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行業新聞
怎么因地制宜?—詳解我國6大地區農村污水現狀及處理方法

來源:水工業市場雜志 時間:2017-08-07 11:11:47 次數:

目前我國大多數農村沒有完善的污水收集和處理設施,根據建設部《村莊人居環境現狀與問題》調查報告,我國96%的村莊沒有排水渠道和污水處理系統,大量未經處理的污水直接排放,對納污水體和土壤造成了極大污染,并且會嚴重威脅地下水安全和農村居民的身體健康。與城鎮污水相比,農村生活污水面廣分散、排放隨意,這些特點要求農村生活污水處理不能直接照搬城鎮污水處理技術或方式,必須建立適合農村特點的處理方法。


目前我國農村污水處理技術種類繁多,常用的技術如下表所示。


我國地域廣闊,各地區氣候、地形、經濟水平相差較大,所以在選擇技術時須充分考慮技術的經濟性、實用性以及地區的氣候、地形和經濟條件。本文綜述了我國6個地區農村污水處理現狀,并根據各區域的特點因地制宜地提出適合該地區的污水處理技術和模式。


東南水系發達地區


東南地區主要包括上海市、江蘇省、浙江省、福建省、廣東省、海南省,是我國工農業生產發達、經濟產值和人均收入增長幅度最快的地區之一,因此該地區對農村生活污水的治理開展得較早,目前已有較完善的農村污水處理機制,污水處理覆蓋面較廣。

江蘇、浙江和廣東部分地區相對較早地開展了農村生活污水治理工作,目前已制定了初步的農村生活污水處理標準,并取得了一定的成效。江蘇省在2008年開展農村環境連片整治,目前蘇南地區多采用生物+生態的污水處理技術,蘇中地區多采用一體化工藝,蘇北地區采用接觸氧化/人工濕地生態塘組合工藝應用較多。浙江省在2003年提出農村環境整治計劃,并于2014年全面開展農村生活污水治理工作。浙江省67個縣(市、區)的農村污水處理設施以中小規模為主,約80%的設施采用了無動力厭氧+人工濕地處理技術,以村鎮自管的模式為主,出水一般可以達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級B標準。珠江三角洲地區的大部分村落都有一定規模的工廠,產生的污水直接排入河中,直接影響農村居民的生產生活。廣州地區一共有1284個行政村7181個自然村,從2008年開始對無法納入城鎮污水處理系統的農村區域實施污水治理建設,截至2010年6月30日已完成281個行政村生活污水治理,但對于數量較多的自然村的治理還比較少。

結合對東南地區農村污水處理研究的了解,針對污水處理工藝選擇提出以下建議:江蘇、浙江、上海和廣東為代表的長三角、珠三角地區農村經濟發達、人口密度大、土地資源緊張、水環境污染嚴重、水質性缺水問題突出,因此應選擇處理效果好、占地面積小的好氧生物處理技術或采用生物生態相結合的方式,例如接觸氧化/人工濕地生態塘,而福建和海南等經濟欠發達地區的農村則應優先采用運行成本相對低的微動力或無動力處理技術

華北平原地區


華北平原一般包括北京市、天津市、河北省、山西省、山東省大部和河南省北部,是我國重要的工業地區,經濟相對發達。華北平原也是我國主要的農業區,農村耕地占全國的1/5,農村人口眾多,每年會產生大量的污水,具有污染物濃度低、人均日產生量小于南方、污水排放量與收入水平有關的特點。并且該地區水資源匾乏,所以提出合理的污水處理技術非常重要。

目前華北地區建立了很多示范性工程,通州區位于北京郊區,屬于典型的華北缺水地區,采用的工藝有3種,即BAAS微動力全生物污水處理工藝、微動力水處理技術和厭氧折流生物濾池—復合流人工濕地,經過長期運行驗證可在我國北方大都市郊區農村推廣應用。對比幾種常用的污水處理技術,結合山西南部地區的氣候特征、水質特征、經濟條件和給排水條件,得出結論:對于生活污水產生量小、污染物濃度低的地區可采用人工濕地、土地滲濾處理技術;太陽能驅動等污水處理技術適用于水量中等、出水要求較高的處理需求;A/0工藝等處理技術適用于經濟條件較好、水量較大、污染物濃度較高的處理需求。

除了對污水處理技術的研究外,華北地區也開始著重進行污水排放標準以及處理設施管理規范的制定。2012年河北省在全省范圍內推行以農村生活污水處理為重點的連片整治,2015年初頒布《農村生活污水排放標準》,確定11項主要控制指標及限值,提出應根據村莊所處區位、人口規模、聚集程度、地形地貌、排水特點及排放要求,結合當地經濟承受能力等,采用適宜的污水收集和處理模式,為開展農村污水治理工作提供依據

