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目前我国农村污水现状及处理方法
2018-05-30

目前我国大多数农村没有完善的污水收集和处理设施 ,根据建设部《村庄人居环境现状与问题》调查报告 ,我国96%的村庄没有排水渠道和污水处理系统 ,大量未经处理的污水直接排放 ,对纳污水体和土壤造成了极大污染 ,并且会严重威胁地下水安全和农村居民的身体健康 。与城镇污水相比 ,农村生活污水面广分散、排放随意 ,这些特点要求农村生活污水处理不能直接照搬城镇污水处理技术或方式 ,必须建立适合农村特点的处理方法 。目前我国农村污水处理技术种类繁多 ,常用的技术如下表所示 。



我国地域广阔 ,各地区气候、地形、经济水平相差较大 ,所以在选择技术时须充分考虑技术的经济性、实用性以及地区的气候、地形和经济条件 。本文综述了我国6个地区农村污水处理现状 ,并根据各区域的特点因地制宜地提出适合该地区的村镇污水处理技术和模式 。

 

东南水系发达地区

东南地区主要包括上海市、江苏省、浙江省、福建省、广东省、海南省 ,是我国工农业生产发达、经济产值和人均收入增长幅度最快的地区之一 ,因此该地区对农村生活污水的治理开展得较早 ,目前已有较完善的农村污水处理机制 ,污水处理覆盖面较广 。

江苏、浙江和广东部分地区相对较早地开展了农村生活污水治理工作 ,目前已制定了初步的农村生活污水处理标准 ,并取得了一定的成效 。江苏省在2008年开展农村环境连片整治 ,目前苏南地区多采用生物+生态的污水处理技术 ,苏中地区多采用一体化工艺 ,苏北地区采用接触氧化/人工湿地生态塘组合工艺应用较多 。浙江省在2003年提出农村环境整治计划 ,并于2014年全面开展农村生活污水治理工作 。浙江省67个县(市、区)的农村污水处理设施以中小规模为主 ,约80%的设施采用了无动力厌氧+人工湿地处理技术 ,以村镇自管的模式为主 ,出水一般可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准 。珠江三角洲地区的大部分村落都有一定规模的工厂 ,产生的污水直接排入河中 ,直接影响农村居民的生产生活 。广州地区一共有1284个行政村7181个自然村 ,从2008年开始对无法纳入城镇污水处理系统的农村区域实施污水治理建设 ,截至2010年6月30日已完成281个行政村生活污水治理 ,但对于数量较多的自然村的治理还比较少 。

结合对东南地区农村污水处理研究的了解 ,针对污水处理工艺选择提出以下建议:江苏、浙江、上海和广东为代表的长三角、珠三角地区农村经济发达、人口密度大、土地资源紧张、水环境污染严重、水质性缺水问题突出 ,因此应选择处理效果好、占地面积小的好氧生物处理技术或采用生物生态相结合的方式 ,例如接触氧化/人工湿地生态塘 ,而福建和海南等经济欠发达地区的农村则应优先采用运行成本相对低的微动力或无动力处理技术 。

华北平原地区

华北平原一般包括北京市、天津市、河北省、山西省、山东省大部和河南省北部 ,是我国重要的工业地区 ,经济相对发达 。华北平原也是我国主要的农业区 ,农村耕地占全国的1/5 ,农村人口众多 ,每年会产生大量的污水 ,具有污染物浓度低、人均日产生量小于南方、污水排放量与收入水平有关的特点 。并且该地区水资源匾乏 ,所以提出合理的污水处理技术非常重要 。

目前华北地区建立了很多示范性工程 ,通州区位于北京郊区 ,属于典型的华北缺水地区 ,采用的工艺有3种 ,即BAAS微动力全生物污水处理工艺、微动力水处理技术和厌氧折流生物滤池—复合流人工湿地 ,经过长期运行验证可在我国北方大都市郊区农村推广应用 。对比几种常用的污水处理技术 ,结合山西南部地区的气候特征、水质特征、经济条件和给排水条件 ,得出结论:对于生活污水产生量小、污染物浓度低的地区可采用人工湿地、土地渗滤处理技术 ;太阳能驱动等污水处理技术适用于水量中等、出水要求较高的处理需求 ;A/0工艺等处理技术适用于经济条件较好、水量较大、污染物浓度较高的处理需求 。

除了对污水处理技术的研究外 ,华北地区也开始着重进行污水排放标准以及处理设施管理规范的制定 。2012年河北省在全省范围内推行以农村生活污水处理为重点的连片整治 ,2015年初颁布《农村生活污水排放标准》 ,确定11项主要控制指标及限值 ,提出应根据村庄所处区位、人口规模、聚集程度、地形地貌、排水特点及排放要求 ,结合当地经济承受能力等 ,采用适宜的污水收集和处理模式 ,为开展农村污水治理工作提供依据 。

