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淺析新技術(shù)突破：農(nóng)村生活污水處理技術(shù)

一、概述

水資源短缺和水污染嚴(yán)重地制約著我國國民經(jīng)濟(jì)的健康持續(xù)發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施滯后和管理水平低下抑制了農(nóng)村地區(qū)居民生活質(zhì)量的改善和提高，農(nóng)村地區(qū)的水環(huán)境治理應(yīng)成為我國環(huán)境綜合治理的重要組成部分。

(一)分類及定義、污水處理水平

污水處理一般劃分為初級(jí)處理、生化處理(二級(jí)處理)和深度處理(三級(jí)處理)三個(gè)處理水平。

初級(jí)處理是指通過格柵或沉淀池等除去部分懸浮固體和有機(jī)質(zhì)的過程。通過初級(jí)處理，懸浮物、生物化學(xué)需氧量(BOD)以及病菌一般可降低50％左右。在沉淀池中加入一些化學(xué)或微生物絮凝劑以及石灰等可加速懸浮物質(zhì)的沉淀(強(qiáng)化初級(jí)處理)。

傳統(tǒng)的二級(jí)污水處理一般采用生化技術(shù)。二級(jí)處理的目的是利用污泥中各種細(xì)菌或真菌的氧化作用破壞有機(jī)質(zhì)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步降?低污水中的BOD。如果采用厭氧處理技術(shù)，污泥中有機(jī)質(zhì)在厭氧菌作用下可產(chǎn)生沼氣。利用活性污泥技術(shù)的二級(jí)處理可使病菌數(shù)量降至10％。

三級(jí)處理是在二級(jí)處理的基礎(chǔ)上對(duì)污水進(jìn)行更高一級(jí)的處理過程。其處理方法主要包括投放化學(xué)絮凝劑、活性炭或交換樹脂、反滲透工藝以及各種殺菌處理技術(shù)。處理目的主要是除去污水中的碳水化合物、糖類、鹽分，以及對(duì)污水進(jìn)行消毒等。

污水處理技術(shù)的選用必須綜合考慮當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、污水來源及其處理后的用途。不同的污水來源以及處理后污水(再生水)的不同用途要求采用不同的處理水平和處理技術(shù)。農(nóng)村地區(qū)生活污水主要含有各種有機(jī)污染物以及病原菌等污染物，再生水主要用于各類作(植)物的灌溉用水、景觀或環(huán)境用水等方面。根據(jù)再生水的具體用途，確定污水需要處理的深度或水平。

2．生活污水處理系統(tǒng)

目前污水處理系統(tǒng)主要是根據(jù)污水處理水平的要求，采用一種或幾種處理技術(shù)或工藝聯(lián)合處理污水。按照污水處理技術(shù)的適用條件，農(nóng)村地區(qū)生活污水處理系統(tǒng)可分為集中處理和分散處理兩大類。

(1)集中處理系統(tǒng)。集中處理系統(tǒng)主要是指(小型化)污水處理廠、人工濕地系統(tǒng)或土地處理系統(tǒng)等，通過一系列的物理、化學(xué)以及生物措施減少污水中的污染物，從而達(dá)到污水凈化和資源化利用的目的。

(2)分散處理系統(tǒng)。分散處理系統(tǒng)是一個(gè)高度濃縮的微型化污水處理廠。它采用各種物理、化學(xué)或生物措施組合工藝，將各種處理技術(shù)高度集成在一個(gè)較小的空間范圍內(nèi)。隨著各種工藝和技術(shù)的發(fā)展，分散處理系統(tǒng)的產(chǎn)品種類和型號(hào)越來越多。

(二)投入和產(chǎn)出效益分析

1．工程投資

(1)集中處理系統(tǒng)的投資。污水處理費(fèi)用隨處理方法的不同而不同。污水處理廠的工程投資以及運(yùn)行費(fèi)用一般較高，人工濕地系統(tǒng)和土地處理系統(tǒng)的處理費(fèi)用相對(duì)較低。一級(jí)處理的基建費(fèi)為500元／立方米，傳統(tǒng)二級(jí)處理的建設(shè)投資一般為l000～2000元／立方米，污水處理成本約0．5～1．4元／立方米。污水深度處理的工程費(fèi)主要與要求的出水水質(zhì)有關(guān)。

