农村生活污水污染现状及其治理技术

农村生活污水污染现状及其治理技术农村生活污水污染现状及其治理技术农村生活污水污染现状及其治理技术xxx公司农村生活污水污染现状及其治理技术文件编号：文件日期：修订次数：第1.0次更改批准审核制定方案设计，管理制度农村生活污水污染现状及其治理技术摘要：农村生活污水治理是我国环境管理面临的新命题。结合我国农村生活污水污染现状，概括了我国农村生活污水处理技术方法及研究和应用现状。关键词：农村生活污水、水污染现状、治理技术农村生活污水污染现状农村污水的主要来源中国农村每年产生的生活污水量约为80亿，大部分农村地区没有采取任何生活污水的收集和处理措施，严重污染了各类水源。[1]造成农村水体环境恶化的主要原因是生活污水、工业废水、农田喷洒农药及过量施肥产生的有毒有害农田水没有经过处理直接排放。农村生活污水面广量大，是污水治理中的重点和难点。随着农村建设的不断完善和人民生活水平的提高，农村生活污水排放量呈逐年增长趋势，污水成分日趋复杂，不能忽视农村生活污水带来的新问题。未经处理的农村生活污水不仅是饮用水水源地的潜在威胁，同时也是江河湖泊富营养化的重要原因。水环境恶化造成的危害主要有污染土壤、危害人们身体健康、影响农民正常的生产与生活条件。因此必须加强农村水处理基础设施建设，重视农村生活污水的处理与排放问题。农村污水是农村村庄和小镇的居民生活污水和生产废水的总称。它来源很多，通常有：农村居民日常生活产生的污水。中小学、当地政府机关、民俗旅游、旅店排放的污水。农民养殖的畜禽排泄物。乡镇企业排放的各种污水。[2]农村生活污水一般来源于以下三方面一是厨房污水，多以洗碗水、涮锅水、淘米和洗菜水组成。淘米洗菜水中含有米糠菜屑等有机物，其他污水中含有大量的动植物脂肪和钠、醋酸、氯、碘等多种元素。由于生活水平的提高，农村肉类食品及油类使用的增加，使生活污水的油类成分增加。农村居民的生活污水成分正在朝不利于净化处理的方向发展。二是生活洗涤污水，洗涤用品的使用使洗涤污水含有大量化学成分。洗衣粉的大量使用加重了磷负荷的问题。三是冲厕水。部分农村改水改厕后，使用了抽水马桶，产生了大量的生活污水。部分农村仍在使用旱厕，且有的农户养家畜家禽，产生了冲圈水，粪料还田，粪水溢流。资料显示，养殖1头猪产生的废水是1个人的7倍，而养殖1头牛则是22倍。农村生活污水排放特点农村生活污水在经过自然生态处理后，处理出水水质满足《农田灌溉水水质标准》，可用于农田灌溉。通过设置污水库储存非灌期的污水，若附近河流属于灌溉河道时，出水可排入附近河道，用于下游灌溉。[3]自然生态处理法不仅可以实现水环境再生，还可以创造一个资源循环利用系统，污水中有机物、氮、磷还可以作为农业用肥料，如土壤改良材料以及园艺用土壤。如土地处理系统场所还可结合绿地、广场和各种各样娱乐游览区进行设置，并将处理后达到一定标准的污水用于公园、高尔夫球场和运动场地灌溉以及娱乐观赏湖泊的补充用水；人工湿地系统经处理后的出水可排入观赏塘进行深度净化，或用于果园。我国北方地区缺水比较严重，对农村污水处理的同时，要考虑污水回用的可能性，尽量将处理的污水回用于农业或用作景观用水，实现水资源循环利用。而在我国南方地区，浙江就是一个典型的例子。浙江因水而名，作为沿海发达地区，该省近年来经济发展平稳，可水环境却承受着极大的压力。浙江省的农村生活污水排放的特点为排放分散、水量波动大。该省大多数村庄分布较为分散，使得生活污水的排放也较为分散，难以集中收集处理，管网的铺设难度大、费用高。同时，由于用水习惯的差异，导致水量波动大，一般早、中、晚是排水高峰期。排放量逐年增大。新增农家乐污水。农家乐污水是浙江省农村生活污水的新增来源，农家乐排放的污水主要以餐饮污水为主，含有较多的油脂，且水质、水量波动更大，对农村生活污水处理技术的选择及管理提出了更高的要求。