东北高寒地区

东北地区气候条件为中温带和寒温带 ,四季分明 ,地形复杂 。与发达地区相比 ,经济相对落后 ,并且经济发展不平衡 ,农村生活污水具有水量偏少且水质变化大的特点 。由于我国污水处理起步较晚 ,在东北寒冷地区尚无成熟的污水处理示范工程 ,并且寒冷地区的污水处理还面对很多困难:(1)冬季低温导致一些污水处理技术不适用于该地区 ;(2)农村污水处理资金缺口巨大 ;(3)农村生活污水处理建设标准尚未明确建立 ,缺乏建设验收规范和长期运行效果的监测、监管体制 。

东北地区经济较落后 ,并且污水排放量小 ,所以以生态技术为主体的工艺比较适合该地区 ,但东北地区冬季气温偏低 ,导致人工湿地等生态处理工艺运行效果不佳 ,为了克服气温条件的影响 ,很多学者对此进行了改进 ,主要提出以下几种方案:(1)冬季气温低 ,水的黏度增大 ,扩散系数降低 ,导致氧传递速率下降 ,植物和微生物的代谢下降 ,有机颗粒积累 ,从而导致基质堵塞 ,影响人工湿地的处理效果 。可采用凹凸棒土与传统稳定塘相结合 ,在低温条件下出水可达到二级排放标准 。哈尔滨工业大学提出寒冷地区冬季人工湿地主要依靠填料对污染物进行降解 ,可以通过选择合适的填料解决人工湿地冬季运行效率低的问题 ,试验发现主体填料为沸石的人工湿地对于TN、TP在低温条件下仍可保持较好的去除率 。此外 ,基质填料的组成和配比对人工湿地稳定运行起到关键作用 ,验证人工湿地在寒冷地区采取改进措施后可以有效运行 。(2)冬季时人工湿地只作为储水池 ,不对污水进行处理 ,夏季再进行处理 。吉林地区采用潜流式人工湿地和表面流人工湿地串联的工艺对农村污水进行处理 ,冬季人工湿地用来储存污水 ,基本不出水 ,取得了较稳定的处理效果 。(3)改进湿地结构 。将人工湿地设计成双层构造 ,夏季依靠上层植物、微生物、基质的联合净化功能 ,冬季上层湿地充当保温层 ,依靠地下植物根系、基质吸附和微生物的代谢作用发挥净化效能 ;另外 ,可向湿地中投加高效低温功能菌 ,改善低温期活性物微生物群落 ,促进水体营养物质的良性循环 。经过运行验证 ,该系统可以在东北高寒地区全年运行 。(4)采取保温措施 。目前采用比较多的有植物覆盖、冰雪覆盖、薄膜法或温棚覆盖 。通过比较 ,薄膜保温法具有出水水质好、操作简单、成本低的优点 ,比较适合在我国北方地区推广应用 。(5)种植耐寒植物 。人工湿地多种植芦苇、香蒲、菱白和灯芯草等湿地植物 ,在冬季低温时 ,湿地植物易出现休眠现象 ,根系微生物代谢缓慢 ,导致湿地处理效率下降 。因此 ,如何选择适合冬季气候条件的植物、提高低温条件下人工湿地对水中污染物的处理效率也是人工湿地研究领域的一个重要内容 。

中南地形复杂地区

中南地区包括湖北、湖南、安徽和江西 ,该区域地形地貌复杂 ,包括山地、丘陵、岗地和平原等 。农村人口数量、村镇数量和人口密度均较大 ,很多行政村位于重要水系(如淮河、巢湖、鄱阳湖、洞庭湖等)流域 ,大量未经任何处理的农村生活污水直排 ,对水环境影响较大 。该地区经济总量在全国处于中等偏下水平 ,区域内经济发展不平衡 ,农民生活方式、水平差异较大 。

中南地区地形复杂 ,山地、丘陵较多 ,所以在设计污水处理系统时可以充分利用当地地形 。例如利用原有的陡坡地势 ,设计人工湿地结合厌氧和跌水接触氧化的复合处理工艺 ,出水水质优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B类排放标准 。中南地区除了山地较多 ,还集中了我国较大的淡水湖鄱阳湖和巢湖 。江西省从1991-2011年逐步推进新农村建设 ,采取了改水、改厕等措施 ,农村生活污染物排放量也随之增长 。同时 ,由于污水管网不齐全 ,很多污水、化粪池废水直接排入水体 ,导致鄱阳湖流域严重污染 。江西地区处于秦岭—淮河以南 ,冬季平均气温高于0℃ ,适合采用人工湿地技术 。

