湘潭市地埋式一體化生活污水處理設備

湘潭市地埋式一體化生活污水處理設備

農(nóng)村生活污水處理技術(shù)

一、 技術(shù)背景

　　十六屆五中全會，*提出了建設社會主義新農(nóng)村的建議；2006年*1號文件明確提出了新農(nóng)村建設的總體要求：生產(chǎn)發(fā)展、生活寬裕、鄉(xiāng)風文明、村容整潔、管理民主。2007年*農(nóng)村工作會議明確提出“發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，加快社會主義新農(nóng)村建設”，社會主義新農(nóng)村建設已經(jīng)成為我國一項重大歷史任務和當前政府工作的重點之一，是一項全局性的工作，其實質(zhì)是要以新農(nóng)村建設為統(tǒng)領(lǐng)來加快我國三農(nóng)問題的解決，實現(xiàn)我國社會、經(jīng)濟和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。另一方面, 城鎮(zhèn)化發(fā)展也是我國社會、經(jīng)濟發(fā)展的一個必然趨勢和時代特在。我國也正處在城鎮(zhèn)化發(fā)展的關(guān)鍵時期。由于，人口、資源與環(huán)境方面的巨大壓力，我國特大城市、大城市的城市化規(guī)模已經(jīng)接近極限，發(fā)展中小城市，尤其是小集鎮(zhèn)的建設是我國城鎮(zhèn)化發(fā)展的必然選擇。然而，在新農(nóng)村建設和城鎮(zhèn)化發(fā)展過程中，我國村鎮(zhèn)社會經(jīng)濟發(fā)展面臨資源和環(huán)境等方面的眾多嚴峻挑戰(zhàn)。在生態(tài)環(huán)境方面主要表現(xiàn)在：生態(tài)破壞、環(huán)境退化和環(huán)境污染及環(huán)保基礎(chǔ)設施缺失等。嚴重影響我國農(nóng)業(yè)和村鎮(zhèn)的可持續(xù)發(fā)展。

　　水環(huán)境是上海農(nóng)村的主要特色。因此水環(huán)境問題成為我國上海農(nóng)村生態(tài)與環(huán)境保護的關(guān)鍵問題之一，對于維持農(nóng)村區(qū)域生態(tài)平衡和生態(tài)環(huán)境健康，推動農(nóng)村社會、經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。農(nóng)村水環(huán)境是指人群集中居住的農(nóng)村內(nèi)部和周邊自然和人工水體，包括自然河流，人工水渠，自然池塘和湖泊及人工池塘和湖畔等。由于居住人口密度較高，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)較為集中，排水和水處理等基礎(chǔ)設施缺乏，所產(chǎn)生的大量生活污水、生產(chǎn)廢水都直接排入水體。同時村落周圍都是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)集中的區(qū)域，所產(chǎn)生的面源污染也通過暴雨徑流匯入水體。造成農(nóng)村水環(huán)境的嚴重污染。而農(nóng)村水體通常較小，環(huán)境容量有限，在*的污染下，已經(jīng)基本喪失了自凈功能，水體的其他功能也喪失怠盡，成為“污水溝”或“污水塘”。這一現(xiàn)象的普遍存在，已經(jīng)造成嚴重的區(qū)域水環(huán)境問題，嚴重影響村鎮(zhèn)環(huán)境健康和生態(tài)景觀及村鎮(zhèn)的社會經(jīng)濟發(fā)展，成為社會主義新農(nóng)村建設和城鎮(zhèn)化發(fā)展過程中必須優(yōu)先加以解決的環(huán)境問題。

　　近年來，隨著新農(nóng)村建設的深入開展，通過實施優(yōu)美鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設和舊村改造與村莊整治工程，我國部分地區(qū)的村鎮(zhèn)基礎(chǔ)設施建設和環(huán)境面貌發(fā)生了很大變化。與此同時，農(nóng)村生活污水排放無序、破壞環(huán)境的問題越來越引起廣泛關(guān)注。但*以來農(nóng)村污水收集處理系統(tǒng)不完善，污水收集率和處理率低，嚴重影響當?shù)厮h(huán)境和整體環(huán)境的面貌，并危害城市供水的安全。

