、出水區(qū)三部分組成, 并且底部做好防滲層 (圖3)。

處理區(qū)為人工濕地工作區(qū), 共分上下2層, 上層基質(zhì)采用用土壤或煤渣, 基質(zhì)厚50~ 60 cm; 下層基質(zhì)采用卵石, 顆粒粒徑由下而上遞減, 基質(zhì)厚度取50~ 60 cm。底層厚20 cm, 粒徑 40~ 60mm, 為粗碎石層; 中層厚20 cm, 粒徑20~ 40mm, 為中碎石層; 上層厚15 cm, 粒徑10~ 30mm, 為細(xì)碎石層。

人工濕地的防滲很重要, 應(yīng)保證污水處理過程中不向外滲漏, 防止污水對地下水的污染影響周圍環(huán)境衛(wèi)生。該試驗工程采取先夯實濕地底層的土壤, 在夯實土壤層上鋪高密度聚乙烯樹脂塑料薄膜, 再在薄膜上鋪設(shè)1層土工布以防止卵石刺破薄膜。

2. 3 輸配水單元和監(jiān)測單元

輸配水單元是將污水按工藝要求投配到污水處理單元, 通常通過地形的合理利用, 輸水方式基本上采用重力流, 在條件不允許的時候可采用壓力配水。監(jiān)測單元是為保證地下土壤滲濾工藝持續(xù)、高效、安全、可調(diào)控而設(shè)計的。

表1 列出了系統(tǒng)運行6 個多月的污染物平均濃度和去除率。由表1可以看出, 系統(tǒng)對COD、總磷、總氮、氨氮等污染物質(zhì)均有良好的去除效果, 處理出水達(dá)到國家環(huán)境保護(hù)總局頒發(fā)的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》( GB18918 2002)一級B標(biāo)準(zhǔn)。

3 系統(tǒng)運行過程中存在問題和解決措施

3. 1 濕地堵塞問題

隨著人工濕地運行時間的延長, 污水中的SS、化學(xué)反應(yīng)沉淀物、微生物代謝產(chǎn)物等在土壤中積累而造成土壤滲透速率將逐漸下降, 發(fā)生土壤堵塞, 土壤/填料堵塞問題。濕地堵塞有3種解決措施。

3. 1. 1 間歇投配。長時間持續(xù)淹水的系統(tǒng)中, 土壤一直處于還原狀態(tài), 從而造成胞外聚合物的積累, 而逐漸導(dǎo)致堵塞。而采用間歇投配污水( 落干和淹水交替運行), 則系統(tǒng)能保證土壤處于一定的好氧狀態(tài), 避免胞外聚合物的過度積累, 防止造成土壤堵塞。

3. 1. 2 曝氣充氧。長時間的厭氧狀態(tài)是引發(fā)土壤中胞外聚合物積累的重要因素, 因此污水在進(jìn)入土壤滲濾之前先進(jìn)行充分的曝氣充氧可在一定程度上預(yù)防土壤堵塞, 在布水管周圍供空氣可有效提高污水中的DO (溶解氧)值, 維持土壤中的好氧狀態(tài)和微生物的分解作用, 繼而防止土壤中胞外聚合物的蓄積。

3. 1. 3 增加生物量。Rolston 等發(fā)現(xiàn)用雀麥草、本土植被及草莓三葉草為土壤遮蓋作物不僅能降低38%的地表土壤強度, 且將滲濾效率和累積攝入水量分別提高37% ~ 41%及20% ~ 101%, 在一定程度上緩解了土壤堵塞。除了加大植被外, 還可以考慮向土壤里引進(jìn)蚯蚓。研究表明, 蚯蚓不僅能疏松土壤, 還可以通過吸食有機物顆粒達(dá)到改善處理效果的目的,同時可以查看中國污水處理工程網(wǎng)更多關(guān)于農(nóng)村地區(qū)生活污水處理的技術(shù)文檔。

3. 2 冬季濕地處理效果下降

人工濕地對污染物的去除效果易受環(huán)境, 特別是溫度的影響, 申歡等發(fā)現(xiàn)冬季人工濕地對TP 和TN 的平均去除率比夏季分別降低了34% 和27% 。溫度過低會造成填料層凍結(jié)、床體缺氧等, 從而降低人工濕地對污染物的去除效果。冬季濕地處理效果下降解決措施有植物覆蓋和地膜覆蓋2 種, 生活中根據(jù)具體情況選擇, 盡量采用濕地植物覆蓋覆蓋方式。

3. 2. 1 植物覆蓋。植物覆蓋是將植物的地上部分割去就地覆蓋, 操作較為簡單, 但植物腐爛會釋放出一定量的污染物, 有可能造成二次污染, 因此必須在第2年開春前將覆蓋植物清除; 此外植物的枯葉會隨風(fēng)飄揚, 可能會影響周圍的衛(wèi)生環(huán)境。

3. 2. 2 地膜覆蓋。地膜覆蓋法在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用較多, 技術(shù)成熟, 但與其他兩種方法相比, 其覆蓋膜易破、鋪設(shè)操作較為復(fù)雜、投資較高, 且來年開春必須要回收并妥善保管, 否則會造成白色污染, 因此難以在野外大面積應(yīng)用。

4 結(jié)語

在推進(jìn)新農(nóng)村建設(shè)的過程中, 生活污水處理設(shè)施的規(guī)劃和建設(shè)應(yīng)根據(jù)地方財政的實際情況量力而行, 確保當(dāng)?shù)鼐用衲軌蜇?fù)擔(dān)得起污水處理的運行費用。生活污水沼氣凈化池 - 人工濕地組合的水處理工藝, 具備凈化效果良好、設(shè)備簡單、投資低、操作管理方便和能耗低的優(yōu)點, 適應(yīng)性和可行性高, 是一種比較適合在農(nóng)村地區(qū)推廣的污水處理工藝。作者: 胡恒祥, 呂偉婭, 梁磊, 王曉玲3(南京工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院)