总的来说 ,中南地区可以秦岭—淮河为界划为秦岭以南和秦岭以北 ,河南和安徽北部属于秦岭以北 ,用水量较小且经济欠发达 。这些地区农村大部分采用旱厕或有家禽畜养 ,有利用厩肥施用农田和菜地的习惯 ,农村污水很少外排 ,排放的少量污水可考虑采用化粪池或厌氧生物膜反应池进行简单的处理 。秦岭—淮河以南农村多傍水而建 ,池塘往往成为受纳水体 。这些地区可利用现有的池塘采用多塘技术或者人工湿地系统 。

西北寒冷干旱地区

西北地区地形以高原、盆地和山地为主 ,冬季严寒而干燥 ,夏季高温 ,降水稀少 ,气温的日较差和年较差都很大 。该地区水资源匾乏 ,村民的用水量也较少 ,随着新农村建设的推进 ,自来水普及率增加 ,部分经济条件较好的村庄普及了马桶、淋浴等卫生设施 ,使得用水量不断增加 ,这直接导致农村排水量增大 。

西北地区的生态条件脆弱 ,一些传统生态技术并不容易推行 ,所以须要在传统生态处理技术的基础上进行改进 ,以适应当地的气候条件 ,例如在冬季采用植物覆盖和薄膜覆盖联合的保温方法 ,使其能够用于关中地区的农村污水处理 。研究对不同湿地植物进行了比较分析 ,提出可以多种植陆生木本植物作为湿地植物 。黑麦草虽为陆生植物 ,但环境适应性强、耐水、根系发达 ,具有作为湿地冬季植物的理论可行性 ,对黑麦草人工湿地冬季和春季处理效果进行调研发现 ,人工湿地在非结冰期 ,黑麦草系列人工湿地出水可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的二级标准 。

陕南地区虽然地处西北但又与西北地区的干旱不同 ,该地区水资源丰富 ,与南方地区相近 ,但气温仍偏低且经济较为落后 ,所以也不能直接照搬南方地区的工艺 。

西南山区

西南地区包括广西、云南、贵州、四川、西藏等地 ,地形复杂 ,以丘陵、山地、高原为主 ;气候类型多样 ,大部分地区属于亚热带、热带季风气候 。西南地区经济在全国处于中下水平 ,农村人口众多 。该地区也是我国少数民族聚集的地区 ,具有独特的人文风光使该区域成为旅游的热点区域 。因此 ,以农家乐为代表的旅游得到快速发展 ,与此同时农村生活用水总量也迅速增长 ,很多农村污水因为没有处理措施直接排入河流 ,对当地的生态环境造成极大的破坏 ,可见推行符合当地实际的污水处理措施刻不容缓 。

西南地区是农村水污染控制技术较为薄弱的地区 。目前 ,该地区农村污水治理主要集中在经济发达的村落和旅游业发达的村落 ,其他区域还未开展农村污水治理工作 。重庆市农村地区住户居住较为分散 ,地形差异大 ,经济水平不高 ,其生活污水具有水质、水量日变化系数和时变化系数均较大的特点 ,重庆大学三峡生态实验室提出了3种适合重庆市农村生活污水处理的经济适用技术 ,包括高效藻类塘、复合型人工湿地和净化沼气池—人工湿地技术 。这3种工艺都可以达到较好的去除效率 ,并且建设和运行费用比较低 ,比较适合重庆农村污水的处理 ,可以作为示范性工程运行推广 。

三峡库区因为受到长江三峡工程影响成为西南地区的一个特殊区域 ,三峡库区农业比重大 ,库区农村人口将近占总人口的90% ,农村污水是水体污染的重要来源 ,并且三峡库区生态脆弱 ,所以对农村生活污水的治理显得尤为迫切 。由于三峡库区的经济条件有限 ,因此在选取适合三峡库区农村生活污水处理技术时 ,应遵循处理成本低廉、处理效果稳定、技术操作简单的原则 ,例如厌氧生物接触池+跌水充氧接触氧化渠组合工艺、厌氧生物接触池跌水充氧+接触氧化渠表面流+潜流人工湿地2种工艺 ,经过8个月的运行监测 ,出水均达到了二级标准 ,气候和气温的变化对其影响不大 。

根据上述研究并结合西南地区污水处理现状 ,对西南地区农村污水处理技术的选择提出以下建议:广西、云南2地生态资源丰富 ,气候温暖 ,可以选择人工湿地系统 ;贵州地区地势陡峭 ,缺水少雨 ,可推广跌水式生态工艺 ;四川地区地形复杂 ,气候多样 ,经济基础条件参差不齐 ,应考虑将生态工艺与生物工艺联合使用 。总体而言 ,在经济条件较好的地区 ,铺设管网修建城镇集中式污水处理厂 ,在经济条件一般的地区采用厌氧与人工湿地的组合工艺 ,在无充足土地资源或排水要求较高的山区或景区可以采用微动力曝气的一体化设备 。