因此，农村生活污水处理与排放应结合污水水质、水量特点及处理后出水途径及水体环境容量综合考虑。在应用自然生物处理工艺时，应进行生活污水的预处理并调节进水水量与水质，同时应加强运行管理，保证污水水质达标排放，为了保护水体，必须严格控制排入水体污水水质。农村生活污水收集现状与城市相比，农村人口密度低、分布分散，生活污水排放面广，因此不宜采用城市污水集中收集模式，必须根据农村实际，采用适合农村特点的收集方式。《上海市农村生活污水处理技术指南》指出：农村生活污水的收集必须结合当地的地形条件、村落分布，因地制宜地采用不同的模式收集污水。[4]根据村落的具体地形地势、地理位置、住宅分布等实际情况，我国农村采用不同的生活污水收集输送方法，有些以村为单位构建收集系统，有些几户共建，有些甚至单户独立建设。现有的收集方式可分为3类：镇村集中收集模式、住户分散收集模式、市政统一收集模式，其技术概况和适用条件见表1。表1不同收集方式比较污水收集模式技术概况适用条件镇村集中收集模式镇村统一铺设污水管网，污水收集后，进入镇村污水处理站集中收集地势平缓，居住集中住户分散收集模式划分不同区域，单户或邻近几户铺设污水管网，各自收集、处理、排放污水地势高低错落，住户分散市政统一收集模式镇村统一铺设污水管网，污水收集后，接入附近的市政管网，进入污水处理厂统一处理镇村内有市政污水管道直接穿过，或依靠重力流一次排入市政管网在上述三种收集方式中，我国目前采用的均是传统的重力排水方法。实际上，农村生活污水一般呈粗放型排放，显著特征是间歇排放、排水量少且分散、远离排污管网及大水体、水环境容量小、污水处理率低、管理水平低和瞬时变化较大。另外，因受人口密度、经济结构、作物组成、节水水平、水资源条件等多种因素的影响，各省农村的用水指标值差别很大，从而导致不同地域农村生活污水的产生和排放特点也存在很大的差异。在农村生活污水收集工程中，传统重力收集方法有时会遇到一定困难，特别是南方河网发达的农村地区，如采用重力收集方法，需要频繁设置倒虹管，不但增加收集系统投资，而且还容易产生污泥淤积、管理复杂等问题。针对传统重力收集方法在农村或小城镇应用的局限，国外开发了一些新的收集技术以替代传统的重力排水方法，主要包括真空排水系统、压力排水系统和小管径重力排水系统等，其中，真空和压力排水系统对我国农村生活污水收集具有一定借鉴作用，我国也正在开展一些示范性研究和应用工作。[5]农村生活污水处理的难点农村生活污水面广量大，是污水治理中的重点和难点。长期以来，由于重视不够、治理资金短缺和对农村水体环境保护意识的淡薄。由于经济发展水平较低，管理落后，生活设施不健全，缺乏污水和垃圾处理的环保设施，加上长期以来农民形成的不良生活习惯，如随意堆放垃圾、随地倾倒污水等，使得农村环境逐渐恶化。虽然农村人口分散，但由于人口数量多，几乎没有生活污水收集和处理措施，使农村生活污染源成为影响水环境的重要因素，且随着农村生活方式的改变而加剧。农村生活污水是农村居民生活活动所产生的，其数量、成分、污染物浓度与居民的生活习惯、生活水平和水资源的享有状况有关。目前，我国农村地区的生活污水基本上未经过处理就直接排放，处于放任自流的状态。农村缺乏规划，居住分散，地基高低不平，施工难度较大，使得污水收集系统的投资费用较高；农村资金相对缺乏，经济和技术力量薄弱，环保意识淡薄，村民对污水治理工作的必要性缺乏了解和重视；生活污水的治理更为艰巨。农村生活污水处理的难点与共性技术需求：（1）分布广，地区差异大，污水水质、水量波动大，排水管网不健全；（2）经济力量弱；（3）缺乏污水处理专业人员；（4）雨污水资源化利用低。