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有哪些农村分散污水处理技术

日期:2019-02-25/ 人气:

1.农村分散式日常污水的特点

我国长期的城乡二元结构导致在废水处理方面城乡之间差别显著:在城市,废水不但有完善的收集、处理工艺和设备,而且国家颁布系统的法律法规和要求加以控制;而占全国总面积近90%的广大农村,96%的村庄没有排水渠道和废水处理系统。未经处理的日常污水经过点源和非点源排放,将各类污染物带人河流,严重污染各类水源,导致出现了包括蓝藻水华等诸多生态环境麻烦。

农村日常污水主要为冲厕废水和洗衣、洗米、洗菜、洗澡污水。废水中主要是生活废料和人的排泄物,一般不含有毒物质,往往含有氮、磷等营养物质,还有大量的细菌、病毒和寄生虫卵。因生活习惯、生活方式、经济水平等不同农村日常污水的水质水量差异较大,废水有如下特点和麻烦:(1)废水分布较分散,涉及范围广、随机性强,防治十分困难,管网收集系统不健全,粗放型排放,基本没有废水处理设备;(2)农村用水量要求较低,废水流量小且变化系数大(3.5~5.0);(3)废水成分复杂,但各种污染物的浓度较低,废水可生化性较强。

由于农村生活污染源分散,不易集中,村镇居民环保意识差,加上经济水平相对落后,治理上也存在较大困难,所以,农村日常污水已成为影响水体环境质量的重要污染源。当前我国75%的天然和人工水体出现富营养化,而且这一趋势正在不断恶化中。

2.分散式废水处理的概念及其分类

当前, 我国主要研究的废水处理方式是集中式的废水处理, 对分散式废水处理的研究还不够深入, 我国对于分散式废水处理还没有一个很明确的概念, 还简单地停留在废水处理厂小型化这样一个认识阶段。现在较为被广大接受的方式是对废水进行就地处理、就地回用。

分散废水处理系统主要包括:

(1) 在线系统(Onsite system) 。从私人住宅排出的废水由于没有铺设大面积社区用的废水管道或缺乏一套集中处理设备, 经过自然系统或机械装置来收集、处理、排放或中水回用, 这种自然系统或机械装置即称在线系统。常用的在线系统包括化粪池(septic tank) 和沥滤场(leach fields) 。

(2) 群集系统(Cluster system)。群集系统是一种服务于两个或两个以上住户的废水收集和处理系统, 但其范围不超过整个社区。从几家住户排出的废水可以经过个体用户的化粪池或组合装置现场预处理后, 再经过低成本、非传统工艺的废水管运送到比集中式系统相对小的处理单元。分散废水处理系统就是这样一种在线系统或群集系统。

3.分散式废水处理工艺

3.1 分散式污水处理技术可以粗略地分为以下几类:

(1) 自然系统, 即利用土壤作为处理和处置的媒体, 包括土地利用、人工湿地、地下渗滤等。还有一些污泥处理系统, 如干沙床和泻湖。

(2) 集水系统, 即不使用传统的重力式废水管, 而代以轻质塑料管,其优点是埋深较浅、管接少、连接结构不复杂。常用的废水管道有压力式、真空式和小直径重力式。

(3) 传统的处理系统, 即结合生化和物化技术, 由池、泵、鼓风机和其他机械装置组成的系统, 其包括3种形式: 悬浮式生长, 固定式生长, 两者混合。这一类也包括对污泥的处理, 如消化、脱水和堆肥等。

(4) 膜工艺。国内对于分散式污水处理研究没有国外那么系统化, 较多的是对(建筑) 小区废水的处理, 而且技术仍然是传统办法的组合, 是城市废水处理厂的小型化。随着科学工艺的发展, 尤其是膜工艺的发展,废水处理设备实现了装置化、小型化, 使废水分散处理和回用得以实现。

由于前3种工艺比较落后, 所以膜工艺有着非常大的优点和巨大的发展潜力, 故这里着重介绍膜工艺。

3.2 膜工艺
  膜工艺主要包括污泥生物膜复合生物反应器、膜分离工艺和膜生物反应器。

3.2.1 活性污泥生物膜复合生物反应器系统

在曝气池中投加各种能提供微生物附着生长表面的载体, 利用载体容易截留和附着微生物量大的特点, 是曝气池中同时存在附着相和悬浮相生物, 充分发挥两者的优越性, 克服各自的缺陷和不足, 我们将这种反应器称之为复合生物反应器。复合是指反应器中同时存在悬浮相和附着相生物。

3.2.2 膜分离工艺

所有分离过程都是利用在某种环境中混合物中各组分性质的差异进行分离, 膜分离过程是以选择性透过膜为分离介质, 在两侧加以某种推动力时, 原料侧组分选择性地透过膜, 从而达到分离或提纯的目的。这种推动力可以是膜两侧的压力差、电位差或浓度差。根据其推动力分别可分为渗析(浓度差)、电渗析(电位差)、超滤(压力差)、纳滤(压力差)、反渗透(压力差)。膜分离的优点在于技术步骤短、占地少, 小型化系统放置场所不受限制;出水BOD、氮、磷和悬浮固体浓度很低, 不含细菌、病毒、寄生虫卵等, 出水符合三级处理要求, 可直接回收或补充地下水。同时可以查看中国废水处理工程网更多工艺文档。

