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寒冷地区农村分散式污水处理工艺的探讨与实践

日期:2017年11月14日 11:21

一、农村污水概况

1.农村污水现状

(1)污水处理率低。2015年我国农村人口为7.97亿,按照人均日生活用水量83L,排放系数0.8估算,全年累计需处理农村生活污水为193亿立方米,占全国生活污水排放总量的31%。从处理率上看,2015年末,城市污水处理率为91.9%,污水处理总量达428.8亿立方米。县城污水处理率为85.22%,全年污水处理总量达78.9亿立方米。行政村污水处理率为11.4%,大量农村生活污水未经处理排放,成为农村湖泊和河流富营养化环境污染的主要原因之一。

(2)污水处理设施水平低。农村污水处理设施建设普遍存在厂网建设不完善,管线覆盖面不足。许多村庄污水直排河道,污染水体。而建成的污水处理设施水平不高,且存在闲置或排放不达标情况。

(3)维护运营管理人员缺乏。农村地区缺少专业的污水处理设施管理维护人员,导致设施管理不到位,运行效率低。

(4)寒冷地区污水处理难度大。我国寒冷地区分布在辽、吉、黑及内蒙古大部分地区。气候干旱、多风,冬季漫长、寒冷。同时,区域的村落规模较小,村落间的距离较远。各地经济发展水平不一、生活差异大。到目前为止,大部分农村没有建设污水处理设施。由于该区域地理、气候与经济状况等特征,决定了冬季低温是影响农村污水处理工艺、处理技术和处理效能的重要因素。

2.农村污水水量

根据《村镇供水工程设计规范》(SL687-2014),随着国家优美乡村建设的推进,农民经济收入的提高,农民生活水平日益改善,己有部分地区农村的用水量接近城市居民用水量。所以,寒区居民的用水量应该依据居民生活现状、生活习惯、经济条件和发展潜力等情况酌情确定。

寒冷地区用水量标准

二、污水处理工艺选择

1.处理工艺选择的考虑因素

寒冷地区,污水处理设施应采用地埋式,采取保温措施。地埋式处理装置应埋设在冻土线以下。实际上应该根据出水水质要求及地区经济水平等因素,宜选择生物处理技术、生态处理技术或组合技术。就目前广大农村的实际,居住分散、地形复杂、管道收集难度大。对于单户或多户的农村污水,以采用分散处理为宜。具体选择时应考虑以下因素:

(1)污水处理设施建设应以批准的当地水污染治理规划,国家及地方有关村庄整治相关政策及优美乡村建设规划为主要依据,综合考虑经济建设与环境保护、排放与利用的关系,充分利用现有条件和设施,降低污水处理费用。

(2)生活污水处理设施应根据村落人口、村民收入、村落布局、地形地貌和地质特点等情况,可选择集中处理或分散处理的模式。并且根据水冲厕所建设情况,按照无水冲厕所、水冲厕所数量及运营机制等,选择适合的污水处理技术与工艺。

(3)污水处理技术与工艺应选用适合农村特征的污水处理单元技术工艺及组合技术工艺,以及能达到排放要求并与当地技术经济相适应的其他污水处理技术工艺。

(4)生活污水处理设施应不影响环境,操作简单、运行费用低、维护管理方便。

2.主要工艺及特点

(1)散户污水处理工艺

散户是指污水不便于统一收集处理的单一或几户农户,宜采用分散处理技术,就地处理排放或回用。分散处理可采用设备或工程设施。

化粪池+好氧堆肥。工艺流程为:污水、化粪池、好氧堆肥(农用)。其技术比较适合我国目前农村的技术经济水平。经过化粪池或沼气池处理后的污水作为农用,但化粪池或强化厌氧池出水中污染物浓度高,因此不宜直接排入村落周边水系。采用本模式处理污水时,应防止雨水进入化粪池或沼气池造成池体内的污水溢出。

化粪池+土地处理(或人工湿地)。适合于可利用土地的农户。污水经化粪池去除粗颗粒物质后利用土地处理,或流入人工湿地进行处理。其中,在化粪池的停留时间应大于48h。该工艺投资和运行费用低、管理方便,适合于可利用土地的农户。由于化粪池或沼气池出水浓度较高,宜在生态单元前增设厌氧生物处理单元,如厌氧生物膜单元,以降低生态处理单元的负荷。生态处理单元技术宜采用人工湿地或土地渗滤等。工艺流程为:污水、化粪池、厌氧生物膜单元、生态处理单元、排放。

