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浅析我国农村生活污水处理存在的问题和改善措施
面的工作通常都由村领导代为管理,由于其重经济轻环保,而导致农村环境管理混乱,水污染问题突出。另外从试点农村生活污水处理设施运行情况来看,仍然存在两方面问题:一是管理责任人不明确,二是后续运行、维护资金来源问题。
3 国内外农村污水处理与资源化对策
3.1、国外农村生活污水处理技术路线
污水处理最高的目标是实现资源消耗减量化(Reduce)、产品价值再利用(Reuse)和废弃物质再循环(Recycle),水资源的利用要实现从“供水—用水—排水”的单向线性水资源代谢系统向“供水—用水—排水—污水回用”的闭环式水资源循环系统过渡[4](P21-27)。对于农村的分散生活污水,工艺简单、处理效果有保证、运行维护简便的分散型污水处理系统(Decentralized Sanitation and Reuse,DESAR)是一种具有最佳综合效益的选择,它包含污水处理和资源化利用双重意义,强调分质就地处理和尽可能回收营养物质
国外一些国家在农村分散生活污水处理技术的研究和应用方面,积累了许多经验,值得学习和借鉴。
(1)、美国自19世纪中叶就对农村污水处理问题给予了关注,开始建设农村污水处理设施。目前美国政府对简易且经济有效的分散型污水处理系统的应用进行积极的鼓励和引导,分散型污水处理系统在美国农村水污染控制方面发挥着很重要的作用。美国国家环保(EPA)于2002年发布了《污水就地处理系统手册》,2005年发布了《分散式污水处理系统管理手册》。美国在农村污水处理方面值得借鉴的经验有:(1)多级别的管理模式,环保局提出5种管理模式(表1),管理程度可随着处理系统的复杂性及其对周围环境的敏感性增加而增强。(2)多层次的行政责任机制和运营体系。美国主要的管理实体类型有联邦、州和民族地区的行政部门、地方政府的办事机构、特别目的区(例如卫生设施区)和公共事业实体以及私有运营管理实体等。在开发和执行污水处理系统管理项目上具有不同的分工,其权利由联邦和州政府通过法律法规来界定。(3)多渠道的融资手段。环保资金一部分来自联邦和州政府的滚动资金,另一部分来自国家环保局、农业部、房屋和城市发展部以及州政府的资助等。
表1 美国分散污水处理系统的多级别管理模式
管理模式 户主自觉制 保养合约制 具体内容 户主个体拥有并负责操作处理系统 由合格的技工提供对系统适当且及保养服务,户主与技工间可签保养合约 适用范围 环境敏感度相对低的区 较复杂的处理系统 5
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操作准许制 给户主签发限期的操作准许证,在系统 尚符合要求下,操作准许证可重签 水质重要的区域 管理实体负责操作和保养制 负责管理实体所有权制 把系统操作准许证签发给负责管理的 实体而非处理系统拥有者,即户主 由负责管理的实体拥有、操作并保养处 理系统,户主的责任制被完全替代 需要高频率、高可靠性保养的系统且敏感环境区 最敏感的环境地区 (2)澳大利亚为解决农业用水紧张和农业污水问题,进行了不少有益的探索。该国联邦科学和工业研究组织(Commonwealth Scientific and Industrial ResearchOrganization)提出了Filter 处理工艺,是一种“过滤、土地处理与暗管排水相结合的污水再利用系统”,其目的主要是利用污水进行作物灌溉,通过灌溉土地处理后,再用地下暗管将其汇集和排出。Filter 系统对生活污水的处理效果好,其运行费用低,特别适用于土地资源丰富、可以轮作休耕的地区,或是以种植牧草为主的地区。该系统对总磷、总氮、BOD5 和化学耗氧量COD的去除率分别能达到97%~99%、82%~86%、93%和75%~86%。
(3)日本政府从1973年开始进行“农村集落排水工程”建设,主要是集中处理农村生活排水,包括农村居民和农村行政事业单位的生活排水。日本农村污水处理协会主要负责日本乡镇污水处理的技术发展工作,研究了一系列适合于农村城镇中应用的污水处理设备。例如,日本独立发展的净化槽(johkasous),广泛应用于生活污水处理。一种是“tandoku-shori”净化 槽, 仅用于厕所冲洗水的处理; 另一种是“gappei-shori”净化槽,用于混合的生活污水处理,处理后污水BOD小于20 mg?L-1。近年来,新型的膜分离技术槽在日本已被开发出来并得到实际应用,用于BOD与氮的深度处理[14,15]。土壤地下渗滤处理系统也是日本开发的一种浅层土壤处理系统,其工艺原理是将污水有控制地投配到具有一定构造和良好扩散性能的土层中,利用土壤毛细管浸润扩散原理,通过生态系统的物质循环和能量流动,逐级降解、净化。 日本发明的生态厕所(Biotoilet),通过有氧微生物的放热发酵,将排泄物转化为无臭味的气体(水和CO2)和较干燥的有机肥, 从而有效地减少了污水排放。
(4)针对偏远地区的污水处理问题,德国从2003年起开始进行“分散市镇基础设施系统”项目研究,有关技术目前已基本成熟。该系统采用的办法是在没有接入排水网的偏远村镇里建造先进的膜生物反应器,平时把雨水和污水分开收集,然后通过膜生物反应器净化 污水。这一系统不仅可以降低污水处理成本,还能在净化污水的过程中获得氮气,从而达到使污水变成变的目的。德国也最早开展了潜流型人工湿地处理污水的研究,污水在湿地床的表面下流动,利用填料表面生长的生物膜、植物根系及表层土和填料的截留作用净化污水。