(1) 反渗透。当用一个半透膜分离两种不同浓度的溶液时, 膜仅允许溶剂分子经过, 由于浓溶液中溶剂的化学势低于它在稀溶液中的化学势, 稀溶液中的溶剂分子会自发地透过半透膜向浓溶液中迁移。

(2) 纳滤。纳滤膜又称为超低压反渗透膜或疏松型反渗透膜, 其操作压力通常在1.0MPa 以下, 它对二价离子和分子量大于300mol的有机小分子的截留率较高。

(3) 超滤膜。超滤膜的结构多为非对称性膜, 有一层极薄( 通常只有0.1μm~1μm) 具有一定孔径的表皮层(活性层)和一层较厚(通常为125μm) 具有海绵状或指状结构的多孔层组成。活性层在传质过程中起真正选择性筛分作用, 基本上决定了膜的分离性能;支撑层只起活性层的载体作用, 基本上不影响膜的分离性能。

(4) 电渗析。电渗析是在外加电流电场作用下, 利用离子交换膜的选择透过性( 即阳膜只允许阳离子透过, 阴膜只允许阴离子透过) 使水中阴、阳离子做定向迁移,从而达到离子从水中分离的一种化学过程。

3.2.3 膜生物反应器

膜生物反应器(Membrane Bio- reactor, 简称MBR) 是由膜分离和生物处理组合而成的一种新型、高效的废水处理工艺。膜分离工艺最早利用于微生物发酵工业, 随着膜材料和制模工艺的发展, 其利用领域在不断扩大, 已经涉及化工、电子、轻工、纺织、冶金、食品和处理等多个领域。

MBR处理技术在日本、加拿大等许多国家已经得到较好的运用, 与传统的活性污泥处理技术相比, MBR 存在如下的优点: 可以使水力停留时间和污泥龄完全分开, 使运行控制更灵活, 稳定; 利于世代时间长的硝化细菌的增殖, 从而提高硝化效率;污泥浓度高, 从而传氧效率高达26%~60%左右,节约耗能;反应器内MLSS可高达15000mg/L~30000mg/L,

使装置处理容积负荷大, 减少占地, 也便于活性污泥法的改造; 膜生物反应器利用其高的MLSS, 可以保证有机负荷高峰期的出水水质, 且在低峰期污泥可以进行自身消化, 使剩余污泥比常规活性污泥法处理少50%~80%, 可减少剩余污泥的处置费用;膜生物反应器由于存在高浓度的MLSS, 硝化与反硝化同时存在, 具有很高的反硝化效果, 脱氮能力强。而在需要高效除磷时, 只需往废水中投加少量的明矾,因为膜能可行地分离这些不能沉淀的细小微絮凝体, 只要其粒径小于0.2μm即可。

4.国外分散式处理工艺利用现状及发展趋势

分散式处理工艺包括了废水的收集、处理、排放及回用。在废水收集方面,为实现废弃物的源头减量控制,需要改进传统的洗菜水、洗浴水与粪便混合的卫生设施,主要办法是减少粪便冲洗水或采用无水收集。瑞典已经逐步利用了尿液分离式卫生间,德国等国家也在进行真空无水收集系统的研究和推广,而印度则是经过分散雨水的收集与排放来减少混合废水量,并利用收集的雨水可行解决了缺水麻烦。

在废水处理方面,广大采用了自然土地处理法和生物-化学处理法。澳大利亚出现了一种Filter(非尔脱) 的高效、持续性的废水灌溉工艺。它先将废水用于作物灌溉,然后将经过灌溉土地处理后的水汇集到地下暗管排水系统中排出,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,一般用于大田作物。

美国是发展人工湿地最多的国家,有600多处人工湿地用于市政、工业和农业污水。在欧洲一些国家,如丹麦、德国、英国等至少有200 多人工湿地在运行,多用于对人口规模近千人的乡村级社区进行处理。韩国作为一个具有典型春旱气候的国家,发展了人工湿地与污水稳定塘相结合的土地处理工艺, 稳定塘储存用水可用于春旱的补充用水。可见,用人工湿地+ 稳定塘工艺进行废水处理和农业利用可以作为分散农村地区的保护水体和克服水短缺的一种办法。有废水需要处理的单位,也可以到废水宝项目服务平台咨询具备类似废水处理经验的企业。

厌氧消化工艺具有低造价、低运行费、能回收利用能源等特点,它在分散日常污水的处理中得到了越来越广大的研究与利用。近20 年来,发展了越来越多的高速处理设施和工艺, 如厌氧滤池(AF) ,升流式污泥床反应器(UASB),厌氧膨胀颗粒污泥床(EGSB) 等,荷兰、巴西、哥伦比亚、印度等国家已建成生产性UASB来处理日常污水,但厌氧工艺在低温下的利用仍然是研究的难点与热点。