　　目前農(nóng)村水環(huán)境現(xiàn)狀有幾個特點：

　　*、缺乏污水收集和處理設施，污水直排。我國95%以上村莊和90%以上的小集鎮(zhèn)都沒有完善的污水收集和處理設施，產(chǎn)生的生活污水和部分工業(yè)廢水，幾乎是未經(jīng)任何處理直接排入村鎮(zhèn)的水體（河道、池塘、地下水等），造成村鎮(zhèn)水體的嚴重污染。

　　第二、水體污染嚴重。由于污水*直接排入水體，加之村鎮(zhèn)水體通常較小，在江南地區(qū)水體的流動性也較小，環(huán)境容量十分有限，造成的結(jié)果就是不但水體喪失了應有的功能，而其還嚴重破壞了村鎮(zhèn)的整體環(huán)境和景觀。黑臭河道、池塘和富營養(yǎng)化的湖泊已成為昔日環(huán)境優(yōu)美的江南水鄉(xiāng)的普遍現(xiàn)象。

　　第三、水環(huán)境污染和破壞還會產(chǎn)生連帶污染效應，影響健康。研究表明，許多疾病的發(fā)生都是與水環(huán)境休戚相關(guān)的。水體污染有可能促進一些惡性疾病的發(fā)生。

　　第四、缺乏有針對性的*適用污水處理技術(shù)。由于村鎮(zhèn)污水具有排水量小兒分散、水質(zhì)波動比較大等特點，以及與城市相比，村鎮(zhèn)在社會、經(jīng)濟和技術(shù)等條件上的差異，在村鎮(zhèn)污水處理上不宜采用較為成熟的城市污水工藝，而一些所謂的生態(tài)型工藝往往不能滿足處理要求，或缺乏實施的條件（如土地資源）。而應采用一些工藝簡潔、處理效果好，占地省、能耗低、運行管理簡便、二次污染少的*適用技術(shù)，采用分散式方式進行處理。

　　從技術(shù)層面上來講，造成我國農(nóng)村污水的處理率非常低的另外一個原因就是缺乏*實用的處理工藝，國家環(huán)境保護領(lǐng)域“十五”計劃和“十一五”規(guī)劃都將開發(fā)因地制宜的小規(guī)模廢水處理與資源化技術(shù)與工藝作為重點研究領(lǐng)域。盡管城市生活污水二級生物處理技術(shù)發(fā)展比較完善，但目前很難普及應用于村鎮(zhèn)生活污水的治理，這主要是因為城市污水處理廠投資高，而且在建成后運行費用較大，對于一個日處理量為1萬噸的城市生活污水處理廠，投資約在1500-2000萬元左右(不含收集管網(wǎng))，年運行費用約為150-200萬元，因此村鎮(zhèn)生活污水處理廠即使建成，高額運行費也限制了其作用的發(fā)揮。此外，我國村鎮(zhèn)技術(shù)力量還比較薄弱，很難滿足常規(guī)城市生活污水處理廠的技術(shù)要求。