人工濕地污水處理系統(tǒng)的工程投資和運(yùn)行費(fèi)一般分別為傳統(tǒng)二級(jí)處理工藝的1／3～2／3和1／6—1／3。人工濕地污水處理費(fèi)可降低至0．1元／立方米以下。

(2)分散處理系統(tǒng)的投資。哈爾濱工業(yè)大學(xué)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰旧a(chǎn)的生活污水納濾膜污水處理設(shè)備，每套售價(jià)7．2萬元。廈門藍(lán)博科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)的生活污水處理設(shè)備，運(yùn)行費(fèi)為o．5元／立方米左右。

2．效益分析

(1)經(jīng)濟(jì)效益。污水處理的直接經(jīng)濟(jì)效益與當(dāng)?shù)厮Y源的短缺程度密切相關(guān)。處理后的生活污水可作為灌溉水或其他用途使用，從而節(jié)約淡水資源。同時(shí)，農(nóng)村地區(qū)環(huán)境條件的改善可降低與污染有關(guān)疾病的傳播，減少由此引起的經(jīng)濟(jì)損失。

(2)能源效益。污水處理廠需要一定的能源消耗，如果采用厭氧分解工藝，將產(chǎn)生的沼氣收集發(fā)電可解決部分能源問題。人工濕地或土地處理系統(tǒng)一般不需要消耗能源或耗能極少。分散污水處理設(shè)施需要消耗一定的電能。

(3)環(huán)境效益。農(nóng)村生活污水處理的最直接效果就是環(huán)境條件的改善，特別是當(dāng)采用人工濕地處理技術(shù)時(shí)，通過居民區(qū)生態(tài)環(huán)境的綜合治理，可提高居民的生活環(huán)境質(zhì)量。

(4)社會(huì)效益。污水處理既可提高水資源的重復(fù)利用率、緩解水資源供需矛盾、促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，又可改善農(nóng)村地區(qū)的生態(tài)環(huán)境條件、緩解城市的人口壓力、促進(jìn)社會(huì)的和諧發(fā)展，對(duì)我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的健康持續(xù)發(fā)展具有積極的作用。

(三)我國技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀

我國污水處理設(shè)施始建于20世紀(jì)初期。自20世紀(jì)80年代以后，我國投入了大量的人力、物力開展水污染治理的研究工作，污水處理技術(shù)和處理設(shè)備也隨之逐步完善起來。為推動(dòng)環(huán)境保護(hù)和污染治理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，國家環(huán)境保護(hù)總局于2006年發(fā)布了《國家鼓勵(lì)發(fā)展的環(huán)境保護(hù)技術(shù)目錄》，將人工濕地等六種污水處理技術(shù)列為城鎮(zhèn)生活污水污染控制技術(shù)的重點(diǎn)扶持對(duì)象。

我國的污水處理技術(shù)基本上是以生化技術(shù)為主，傳統(tǒng)的活性污泥工藝及其各種改進(jìn)方法占主導(dǎo)地位?？傮w來講，目前我國污水處理技術(shù)的理論水平與發(fā)達(dá)國家基本處于同一檔次，但在新技術(shù)開發(fā)應(yīng)用以及綜合處理效果方面有較大的差距。

20世紀(jì)80年代以來，我國陸續(xù)興建了一大批污水處理廠。至2004年底，我國已建成708座污水處理廠，設(shè)計(jì)處理能力為4912萬立方米／天。但由于這些設(shè)施主要針對(duì)大中城市，縣城一級(jí)的污水處理率僅有11．2％。除經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)外，我國農(nóng)村地區(qū)的污水處理率基本為零。

近幾年已完成了10余項(xiàng)人工濕地污水處理工程，對(duì)農(nóng)村居民區(qū)生活污水以及河道湖泊環(huán)境進(jìn)行綜合治理。土地處理系統(tǒng)目前在國內(nèi)的應(yīng)用不多。

我國分散污水處理設(shè)備近些年來得到了較快的發(fā)展，適用于生活污水處理的各種型號(hào)和工藝的處理設(shè)備已投放市場。

(四)國外發(fā)展情況

從理論上講，污水處理技術(shù)的發(fā)展目前已趨于成熟，并處于大規(guī)模的應(yīng)用階段。至20世紀(jì)70年代，發(fā)達(dá)國家已基本普及了污水的二級(jí)處理。