综合各方面的资料表明［6］，实施农村、小城镇污水处理的难点主要有：（1）生活污水成分日益复杂，各种污染成分浓度较低，波动性很大，难以正确评估生活污水的污染负荷及其昼夜、季节性变化，影响到生活污水处理方法的正确选择、处理工艺与污染物去除方案的合理设计。（2）污水处理工艺与技术的选择，受到当地社会、经济发展水平的制约和地方保护主义或其他人文因素的抵制。（3）当地自然与生态条件（如气温、降水、风向和土壤等）对所选择的处理工艺与处理技术有负面影响，使其不能发挥正常效力。（4）相对人口密度小，用水量标准较低，污水处理规模小，经济和技术力量薄弱，要求采用的工艺成本低、运行费用低、维护管理简单。农村生活污水治理技术在农村生活污水处理中，单独好氧生物（生物膜法）、厌氧生物（生物膜法）、生态或物化处理方式往往都有一定局限性。好氧或厌氧生物膜法对N、P元素的去除功能单一，无法满足普遍呈现富营养化的农村水环境治理需求；生态处理技术，虽然具有同步脱氮除磷功能，但处理效率低，占地面积大；物化处理技术对氮的处理能力十分有限，且运行成本较高。针对这一问题，有必要将不同处理技术进行串联，形成组合工艺。目前，我国由不同技术组合而成的农村生活污水处理工艺形式很多，主要可分为4种类型：“厌氧+生态”工艺、“好氧+生态”工艺、“厌氧+好氧+生态”工艺和“厌氧+好氧”工艺，表2总结了每种工艺的单元技术、工艺原理和工艺特性等。由于我国农村人口聚居相对比较分散，集中居住的人口规模小，且农村经济水平较低，不利于采用大规模的管网收集系统与大规模的污水处理方式，宜采用分散收集与分散处理的小规模生态化处理方式。目前，适用于农村生活污水处理的自然生态处理系统主要有土地处理系统与稳定塘处理系统等。表2农村生活污水组合处理工艺工艺类型单元技术工艺原理工艺特性厌氧好氧生态厌氧+生态复合厌氧厌氧滤池净化沼气池人工湿地稳定塘土壤渗滤厌氧单元主要用于去除有机物，生态单元主要用于去除N、P营养物质。占地面积较大、处理过程无动力消耗好氧+生态接触氧化生物滤池人工湿地土壤渗滤好氧单元用于去除有机物和硝化，生态单元用于反硝化和除磷。占地面积较大、如采用自然通风或跌水曝气，可节省动力消耗厌氧+好氧+生态复合厌氧厌氧滤池接触氧化生物滤池人工湿地土壤渗滤厌氧单元用于去除有机物和反硝化（有回流），好氧单元用于去除有机物和硝化，生态单元用于反硝化和除磷。占地面积较大、处理效果好、可采用自然通风或跌水曝气，节省曝气能耗厌氧+好氧复合厌氧厌氧滤池接触氧化生物滤池厌氧单元用于去除有机物和反硝化（有回流），好氧单元用于去除有机物和硝化。占地面积小、水量适应范围广、考虑除磷需增设物化除磷单元注：工艺中的好氧或厌氧均指生物膜法；每种工艺中的不同类型单元技术可自由组合。下面三张图分别是厌氧系统的工艺流程图、厌氧+人工湿地处理系统工艺流程图和厌氧+好氧处理系统工艺流程图。图1厌氧系统的工艺流程图2厌氧+人工湿地处理系统工艺流程图3厌氧+好氧处理系统工艺流程在具体选择处理工艺时，各个地区需要充分考虑自身实际情况（包括经济水平、地形特征、气候特点、处理要求等），通过综合技术经济分析，合理选择处理工艺形式。农村生活污水处理的主要运行成本是水泵和曝气设备电耗，如能结合当地地形，利用地势高低落差排水和跌水曝气，即可节省此项成本。此外由于生态技术受天气影响较大，如在寒冷干燥的北方地区，可选择水流在底面流动的潜流式人工湿地或地下渗滤技术，并用稻草、麦秆、PVC透气薄膜等进行保温。[7]目前，我国的农村生活污水处理技术种类很多，按其原理可分为3类：生物处理技术、生态处理技术和物化处理技术。中国在农村污水处理方面开展研究较晚，但近年来，随着经济实力的增强，尤其是发达省份在经济发展到一定阶段以后，逐步认识到农村污水处理问题的重要性，并开始采用一些实用、合理、低能耗和低运行费用的技术来处理污水。