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根据污水在湿地中流动的方向不同,可将潜流型湿地系统分为水平潜流人工湿地和垂直潜流 人工湿地两种类型,潜流型人工湿地的显著特点之一就是其对有机污染物有较强的降解能力,有效去除污水中的氮、磷。
(5)另外,还有以下几种分散型污水处理系统:例如美国加州大学伯克利分校的Oswald
提出并发展的高效藻类塘],该系统是对传统稳定塘的改进,可以充分利用菌藻共生关系对污染物进行处理;荷兰的Pasveeer教授研制的一体化氧化沟[18]是一种集曝气、沉淀、泥水分离、污泥回流等功能于一体的技术,适合中小型污水处理厂的应用;法国和智利研究开发了 蚯蚓生态滤池污水处理技术,是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、低能耗地去除城镇污水中的污染物质,又大幅度降低了剩余污泥处理和处置费用的全新概念的污水处理工艺。 3.2、我国在农村生活污水处理方面的探索
我国从上个世纪80年代开始开展生活污水分散处理技术的开发和研制工作,许多形式各异的无动力或微动力的低能耗型一体化污水处理装置得到应用,但目前该分散技术的使用率较低,还存在许多问题。一方面,生物处理效率较低,尤其表现为氮磷去除率很低。氮磷污染是导致水体富营养化的主要原因,如果在此技术上不能取得突破,这类技术的应用前景必然会受到限制。另一方面,目前实施的分散污水处理只是初步实现了分散污水的收集、处理和排放,远未实现分散处理的真正目的——再利用(Reuse),即将污水就地处理和就地回用,实现污水资源化。鉴于农村生活污水的问题日益严重,迫切需要采取积极的措施。近年来,随着地方经济实力的增强,尤其是发达省份在经济发展到一定阶段以后,逐步认识到农村生活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;一些人口密集的欠发达地区也认识到,如果不对农村生活污水采取有效处理,会触发农村医疗和经济建设等方面的系列问题,甚至造成传染病的产生与扩散,因而,提高了对农村生活污水处理问题的重视程度。 (1)、厌氧沼气池处理技术
在我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。研究表明,农作物秸秆通过沼气发酵可以使其能量利用效率比直接燃烧提高4~5倍;沼液、沼渣作饲料可以使其营养物质和能量的利用率增加20%;通过厌氧发酵过的粪便(沼液、沼渣),
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碳、磷、钾的营养成分没有损失,且转化为可直接利用的活性态养分——农田施用沼肥,可替代部分化肥。沼气池工艺简单,成本低(一户约需费用一千元左右),运行费用基本为零,适合于农民家庭采用。而且,结合农村改厨、改厕和改圈,可将猪舍污水和生活污水在沼气池中进行厌氧发酵后作为农田肥料,沼液经管网收集后,集中净化,出水水质达到国家标准后排放。
沼气池处理技术已在我国一些地方得到了有效推广和使用。浙江全省有352个村实施了生活净化沼气工程,累计建成沼气池83.3万立方米,年处理生活污水8 170万吨,年产沼气4 295万立方米,年可替代标准煤近3万吨[12]。四川省结合新农村建设,开展“乡村清洁工程”,以户或联户为单元,建设沼气池和生活污水厌氧净化池,有效解决人畜粪便、生活污水、垃圾污染等农村环境难题,出现家园清洁和村容整洁的新面貌。 (2)、稳定塘处理技术
在我国,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,近年来成为我国着力推广的一项技术。与传统的二级生物处理技术相比,高效藻类塘具有很多独特的性质,对于土地资源相对丰富,但技术水平相对落后的农村地区来说,是一种较具推广价值的污水处理技术。李旭东等采用高效藻类塘系统处理太湖地区农村生活污水, CODcr的平均去除率在70%以上,氨氮(NH3-N)的平均去除率高达93%,磷的平均去除率为55%[13](P61-64);陈鹏采用高效藻类塘处理城市生活污水,取得了稳定的处理效果:CODcr、 BOD5、NH3-N 和TP的平均去除率分别达到75%、60%、91.6%和50%[14]。 (3)、人工湿地处理技术
目前,北京、深圳等城市都采用了这一技术处理生活污水。云南省澄江县抚仙湖边的马料河湿地工程于2003年10月建成运行,每天可净化污水4万多立方米,净化后的水质优于地表水三类标准。有关研究表明[15](P1-8),在进水污染物浓度较低的条件下,人工湿地对BOD5的去除率可达85%~95%,对CODcr的去除率可达80%以上,对磷和氮的去除率分别可达到90%和60%。
(4)、土壤渗滤技术
地下土壤渗滤法在我国日益受到重视。中科院沈阳应用生态所“八五”、“九五”期间的研究表明,在我国北方寒冷地区利用地下土壤渗滤法处理生活污水是可行的,且出水能够作为中水回用[16](P111-119);1992年北京市环境保护科学研究院对地下土壤毛管渗滤法处理生活污水的净化效果和绿地利用进行了研究[17](P4-7);清华大学在2000年国家科技部重大专项中,首先在农村地区推广应用地下土壤渗滤系统[18](P57-61),取得了良好效果:对生活污水中的有机物和氮、磷等均具有较高的去除率和稳定性,CODcr、BOD5、NH3-N和TP的
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