1．發(fā)展過程和現(xiàn)狀

污水處理技術(shù)的發(fā)展過程基本上經(jīng)歷了初期、發(fā)展和提高三個(gè)階段。為了阻斷傳染源，人們最初對(duì)飲用水僅采用自然沉淀等方法進(jìn)行處理。

19世紀(jì)末至20世紀(jì)70年代，工業(yè)革命以及城市化快速發(fā)展，污水?dāng)?shù)量迅速增大，因水污染而引發(fā)的重大公共事件時(shí)有發(fā)生，簡單處理過程已不能滿足水質(zhì)要求，生物處理技術(shù)、生物膜法、離子交換法、電化學(xué)法以及各種膜處理法等相繼問世，污水處理技術(shù)體系逐步建立和成熟。目前所使用的處理技術(shù)和工藝大部分都是在此階段發(fā)展起來的。

20世紀(jì)70年代以后，隨著點(diǎn)源污染治理的完善，水污染治理的重點(diǎn)逐步轉(zhuǎn)向面源污染的治理。改進(jìn)型的厭氧生物處理技術(shù)、厭氧好氧聯(lián)合處理工藝、脫氮除磷技術(shù)、由各種混合工藝組成的三級(jí)處理系統(tǒng)以及以生態(tài)學(xué)理論為基礎(chǔ)的各種土地處理系統(tǒng)等迅速發(fā)展，污水處理技術(shù)逐步向綜合化和低能高效方向發(fā)展。

2．發(fā)展趨勢

高效低能和環(huán)境友好型處理工藝是污水處理技術(shù)發(fā)展的主要趨勢。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，生物處理技術(shù)與其他技術(shù)的組合工藝如生物一活性炭工藝(或膜反應(yīng)器)等是污水處理技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一。傳統(tǒng)厭氧好氧技術(shù)的改進(jìn)型處理工藝在污水處理技術(shù)中仍將占據(jù)重要位置。各種高新技術(shù)如膜分離處理技術(shù)(反滲透、超濾、微濾、納濾、離子交換膜、電滲析等)以及微波、超聲波、紫外線和光催化等技術(shù)在污水深度處理中將起重要的作用。

二、主要技術(shù)

1．技術(shù)路線

污水處理廠是目前集中處理污水的主要方式之一。

人工濕地污水處理技術(shù)通過物理過濾、生物降解和植物截留等作用機(jī)理除去有機(jī)質(zhì)，并通過水生植物與微生物的協(xié)同作用除去N和P，特別適用于生活污水、河道和自然湖泊水系的處理與回用等。

2．主要技術(shù)環(huán)節(jié)

(1)關(guān)鍵部件和設(shè)備。在給定污染物負(fù)荷(單位時(shí)間單位面積上輸入的污染物數(shù)量)和水力負(fù)荷(水力停留時(shí)間)條件下，影響二級(jí)污水處理出水質(zhì)量的關(guān)鍵因素是微生物細(xì)菌對(duì)有機(jī)污染物降解的有效性。不論是厭氧處理還是好氧處理，良好的菌種及其生存環(huán)境影響微生物的降解效果。三級(jí)處理主要與所選擇的深度處理技術(shù)有關(guān)。土壤質(zhì)地及水文地質(zhì)條件影響土地處理系統(tǒng)的處理效果。填料和植被性質(zhì)以及氣溫等因素影響人工濕地處理系統(tǒng)的處理效果。

(2)主要性能參數(shù)。污水處理廠的出水質(zhì)量一般按《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GBl8918—2002)一級(jí)A設(shè)計(jì)，人工濕地處理系統(tǒng)按《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》(GB／T18921—2002)、《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—1996)Ⅳ類或《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978一1996)中的城鎮(zhèn)二級(jí)污水處理廠一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。潛流式濕地系統(tǒng)的一般水力負(fù)荷為2～15厘米／天。生活污水經(jīng)濕地系統(tǒng)處理后其出水BOD5(5日生物化學(xué)需氧量)<10毫克／升。