在适合的技术基础上,一体化装置发展迅速。日本对其研究较早,至今已有40 多年的历史。当前,日本安装有800万个小型净化槽,服务人口约3600 万。净化槽是一种高效的一体化处理设备,主要采用厌氧滤池与接触曝气池、生物滤池或移动床接触滤池的结合技术,部分技术反应都在一个室内完成,各步骤用隔板隔开,出水加氯消毒。一些欧洲国家也根据自己特点开发了不同形式的一体化净化装置。在挪威,因为大部分人口分散在小村庄或小社区,一体化装置利用广大,开发了多种不同技术的装备。随着填料生产工艺的不断发展,生物膜工艺在一体化装置中利用迅速增多,生物膜法所需的设施简单,能源消耗低,成本和维护费用低,而处理废水的效率高,是今后发展的一个方向。

一些国家对分散式处理设备的出水水质从法规上提出一定标准,如芬兰即标准总BOD去除率90%,总磷去除率85%,总氮去除率40%,这使得户主必须承担起对处理设备进行清洁和维护的责任,而能为户主们提供工艺支持和服务的合作组织也广大发展起来。

5. 我国农村分散式处理工艺的利用与发展

在我国广大农村地区,普遍利用的分散式处理工艺为土地处理工艺和厌氧消化工艺。

5.1 土地处理工艺

土地处理工艺是一项造价低、运行费低、低能耗或无能耗、易于维护的废水处理工艺,研究和利用比较多的废水土地处理技术有快速渗滤处理系统、人工湿地处理系统和地下渗滤处理系统。其中,人工湿地兼具了生态效益、经济效益和美学效益,近年来对其研究与利用逐步升温。早在“七五”期间我国就开展了人工湿地的研究,当前该工艺在我国已发展到实用阶段。国内对湿地系统的研究热点集中在湿地污染物去除机理、湿地植物、湿地基质填料、湿地微生物种群和生态系统的研究等方面。但人工湿地占地面积大,且基质再处理及再利用工艺不成熟,所以在土地资源缺乏地区的利用受到限制。

5.2 厌氧消化工艺

厌氧消化工艺具有动力消耗少,环境污染少,沼渣沼液利用途径多,且能产生能源沼气等优点。近年来,我国大力推广了厌氧消化工艺在农村地区的使用。经过农业部国债项目的推行,截止至2005年底,全国户用沼气达到1807万户,养殖场的沼气工程3556处,年产沼气70亿m3 ,折合标煤500万t,在农业部发布的《全国农村沼气工程建设规划》上,计划到2010 年全国将有4000万农户用上沼气。国债沼气项目标准户用沼气“一池三改”,最大量的减少了传染源,切断了疫病传播途径,所以也是农村血吸虫防治的一项可行手段。

自上个世纪80年代开始,日常污水净化沼气池由农村能源部门向城镇的住宅楼、医院、学校等卫生配套建设中大力推广,住宅楼中每10~12户日常污水所产沼气可供其中1 户全年用气,所以可考虑由用气户承担净化沼气池的日常维护工作。日常污水净化沼气池20多年来一直采用二级厌氧消化加多级兼氧过滤的处理模式。当前,考虑到日常污水脱氮除磷的需求,国内有研究在技术上采用二级厌氧和一级好氧达到氮磷脱除效果。近年来,随着农村畜禽养殖户减少和农村劳动力的减少,同时集中养殖户的增多,国家及时调整政策,从2007年开始,将对养殖小区集中供气沼气工程和联户沼气工程予以资金支持,以推进人畜粪便、农作物秸秆、生活垃圾和废水的综合治理和转化,此举措必将在短期内使我国沼气工程的工艺得到快速的发展。

我国近几年经过私有资金和民营企业的参与,在一体化装置方面也有了快速的发展。如有环保公司与日本公司合作生产净化槽;也有自主开发出多种不同规模的一体化废水处理装置,如武汉的新天达美环保公司还开发了以风能带动曝气的一体化分散废水处理装置等。

6. 结语

为加速我国新农村的建设进程,保护农村生态环境,解决农村水污染麻烦势在必行。分散式废水处理模式是一种适合农村废水处理的好办法,我国宜借鉴国际经验,探索并改善各种分散型废水处理技术,并与当地的农业相结合,形成废水回用与再利用的生态农业模式,实现废水的无害化和资源化。

实际工作中应当在摸清不同类型村庄污染现状的基础上,根据环境污染特点,结合地方特征,从行政管理方面、资金方面、处理工艺等方面采取相应解决计划和对策。在经济发达地区,先进行新工艺试点,逐步将适合当地农村的废水处理及资源化工艺推广到其他地区。有条件的地区尽可能与当地科研院所相结合,充分利用其科研能力,研发最优的工艺、设备。

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