　　即使是在歐美等發(fā)達國家，針對鄉(xiāng)村污水分散處理，現(xiàn)在也很少采用較復雜的二級生物處理技術(shù)，而通常采用一些相對簡單的生態(tài)化污水處理技術(shù)，包括人工濕地、氧化塘、土地處理系統(tǒng)等。但應用這些生態(tài)化技術(shù)處理污水，通常要在一定的條件下才能取得穩(wěn)定的處理效果和維持系統(tǒng)的*正常運行，如較低的水力負荷和有機負荷及較長的HRT，這就要求有較大的可以利用的場地。而歐美的發(fā)達國家鄉(xiāng)村的人口密度低，有大量可以利用的土地資源，同時人均用水量較高（可達200-300 L/d），產(chǎn)生的污水濃度也較低，懸浮顆粒物較少。這樣就有條件在設計利用這些技術(shù)來處理村鎮(zhèn)污水時，采用很低的水力負荷和污染負荷來保證系統(tǒng)的處理效果和正常運行。如在法國常常采用二級或三級組合人工濕地來處理鄉(xiāng)村污水，這樣既可以使處理出水達到一個較高的標準，有可以保證系統(tǒng)的*正常運行（有的系統(tǒng)已經(jīng)正常運行20年以上）。盡管這些生態(tài)化污水處理技術(shù)在歐美等發(fā)達國家處理鄉(xiāng)村污水上取得了很好的效果，并且具有比較成熟的經(jīng)驗，但由于應用的具體條件上的差異，使得我國很難直接利用這些技術(shù)來處理村鎮(zhèn)污水。*，我國人口密度高，土地資源緊缺，除部分西部地區(qū)以外，在華東、華南、華中及華北等地區(qū)，很難采用這些占地面積很大的技術(shù)。第二，我國村鎮(zhèn)的人均用水量50－100 L/d，較城市地區(qū)人均用水量150-200 L/d偏低，產(chǎn)生的污水濃度高，懸浮顆粒物多，經(jīng)常導致人工濕地系統(tǒng)堵塞，影響出水處理效果，甚至導致整個處理系統(tǒng)癱瘓。第三，由于鄉(xiāng)村經(jīng)濟的發(fā)展，我國鄉(xiāng)村所產(chǎn)生的污水不僅僅是生活污水，常常包括部分工業(yè)廢水，這必然增加污水污染負荷，而在我國大部分村鎮(zhèn)，在目前階段很難實行分流制排水系統(tǒng)。以上現(xiàn)實條件限制這些技術(shù)在我國的直接應用，但可以對其進行改進，將其作為一種后續(xù)處理技術(shù)，與其他*處理技術(shù)優(yōu)化組合。如高通量潛流人工濕地被可以設計為其他處理技術(shù)的后續(xù)處理工藝，由于其進水COD及SS等濃度已大大降低，這樣就基本解決了濾床堵塞問題，同時也為提高水力負荷提供了可能。同時通過增大填料的粒徑，一方面達到保證濾床不堵塞的目標，另一方面，可以大大提高水力負荷，減少占地面積。另外通過選擇功能性脫氮除磷填料，分段配置，達到分別去除有機物、氨氮和溶解性磷的目的，從而提高人工濕地的脫氮除磷效率，提高出水水質(zhì)。

　　目前，針對村鎮(zhèn)污水（每天10m3-2000m3排水量）分散式處理，國內(nèi)外主要采用三大類技術(shù)和工藝。一類是借鑒城市污水處理廠二級生化處理的成功經(jīng)驗，將一些傳統(tǒng)的城市污水處理廠二級生化處理工藝小型化，應用于村鎮(zhèn)分散式污水處理。如SBR、氧化溝、A/O，甚至A2/O，甚至MBR等等。僅從技術(shù)的角度來講，這些技術(shù)和工藝都比較成熟，可以滿足污水處理的要求。但是，這些技術(shù)和工藝通常都比較復雜，需要的設備也比較多。因此，投資相對較大、系統(tǒng)維護管理較為復雜、能耗及運行管理費用高，并且還可能產(chǎn)生一些二次污染問題。這樣的處理系統(tǒng)與我國村鎮(zhèn)社會經(jīng)濟的實際情況很不適應。其結(jié)果是化了大量投資，建成的污水處理廠（站），也因為高昂的運行費用、缺乏正常的維護管理（沒有相應的技術(shù)力量）等原因而處于非正常運行或停止運行的狀態(tài)，根本沒有起到處理污水，保護水環(huán)境的作用。即使是在歐美等發(fā)達國家，這種情況也很普遍。

　　第二類是采用一些相對簡單的生態(tài)化污水處理技術(shù)，包括人工濕地、氧化塘、土地處理系統(tǒng)等。這類技術(shù)的優(yōu)點是工藝簡單、投資小、低能耗、維護簡便、環(huán)境友好等，缺點是處理效率較低，通常要在一定的條件下才能取得穩(wěn)定的處理效果和維持系統(tǒng)的*正常運行，如較低的水力負荷和有機負荷及較長的HRT，這就要求有較大的可以利用的場地。以下列舉幾種常用的技術(shù)。