生物处理技术好氧生物处理技术根据污泥的生长状态，好氧生物处理技术可分为活性污泥法和生物膜法两大类。其中，活性污泥法的运行成本较高，还存在污泥膨胀问题，因此不适合在农村地区使用。相比较而言，生物膜法更易于维护管理，且无污泥膨胀问题，可在用地受限时考虑采用。（1）生物接触氧化法生物接触氧化法是在生物滤池的基础上，通过接触曝气形式改良而演变出的一种生物膜处理技术。生物接触氧化池操作管理方便，比较适合农村地区使用。[8]日本针对分散式农村污水开发的净化槽，其好氧单元就采用了生物接触氧化技术。我国在一些用地受限、冬季气温较低、经济条件较好或出水要求较高的镇村，已研究应用了生物接触氧化技术，如广州市萝岗区埔心村、江苏泰州戴南镇董北村和赵家村、宁夏平罗县渠口乡等。（2）好氧生物滤池好氧生物滤池一般以碎石或塑料制品为滤料，将污水均匀地喷洒到滤床表面，并在滤料表面形成生物膜。污水流经生物膜后，污染物被吸附吸收。[9]好氧生物滤池可分为普通生物滤池、高负荷生物滤池和塔式生物滤池三类。[10]其中，塔式生物滤池处理效率高、占地面积小，且可通过自然通风供氧节省能耗，因此适用于处理农村生活污水。塔式生物滤池由顶部布水，污水沿塔自上而下流动，在自然供氧情况下，使好氧微生物在滤料表面形成生物膜，去除污水中呈悬浮、胶体和溶解状态的污染物质。其中，塔式生物滤池处理效率高、占地面积小，且可通过自然通风供氧节省能耗，因此适用于处理农村生活污水。塔式生物滤池由顶部布水，污水沿塔自上而下流动，在自然供氧情况下，使好氧微生物在滤料表面形成生物膜，去除污水中呈悬浮、胶体和溶解状态的污染物质。（3）蚯蚓生物滤池蚯蚓生物滤池根据蚯蚓具有提高土壤通气透水性能和促进有机物质的分解转化等功能而设计，是一种既可高效、低耗去除污水中的污染物质，又可大幅度降低污泥产率的污水处理技术。[11]蚯蚓生物滤池技术最早由智利大学的JoseToha教授于1992年提出，在法国和智利发展较快，并得到了推广应用。[12]鉴于蚯蚓生物滤池处理农村生活污水具有一定的技术优势，国内在该方面的研究和应用也日益增多，如上海交通大学、同济大学和南京大学等。均开展过一系列试验研究，并将成果应用于实际农村生活污水处理。厌氧生物处理技术厌氧生物处理技术无需曝气充氧，产泥量少，是一种低成本、易管理的污水处理技术，能够满足农村生活污水处理的技术要求。（1）污水净化沼气池在中国农村生活污水处理的实践中,最通用、节俭、能够体现环境效益与社会效益结合的生活污水处理方式是厌氧沼气池。它将污水处理与其合理利用有机结合,实现了污水的资源化。污水中的大部分有机物经厌氧发酵后产生沼气,发酵后的污水被去除了大部分有机物,达到净化目的;产生的沼气可作为浴室和家庭用炊能源;厌氧发酵处理后的污水可用作浇灌用水和观赏用水。在农村有大量可以成为沼气利用的原材料:农作物秸秆和人畜粪便等。污水净化沼气池是由沼气池和厌氧生物滤池串联而成，可几户合建或单户修建，布置灵活，在我国四川、江苏、浙江等省农村地区均有应用。污水净化沼气池的处理效果显著，出水水质稳定，田洪春等。[13]连续3年的跟踪检测结果表明，出水水质大多可达《污水综合排放标准》（GB8978—1996）二级标准。（2）厌氧生物滤池厌氧生物滤池的构造类似好氧生物接触氧化池，不同之处在于池顶密封，其工程投资、运行费用低，对维护人员的要求不高，已在我国农村应用。若将厌氧生物滤池技术与好氧生物技术联合使用，出水水质可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）的一级A标准。（3）复合厌氧处理技术复合厌氧处理技术是厌氧活性法和厌氧生物膜法相结合的处理方法。上海市政工程设计研究总院根据多年积累的污水治理经验，结合农村生活污水处理的实际需求，自主开发了复合厌氧反应器，并成功应用于农村生活污水处理。