東北高寒地區


東北地區氣候條件為中溫帶和寒溫帶,四季分明,地形復雜。與發達地區相比,經濟相對落后,并且經濟發展不平衡,農村生活污水具有水量偏少且水質變化大的特點。由于我國污水處理起步較晚,在東北寒冷地區尚無成熟的污水處理示范工程,并且寒冷地區的污水處理還面對很多困難:(1)冬季低溫導致一些污水處理技術不適用于該地區;(2)農村污水處理資金缺口巨大;(3)農村生活污水處理建設標準尚未明確建立,缺乏建設驗收規范和長期運行效果的監測、監管體制。

東北地區經濟較落后,并且污水排放量小,所以以生態技術為主體的工藝比較適合該地區,但東北地區冬季氣溫偏低,導致人工濕地等生態處理工藝運行效果不佳,為了克服氣溫條件的影響,很多學者對此進行了改進,主要提出以下幾種方案:(1)冬季氣溫低,水的黏度增大,擴散系數降低,導致氧傳遞速率下降,植物和微生物的代謝下降,有機顆粒積累,從而導致基質堵塞,影響人工濕地的處理效果。可采用凹凸棒土與傳統穩定塘相結合,在低溫條件下出水可達到二級排放標準。哈爾濱工業大學提出寒冷地區冬季人工濕地主要依靠填料對污染物進行降解,可以通過選擇合適的填料解決人工濕地冬季運行效率低的問題,試驗發現主體填料為沸石的人工濕地對于TN、TP在低溫條件下仍可保持較好的去除率。此外,基質填料的組成和配比對人工濕地穩定運行起到關鍵作用,驗證人工濕地在寒冷地區采取改進措施后可以有效運行。(2)冬季時人工濕地只作為儲水池,不對污水進行處理,夏季再進行處理。吉林地區采用潛流式人工濕地和表面流人工濕地串聯的工藝對農村污水進行處理,冬季人工濕地用來儲存污水,基本不出水,取得了較穩定的處理效果。(3)改進濕地結構。將人工濕地設計成雙層構造,夏季依靠上層植物、微生物、基質的聯合凈化功能,冬季上層濕地充當保溫層,依靠地下植物根系、基質吸附和微生物的代謝作用發揮凈化效能;另外,可向濕地中投加高效低溫功能菌,改善低溫期活性物微生物群落,促進水體營養物質的良性循環。經過運行驗證,該系統可以在東北高寒地區全年運行。(4)采取保溫措施。目前采用比較多的有植物覆蓋、冰雪覆蓋、薄膜法或溫棚覆蓋。通過比較,薄膜保溫法具有出水水質好、操作簡單、成本低的優點,比較適合在我國北方地區推廣應用。(5)種植耐寒植物。人工濕地多種植蘆葦、香蒲、菱白和燈芯草等濕地植物,在冬季低溫時,濕地植物易出現休眠現象,根系微生物代謝緩慢,導致濕地處理效率下降。因此,如何選擇適合冬季氣候條件的植物、提高低溫條件下人工濕地對水中污染物的處理效率也是人工濕地研究領域的一個重要內容。

中南地形復雜地區


中南地區包括湖北、湖南、安徽和江西,該區域地形地貌復雜,包括山地、丘陵、崗地和平原等。農村人口數量、村鎮數量和人口密度均較大,很多行政村位于重要水系(如淮河、巢湖、鄱陽湖、洞庭湖等)流域,大量未經任何處理的農村生活污水直排,對水環境影響較大。該地區經濟總量在全國處于中等偏下水平,區域內經濟發展不平衡,農民生活方式、水平差異較大。

中南地區地形復雜,山地、丘陵較多,所以在設計污水處理系統時可以充分利用當地地形。例如利用原有的陡坡地勢,設計人工濕地結合厭氧和跌水接觸氧化的復合處理工藝,出水水質優于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級B類排放標準。中南地區除了山地較多,還集中了我國較大的淡水湖鄱陽湖和巢湖。江西省從1991-2011年逐步推進新農村建設,采取了改水、改廁等措施,農村生活污染物排放量也隨之增長。同時,由于污水管網不齊全,很多污水、化糞池廢水直接排入水體,導致鄱陽湖流域嚴重污染。江西地區處于秦嶺—淮河以南,冬季平均氣溫高于0℃,適合采用人工濕地技術。