　　土壤滲濾系統(tǒng)主要可用于水量較小（<20m3/天）的農(nóng)村污水處理，它主要基于自然生態(tài)原理，通過將污水有控制地投配到土壤中，利用物理、化學、微生物的降解和植物的吸收利用使污染物得到處理和凈化。該技術(shù)對懸浮物、有機物、氨氮、總磷和大腸桿菌的去除率均較高, 一般可達70%～90%, 而且基建投資少、運行費用低、維護簡便, 整個系統(tǒng)埋在地下, 不會散發(fā)臭味, 能保證冬季較穩(wěn)定的運行, 便于污水的就地處理和回用。但是，該系統(tǒng)地處理效率很低，水力負荷通常小于0.04m/天，這就需要很大的單位土地面積。在上海地區(qū)的農(nóng)村污水處理工程中，通常要求每戶10m2或每立方米污水30m2的占地面積。即使農(nóng)村地區(qū)，也沒有這么多土地資源可供利用。另一方面，由于村鎮(zhèn)的人均用水量50－100L/d，較城市地區(qū)人均用水量150-200L/d偏低，產(chǎn)生的污水濃度高，懸浮顆粒物多，經(jīng)常導致滲濾系統(tǒng)堵塞，影響出水處理效果，甚至導致整個處理系統(tǒng)癱瘓。

　　人工濕地是一種具有較廣泛應用的污水處理新技術(shù)，其特點是出水水質(zhì)好、具有較強的氮磷處理能力、運行維護方便、管理簡單、投資及運行費用低，比較適合于資金少、能源短缺和技術(shù)人才缺乏的中小城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村。但同土壤滲濾系統(tǒng)相似，傳統(tǒng)的人工濕地技術(shù)也存在處理效率較低、占地面積過大、容易堵塞造成系統(tǒng)癱瘓等缺點。但是，接合我國村鎮(zhèn)的具體情況，可以通過對人工濕地結(jié)構(gòu)和填料系統(tǒng)進行改進，形成高通量人工濕地技術(shù)，將其與其他*處理技術(shù)優(yōu)化組合，作為一種后續(xù)處理技術(shù)，這樣既可以克服人工濕地系統(tǒng)易堵塞占地面積大等固有缺點，保證系統(tǒng)正常運行，又可以提高出水水質(zhì)，同時還可以美化環(huán)境。

　　氧化塘（包括藻類塘和植物塘）技術(shù)也有類似的缺點和不足，在我國村鎮(zhèn)目前的社會經(jīng)濟條件下，單獨使用很難取得滿意的效果。

　　第三類是厭氧處理技術(shù)，與傳統(tǒng)的好氧生物技術(shù)相比厭氧生物處理技術(shù)具有工藝簡單、能耗低、產(chǎn)泥量小、營養(yǎng)需求少、對水源的適應范圍廣等優(yōu)點，因而厭氧技術(shù)受到了廣泛的重視。以厭氧反應器為主的厭氧處理系統(tǒng)是一種低成本的廢水處理技術(shù)，同時又能回收利用能源。包括我國在內(nèi)的大多數(shù)發(fā)展中國家都面臨嚴重的環(huán)境問題，且能源短缺、資金不足，需要既有效、簡單而費用低廉的技術(shù)，因此厭氧生物技術(shù)特別適合我國國情。對于農(nóng)村生活污水處理來說，可以把人、畜糞便，農(nóng)作物秸稈、雜草、樹葉和農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)的有機廢水等加入到厭氧沼氣池內(nèi)與生活污水同時進行厭氧處理，產(chǎn)生的沼氣可以用作浴室和家庭用炊能源。污水厭氧產(chǎn)沼氣技術(shù)已在我國一些地方得到了有效推廣和使用。但是，單獨的厭氧污水處理技術(shù)還不能使處理出水滿足排水的要求，必須在經(jīng)過必要的后續(xù)處理的才能達到排放標準。因此，對我國村鎮(zhèn)污水處理而言，在一些有條件的村鎮(zhèn)，尤其是那些既有生活污水污染，又有工業(yè)或養(yǎng)殖廢水污染的村鎮(zhèn)，將厭氧生物處理作為一項前處理技術(shù)是一個很好的選擇。

　　此外，發(fā)展集預處理、二級處理和深度處理于一體的中小型污水處理一體化裝置，是國內(nèi)外污水分散處理發(fā)展的一種趨勢，在農(nóng)村生活污水處理中具有廣闊的應用前景。日本研究的一體化裝置主要采用厭氧-好氧-二沉池組合工藝，兼具降解有機物和脫氮的功能, 其出水BOD5<20mg/L、TN<20mg/L。近年來開發(fā)的膜處理技術(shù)，可對BOD5和TN 進行深度處理。歐洲許多國家開發(fā)了以SBR、移動床生物膜反應器、生物轉(zhuǎn)盤和滴濾池技術(shù)為主, 結(jié)合化學除磷的小型污水處理集成裝置。但這類一體化裝置同樣也存在能耗較高、運行管理較復雜等問題，同時其適用范圍（處理規(guī)模）還有待于進一步拓展。

