北方地区农村污水处理技术探索★

杨 瑞 李立军

(1.延安大学建筑工程学院，陕西 延安 716000； 2.西安星航市政设计研究院有限公司，陕西 西安 710100)



北方地区农村污水处理技术探索★

杨 瑞1李立军2

(1.延安大学建筑工程学院，陕西 延安 716000； 2.西安星航市政设计研究院有限公司，陕西 西安 710100)

结合北方农村水资源严重短缺的实际情况，考虑到北方地区村民居住分散、铺设管网造价高、冬季气温偏低等主要影响因素，提出了厌氧沼气池、潜流式人工湿地、地下土壤渗滤、蚯蚓生物滤池、高效藻类塘等五种适宜北方农村污水处理技术，以期为北方农村污水处理提供依据。

北方地区，农村污水，沼气池，人工湿地

1 概述

我国农村每年产生生活污水约80多亿吨[1]，截止2012年，全国58万个自然村中分散式污水处理率也仅达8%[2]，农村分散式污水处理显得尤为重要。我国北方地区受自然环境、经济发展、技术要求等条件制约，农村分散式污水基本未经处理直接排放至水体，严重污染了河流、湖泊及土壤。如何克服管网造价高、冬季气温偏低等首要因素的制约，是解决北方地区农村污水处理技术的关键性问题。笔者依据北方地区的实际情况，提出以下几种绿色、高效、节能的农村污水处理适宜技术。

2 北方农村分散式污水处理适宜技术

2.1 厌氧沼气池

厌氧沼气池是一种地埋式生态污水处理技术，该技术符合北方“四位一体”循环农业发展模式，也符合习近平指出的“以沼气和生物天然气为主要处理方向，解决畜禽养殖场粪污处理和资源化问题”这一方向。该技术是指在一定条件下，微生物将沼气池内厨房污水、厕所污水、禽畜粪便、秸秆、青草等原料经过厌氧发酵产生一种发电家用的可燃性清洁气体(沼气)，其中产生沼液和沼渣可以充当农肥。厌氧沼气池具有低投资、高效率、操作简单、绿色发展、循环利用等优点，其COD去除率可达85%以上，BOD5去除率可达90%以上[3]。在北方农村地区，村民夏季利用沼气做饭，冬季利用沼气代替大量散煤来自行供暖。此举既绿色节能，又很大程度上缓解了北方严重的灰霾天气。截止2010年年底，我国生活污水沼气池建设数量已经超过了19万座，且还以每年30%的增长率持续增加，是我国农村地区应用最广泛分散式污水处理技术之一[3]。

2.2 潜流式人工湿地

人工湿地分为表面流人工湿地、潜流式人工湿地，其中潜流式人工湿地又分为水平式和垂直式。其中潜流式人工湿地主要是由湿地主体、防渗层、布水装置、收集装置四部分组成[4]，由于人工湿地主要通过植物根系吸收、微生物降解、滤料截留等方法去除污染物，净化水质，其中微生物降解起主要作用。好氧微生物将大部分有机物转化成二氧化碳和水，厌氧微生物将部分有机物转化成二氧化碳和甲烷，硝化细菌将盐硝化，反硝化细菌将硝态氮转化为氮气。人工湿地具有投资费用低、处理效果好、占地面积大、操作简单、系统保温效果好，处理效果受气候、季节影响较小[4]等优点，我国北方地区有丰富的土地资源，利用这些贫瘠土地进行人工改造湿地系统，污水得到了处理同时，生态得到改善。为防止北方地区冬季气温下降很低，植物易枯死，微生物分解速率缓慢问题，可以采取种植夹竹桃、女贞等可以安全越冬的木本植物代替芦苇、香蒲等草本植物或采取保温措施，常见保温措施包括覆盖冰雪、稻草、麦秆、PVC透气薄膜等[5]。严弋等人研究潜流式人工湿地在我国干旱区试运行一文中以乌鲁木齐平西梁村污水为湿地处理系统处理对象进行研究，结果表明：当水力停留时间为10 d，连续进水，潜流式人工湿地运行了12个月，其COD，BOD5，NH3-N，总磷平均去除率分别是：78.3%，61%，46.4%，66.2%，达到了城镇污水处理二级标准[6]。

2.3 地下土壤渗滤

地下土壤渗滤技术起源于日本，是一种人工强化的污水生态处理技术[7]，通过布水系统有控制、间歇式将预处理后的污水投放至距地表约30 cm～50 cm深土壤，污水经过土壤—微生物—植物系统的物理、化学、生物作用后达到污水净化效果，其中土壤理化性能决定着污水处理效果的好坏。标准地下土壤渗滤系统是通过在地表种植野牛草、早熟禾、马尼拉等植物，并在距地表约30 cm处安放布水管，布水管周围填满砾石，砾石层下方铺设20 cm厚砂层，污水流经砾石层与砂层后，在毛细管作用下缓慢向四周土壤扩散，在好氧与厌氧交替状态下，大多数有机物被吸附、过滤、降解。地下土壤渗滤系统构造简单、经济适用，高效节能，实现了分散式污水的就地处理，是一种污水处理与生态绿化相结合的生态技术，其出水水质可以达到国家污水处理二级标准。我国北方地区虽然干旱少雨，冬季气温偏低，但并不影响地下渗滤系统对污染物的降解率。田宁宁等人应用土壤毛细管渗滤处理某小区生活污水时，研究表明出水CODCr去除率大于80%，BOD5，NH3-N，TP三者去除率都大于90%，且当冬季气温低至-13.5 ℃时，系统的出水效果基本没有发生变化[7]。中科院沈阳研究表明，在我国北方利用地下土壤渗滤法处理生活污水不仅可行而且可以作为中水进行回用[8]。