该复合厌氧反应器由轻质滤料层、悬浮厌氧污泥床等组成，经厌氧活性污泥和生物膜的双重协同作用，污染物去除效率极大提高。此外，通过在反应器中设置特殊轻质滤料层，防止了污泥流失，提高了反应器的容积负荷和处理效果。生态处理技术（1）人工湿地湿地是指每年在足够长的时间内均具有浅的表面水层,能维持大型水生植物生长的生态系统。人工湿地是根据自然湿地模拟的人工生态系统,是一种由人工制造和监督控制的、类似沼泽地的地面,利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化作用。[14]人工湿地处理系统源于对自然湿地的模拟，主要利用自然生态系统中植物、基质和微生物三者的协同作用实现水质的净化。按水流方式可分为地表流湿地、潜流湿地和垂直流湿地。人工湿地主体由土壤和按一定级别充填的填料等组成，并在床表面种植水生植物而构成一个独特的生态系统。人工湿地处理系统净化效果好、工艺设备简单、维护管理方便、运行费用低、生态环境效益显著，但进水负荷要求较低、占地面积较大，因此适用于远离城市污水管网、资金少、技术人才缺乏、有土地可资利用的中小城镇和农村地区。（2）土地处理土地处理技术是在人工调控下利用土壤-植物-微生物复合生态系统，通过一系列物理、化学、生物作用，使污水得到净化并可实现水分和污水中营养物质回收利用的一种处理方法。[15]根据水流运动的流速和流动轨迹的不同，土地处理系统可分为4种类型：慢速渗滤系统、快速渗滤系统、地表漫流系统和地下渗滤系统（即毛细管土地渗滤处理术）。与前三种系统相比，地下渗滤系统的布水设施埋于地下，无损地面景观、受天气影响小，且能够适应于北方寒冷干旱的天气，因此适用于农村生活污水处理。其缺点是：负荷控制不当，则会堵塞；防渗质量不好，则会污染地下水；因进出水系统埋于地下，投资相对较高。目前，土地渗滤技术在国内已投入运用，并取得了较好效果。如上海市宝山区罗店镇张墅村采用地下渗滤系统处理生活污水，出水达到GB18918—2002一级B标准，且整个处理系统建造成本低，基本免维护。（3）稳定塘稳定塘是经过人工适当修整后设围堤和防渗层的污水池塘。其净化原理类似自然水体的自净机理，通过微生物（细菌、真菌、藻类、原生动物等）的代谢活动，以及相伴的物理、化学、物化过程，使污水中污染物进行多级转换、降解和去除。传统稳定塘处理技术优点是:运行维护费低,系统基本不耗能;可充分利用地形,节省投资;无需污泥处理;可实现污水资源化。但也存在诸多缺点,比如:处理效果受气候条件影响大;有机负荷低,占地面积大等。为进一步强化处理效果，国内外相继推出了许多新型塘和组合塘。如装有连续搅拌装置的高效藻类塘、利用水生维管束植物提高处理效率的水生植物塘、多个好氧和厌氧稳定塘相连的多级串联塘以及高级综合塘等。其中，高效藻类塘应用较多，尤其在太湖流域，其处理效果稳定且优于传统氧化塘。在中国,特别是在缺水干旱地区,稳定塘是实施污水资源化利用的有效方法,近年来成为中国着力推广的一项技术。物化处理技术污水的物化处理方法主要包括：混凝、气浮、吸附、离子交换、电渗析、反渗透和超滤等。在各种物化处理技术中，仅混凝技术相对符合农村要求，其最大优点是能够根据污水中污染物的性质，选取合适的絮凝剂，保证污染物质的高效去除。混凝技术对悬浮物、金属离子、胶体物质和无机磷去除效果好，但对有机物和氮的去除能力相对较弱，且运行过程中需要连续投加药剂，故运行成本较高。结语随着环境污染的加剧，农村已成为我国环境整治的新阵地。农村生活污水已成为农村环境主要污染源，因此我国十分重视农村生活污水收集和处理技术研究工作，相继开发出了很多技术方法和工艺形式，并在实际工程中推广应用，为农村环境质量改善提供了重要技术支持。针对