總的來說,中南地區可以秦嶺—淮河為界劃為秦嶺以南和秦嶺以北,河南和安徽北部屬于秦嶺以北,用水量較小且經濟欠發達。這些地區農村大部分采用旱廁或有家禽畜養,有利用廄肥施用農田和菜地的習慣,農村污水很少外排,排放的少量污水可考慮采用化糞池或厭氧生物膜反應池進行簡單的處理。秦嶺—淮河以南農村多傍水而建,池塘往往成為受納水體。這些地區可利用現有的池塘采用多塘技術或者人工濕地系統。

西北寒冷干旱地區


西北地區地形以高原、盆地和山地為主,冬季嚴寒而干燥,夏季高溫,降水很少,氣溫的日較差和年較差都很大。該地區水資源匾乏,村民的用水量也較少,隨著新農村建設的推進,自來水普及率增加,部分經濟條件較好的村莊普及了馬桶、淋浴等衛生設施,使得用水量不斷增加,這直接導致農村排水量增大。

西北地區的生態條件脆弱,一些傳統生態技術并不容易推行,所以須要在傳統生態處理技術的基礎上進行改進,以適應當地的氣候條件,例如在冬季采用植物覆蓋和薄膜覆蓋聯合的保溫方法,使其能夠用于關中地區的農村污水處理。研究對不同濕地植物進行了比較分析,提出可以多種植陸生木本植物作為濕地植物。黑麥草雖為陸生植物,但環境適應性強、耐水、根系發達,具有作為濕地冬季植物的理論可行性,對黑麥草人工濕地冬季和春季處理效果進行調研發現,人工濕地在非結冰期,黑麥草系列人工濕地出水可達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》中的二級標準。

陜南地區雖然地處西北但又與西北地區的干旱不同,該地區水資源豐富,與南方地區相近,但氣溫仍偏低且經濟較為落后,所以也不能直接照搬南方地區的工藝。


西南山區


西南地區包括廣西、云南、貴州、四川、西藏等地,地形復雜,以丘陵、山地、高原為主;氣候類型多樣,大部分地區屬于亞熱帶、熱帶季風氣候。西南地區經濟在全國處于中下水平,農村人口眾多。該地區也是我國少數民族聚集的地區,具有獨特的人文風光使該區域成為旅游的熱點區域。因此,以農家樂為代表的旅游得到快速發展,與此同時農村生活用水總量也迅速增長,很多農村污水因為沒有處理措施直接排入河流,對當地的生態環境造成極大的破壞,可見推行符合當地實際的污水處理措施刻不容緩。

西南地區是農村水污染控制技術較為薄弱的地區。目前,該地區農村污水治理主要集中在經濟發達的村落和旅游業發達的村落,其他區域還未開展農村污水治理工作。重慶市農村地區住戶居住較為分散,地形差異大,經濟水平不高,其生活污水具有水質、水量日變化系數和時變化系數均較大的特點,重慶大學三峽生態實驗室提出了3種適合重慶市農村生活污水處理的經濟適用技術,包括高效藻類塘、復合型人工濕地和凈化沼氣池—人工濕地技術。這3種工藝都可以達到較好的去除效率,并且建設和運行費用比較低,比較適合重慶農村污水的處理,可以作為示范性工程運行推廣。

三峽庫區因為受到長江三峽工程影響成為西南地區的一個特殊區域,三峽庫區農業比重大,庫區農村人口將近占總人口的90%,農村污水是水體污染的重要來源,并且三峽庫區生態脆弱,所以對農村生活污水的治理顯得尤為迫切。由于三峽庫區的經濟條件有限,因此在選取適合三峽庫區農村生活污水處理技術時,應遵循處理成本低廉、處理效果穩定、技術操作簡單的原則,例如厭氧生物接觸池+跌水充氧接觸氧化渠組合工藝、厭氧生物接觸池跌水充氧+接觸氧化渠表面流+潛流人工濕地2種工藝,經過8個月的運行監測,出水均達到了二級標準,氣候和氣溫的變化對其影響不大。

根據上述研究并結合西南地區污水處理現狀,對西南地區農村污水處理技術的選擇提出以下建議:廣西、云南2地生態資源豐富,氣候溫暖,可以選擇人工濕地系統;貴州地區地勢陡峭,缺水少雨,可推廣跌水式生態工藝;四川地區地形復雜,氣候多樣,經濟基礎條件參差不齊,應考慮將生態工藝與生物工藝聯合使用。總體而言,在經濟條件較好的地區,鋪設管網修建城鎮集中式污水處理廠,在經濟條件一般的地區采用厭氧與人工濕地的組合工藝,在無充足土地資源或排水要求較高的山區或景區可以采用微動力曝氣的一體化設備

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