(3)推廣中需要注意的事項(xiàng)。污水處理廠占地面積大，一次性投資高，污泥處理困難。人工濕地將污水處理工程與生態(tài)環(huán)境綜合治理有機(jī)地結(jié)合起來，且工程投資和運(yùn)行成本低，出水水質(zhì)穩(wěn)定，易于管理和維護(hù)，是一種較為適宜我國農(nóng)村地區(qū)的污水處理技術(shù)。

(4)應(yīng)用情況。集中污水處理系統(tǒng)一般自動(dòng)化程度高、便于管理，出水水質(zhì)好且穩(wěn)定，滿足國家的排放要求。除土地處理方式外，各種集中污水處理方式在國內(nèi)都有較多的工程實(shí)例，已積累了一定的建設(shè)和管理經(jīng)驗(yàn)。

(二)分散處理系統(tǒng)

1．技術(shù)路線

與集中處理系統(tǒng)相比，分散污水處理系統(tǒng)較多地采用了一些高新技術(shù)，從而使得污水處理設(shè)備的體積相對(duì)較小。圖9—3顯示了重慶市利迪現(xiàn)代水技術(shù)設(shè)備有限公司生產(chǎn)的生物反應(yīng)器小型生活污水處理設(shè)備工藝流程。

2．主要技術(shù)環(huán)節(jié)

(1)關(guān)鍵部件和設(shè)備。分散污水處理系統(tǒng)的關(guān)鍵部件是設(shè)備采用的具體處理技術(shù)及工藝，系統(tǒng)處理效率的高低和出水水質(zhì)的穩(wěn)定性主要由其關(guān)鍵組件如(生物)膜和活性炭的性能決定。

(2)主要性能參數(shù)。分散污水處理系統(tǒng)的性能參數(shù)一般按《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978—1996)中的城鎮(zhèn)二級(jí)污水處理廠一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

(3)推廣中需要注意的事項(xiàng)。目前分散污水處理設(shè)備的價(jià)格相對(duì)較高，較適合于小型企事業(yè)單位、餐館和經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)的農(nóng)村小型居民點(diǎn)使用。推廣時(shí)應(yīng)考慮居民的經(jīng)濟(jì)承受能力、設(shè)備耐久性以及電力供應(yīng)等問題。

(4)主要產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用情況。我國目前已能生產(chǎn)0．5～500立方米／天處理能力的多品種污水處理設(shè)備，生活污水(BODs≈200毫克／升)經(jīng)處理后的出水BOD5一般小于20毫克／升。產(chǎn)品體積小、處理效率高、出水水質(zhì)穩(wěn)定、自動(dòng)化程度高、運(yùn)行管理方便，但單價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用較高。

三、適宜推廣情況分析

污水處理技術(shù)和工藝較多，根據(jù)自然條件和經(jīng)濟(jì)狀況選擇適宜于本地區(qū)的最佳處理工藝才能取得最大的投資效益。

對(duì)于人口較集中的經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)，宜采用污水處理廠；對(duì)于人口較集中的經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，宜采用人工濕地處理技術(shù)；對(duì)于有經(jīng)濟(jì)能力的小型居民點(diǎn)或獨(dú)立單位可采用分散處理設(shè)施；對(duì)于欠發(fā)達(dá)地區(qū)的小型居民點(diǎn)可采用土地處理技術(shù)或小型人工濕地技術(shù)。

寒冷地區(qū)應(yīng)偏重于采用物理化學(xué)處理技術(shù)，一般地區(qū)則可采用生物技術(shù)。山區(qū)居民可利用地勢條件采用無壓自流工藝，平原地區(qū)可利用坑洼地帶以減少土地占用和能源消費(fèi)。電力不足地區(qū)宜采用人工濕地處理系統(tǒng)。

我國農(nóng)村水污染的治理工作應(yīng)首先從人口集中且經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的地區(qū)開始。經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)一般人口較為密集、污染較為嚴(yán)重，同時(shí)居民也有經(jīng)濟(jì)實(shí)力建設(shè)污水處理工程，污水治理工作易于推廣、見效快且環(huán)境和社會(huì)效益顯著。通過同步的給排水管網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，加速農(nóng)村城鎮(zhèn)化步伐，促進(jìn)農(nóng)村居民生活水平的提高。通過示范作用以及工程建設(shè)和管理經(jīng)驗(yàn)的積累，為其他地區(qū)污水治理工作的推廣奠定基礎(chǔ)。

來源：慧聰水工業(yè)網(wǎng)