(2)生物处理工艺

针对没有可利用土地的散户或对排水水质要求较高时,可采用生物处理单元处理污水。生物处理单元宜采用生物接触氧化池的一体化设备。在丘陵或山地,可利用地形高差,采用跌水曝气,节省部分运行能耗。其工艺流程为:污水、调节池、生物接触氧化池、排放。其中,生物接触氧化法可以与分段进水技术结合,强化脱氮效果,处理后的污水可直接排放或进一步生态处理后排放。己建化粪池可作为生物接触氧化池前的调节池。该工艺的特点是处理效果好,占地面积小,需要定期维护管理。

(3)村庄污水处理技术

生物处理技术为主的处理工艺。可采用一体化设备或工程。生物处理单元技术应采用好氧生物接触氧化池。为保证处理效果,应好氧处理,好氧池溶解氧宜保持在2.0mg/L以上。工艺流程为:污水、化粪池、调节池、生物处理单元、排放或消毒排放。

生态技术为主体的处理工艺。工艺流程为:污水、化粪池、厌氧生物膜单元、生态处理单元、排放。生态处理单元技术宜采用人工湿地、土地渗滤或其他技术。调节池可与厌氧生物膜单元合建。

以去除氮、磷为目的污水处理设施和污水站。适用范围为饮用水水源地保护区、风景或人文旅游区、自然保护区、重点流域等环境敏感区,污水处理不仅需要去除COD和悬浮物,还需要对氮、磷进行控制,防止区域内水体富营养化,出水直接排放到附近水体或回用。以去除COD、TN和TP为目的的地区,污水处理工艺可以采用生物与生态技术相结合的组合工艺。

好氧/厌氧生物反应器及人工湿地组合工艺:村庄农户污水经过化粪池或沼气池的初级处理后,进入生物接触氧化池处理。采用交替的好氧/厌氧工艺脱氮后通过人工湿地处理达到除磷效果。同时,人工湿地也可作为村庄景观。

生物处理单元中的缺氧/厌氧处理单元宜采用厌氧生物膜单元;好氧生物处理单元宜采用生物接触氧化池。生态处理单元宜采用人工湿地技术和土地渗滤等,以除磷和优化水质为主。调节池可与厌氧生物膜单元合建。该工艺能有效去除污水中的氮磷和有机物,适合对水质要求较高的村落。投资相对较高,污水处理站需专人维护。

三、案例

黑龙江某村庄采用生物接触氧化+人工湿地处理农村污水,工程处理能力设计值为500m3/d。年平均气温为2.3-5.3℃,从11月至次年3月的平均气温在0℃以下。冬季最冷,极端最低气温达-35.5℃(2001年)。经常发生干旱、贫水现象。实际处理工艺流程如图所示。

生物处理单元采用生物接触氧化。采用复合填料,微孔曝气方式,利用鼓风机提供压缩空气,水气比采用1:15,池底有泥斗,可以定期排泥。污水流量为20m3/h,水力停留时间(HRT)为8.0h,容积负荷为0.65kgCOD/m3d。

人工湿地系统由两个面积相等的湿地单元构成,总面积为500m2,设计流量为20m3/h,负荷为0.35kgCOD/m2d,水力停留时间(HRT)为16.0h,湿地进出水水位差为0.10m。湿地植物为多种挺水植物混合,主要有莺尾、首草、景天等。湿地采用水平潜流结构,系统进水为接触氧化池沉淀后出水。接触氧化池出水经沉淀,去除水中的悬浮物之后进入湿地,这对湿地系统的长期运行来说是十分重要的。湿地系统外增加保温措施,建立温室,温室材料为保温板,同时在温室内壁布置了暖气,以保证湿地系统在冬季的稳定运行。由穿孔配水管进水,进水在一定坡度的条件下,因重力作用流过砾石区,经出水花墙后由穿孔集水管集水排出。湿地底部采用土工布防渗,基质采用砾石和炉渣混合,厚度为0.6m,上层为0.3m黄土层,顶层为0.5m腐殖土,种植湿地植物。该工程建设投资为180万元,运行费用为8.11万元,平均处理成本为0.45元/m3。运行效果见表。

进出水指标对比表

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