　　上海交通大學是我國歷史悠久的高等學府之一，是*與上海市共建的全國重點大學和“211工程”、“985工程”的*建設高校。上海交通大學農(nóng)業(yè)與生物學院邱江平教授研究團隊，在上海市各級政府全面推進社會主義新農(nóng)村建設之際，結(jié)合上海市科學技術(shù)委員會相關(guān)重大科研項目，通過近年來的研究、應用和改進，形成了一系列適合于村鎮(zhèn)污水分散式處理的技術(shù)和工藝并申請了相關(guān)。

二、 技術(shù)工藝

（一）技術(shù)

　　1.組合式復合生物濾池（交大濾池）

　　新型組合式復合生物濾池反應器（交大濾池）是上海交通大學研究開發(fā)的一項污水處理新技術(shù)（已申請國家發(fā)明，200610025392.2），新型復合生物濾池反應器由于采用了特殊的組合式結(jié)構(gòu)設計和復合濾料，不僅克服了傳統(tǒng)生物濾池易堵塞等缺點，還*地提高了反應器的處理效率和穩(wěn)定性，具有處理效果好，處理效率高（反應器處理負荷可達2kgCOD/m3 d），結(jié)構(gòu)簡潔，建造成本低廉，占地省,低能耗（僅水力提升，無其他能耗），操作管理簡便，運行費用低（小于0.15元/ m3）等多方面的優(yōu)點，同時反應器還具有一定的脫氮除磷能力，并且耐沖擊負荷。因此，特別適合于具有水量較小、水質(zhì)水量日變化較大等特點村鎮(zhèn)污水處理。處理出水水質(zhì)可達到*B(GB18918-2002)標準，可回用于農(nóng)田灌溉或綠化。由此可見，將此項技術(shù)用于我國村鎮(zhèn)污水分散式處理具有明顯的優(yōu)勢。

　　2.復合厭氧技術(shù)

　　利用多種厭氧微生物的生理生態(tài)作用特性相互依賴和協(xié)調(diào)作用組成的微生態(tài)系統(tǒng)實現(xiàn)對生活污水中污染物的無害化。合理的厭氧池結(jié)構(gòu)、污水回流比，優(yōu)質(zhì)的填料增強了系統(tǒng)的微生物截留能力，保障了系統(tǒng)良好的水力混合條件，從而使復合厭氧池具有高效的污水處理能力。具有工藝簡單、能耗低、產(chǎn)泥量小、營養(yǎng)需求少、對水源的適應范圍廣等優(yōu)點。

　　3.高負荷人工濕地技術(shù)

　　通過精選填料和優(yōu)化結(jié)構(gòu)，大大提高了人工濕地的水力負荷，污水進入到人工濕地內(nèi)，通過填料－土壤－植物系統(tǒng)在物理、化學和生物綜合作下有效去除有機物、氮和磷。工藝簡單，維護方便。

　　4.除磷濾池填料和人工濕地填料

　　除磷主要依靠脫磷型濾料和濕地填料的吸附作用及化學沉淀作用。新型除磷填料主要成分為粉煤灰、生石灰、磷石膏等，對磷有較強的吸附能力且富含鈣鎂，其吸附容量為5.5mgP/g填料，經(jīng)計算，每座工程所采用的填料量可使用15～16年，考慮到實際應用與理論計算的差距，建議每10年對工程所使用的濾料和濕地填料進行一次再生或更新。

（二）工藝

　　以具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型組合式復合生物濾池反應器技術(shù)、高通量人工濕地技術(shù)、復合厭氧技術(shù)為核心，并采用高效率的除磷填料，形成的優(yōu)化組合工藝，可以為解決我國村鎮(zhèn)污水處理和資源化利用問題提供了一套*適用的解決方案，對于村鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境保護具有重要的現(xiàn)實意義，具有重要的推廣應用價值。