2.4 蚯蚓生态滤池

蚯蚓生态滤池是指在生物滤池基础上引入蚯蚓，利用蚯蚓的生态学功能来改进土壤通透性，提高有机物降解程度的一种污水生态处理技术。当蚯蚓在滤层中穿梭觅食，将有机物转化成自身或其他微生物易于利用营养物质[9]时，增加了滤层的通气性和透水性，提高污染物降解率，进一步阻止了滤料堵塞。系统进水采用穿孔管间歇式布水，干湿交替。滤池填料一般分三层，上层是土壤层，由有机质含量高的田园土和锯末掺混而成，土壤上种植芦苇、柳树等根系发达的植物，中间层是稻壳，谷壳，泥炭类等物质，底层为粗、细石英砂、碎石、鹅卵石。李军状等人曾在现场试验研究蚯蚓生态滤池处理太湖附近村民生活污水时发现，干湿比为1∶3，表面水力负荷为1 m3/(m2·d)时，出水效果能达到城镇污水处理一级标准，证明了该技术应用于农村污水处理中的可行性和高效性[10]，郭飞宏等人研究三级蚯蚓生态滤池处理生活污水结果表明，不同季节出水水质均能达到城镇污水处理一级A类标准[11]。蚯蚓生态滤池技术具有造价低，运行管理简单方便，技术要求低，去除有机物效率高，可实现污水、污泥同步处理[12]等优点，故适宜经济发展缓慢，管网配套不完善，四季温差大的北方地区处理农村污水。

2.5 高效藻类塘

高效藻类塘是在传统稳定塘基础上进行改进、发展起来的一项污水处理技术，利用藻类大量繁殖来形成菌—藻共生系统来处理污水。该工艺除了保留传统稳定塘特点，还增加了生物种类、缩短了水力停留时间、增加了氮磷去除率。高效藻类塘机理是藻类利用空气中或细菌分解有机物过程中产生CO2等物质作为原料、氨氮作为氮源、磷酸盐作为磷源，在细胞叶绿素中进行光合作用，制造有机物[13]繁殖个体，释放出O2。细菌利用藻类产生的大量氧气来氧化分解污水中有机物。氮磷的去除主要通过大量藻类同化吸收直接作用和藻类繁殖时引起塘内pH升高，氨氮气体挥发，磷酸沉淀钙、镁的间接作用[14]。为防止出水中藻类过量，一般其后接水生生物塘，塘内种植芦苇、水花生、浮萍等水生植物来抑制藻类增长，降解部分氮磷。高效藻类塘具有投资省、维护管理简单、效率好、绿色生态等优点，非常适合于经济相对落后、缺乏环保专业人员的农村地区生活污水的处理[15]。孙伟丽等人在高效藻类塘处理北方农村模拟生活污水实验中研究表明：在曝气条件下，五个星期对COD的平均去除率也在80%以上，最高可达87.77%，其中COD和氨氮效果基本都能达到GB 18918—2002城镇污水处理厂污染物排放标准一级A标准，对总磷也有一定的去除效果[16]。

3 结语

随着农村全面小康推动，社会主义新农村建设，农村污水处理已经是重点问题。我国北方地区和南方地区各方面均有差异，我们需要根据北方自身自然环境、经济条件、地理位置、技术水平等条件，选择适合北方农村投资少、效率高、耗能低、操作简单等要求的污水处理技术。

[1] 谢良林,黄翔峰.北方地区农村污水治理技术[J].建设科技,2009(13):58-59.

[2] 王 阳,石玉敏.分散式污水处理技术研究进展[J].环境工程技术学报,2015(2):168-174.

[3] 黄海琴,毛玉婷.村镇生活污水处理技术发展趋势分析[J].江西科学,2014(6):856-859.

[4] 尹 炜,李培军,尹澄清,等.潜流人工湿地的局限性与运行问题[J].中国给水排水,2004(11):36-38.

[5] 赵志强.人工湿地处理技术在农村污水处理中的应用[J].现代农业科技,2011(1):294，299.

[6] 严 弋,海热提.潜流式人工湿地在我国干旱区的试运行[J].水处理技术,2007(10):42-45.

[7] 田宁宁,杨丽萍,彭应登.土壤毛细管渗滤处理生活污水[J].中国给水排水,2000(5):12-15.

[8] 梁建军,彭 俊,侯淑媛.蚯蚓生态滤池处理农村生活污水试验研究[J].中国给水排水,2016(11):16-19.

[9] 赖发英,周 颖,王国锋,等.蚯蚓对农村有机生活垃圾分解处理的研究[J].农业环境科学学报,2011(7):1450-1455.

[10] 李军状,罗兴章,郑 正,等.蚯蚓生态滤池处理农村生活污水现场试验研究[J].环境污染与防治,2008(12):11-16.

[11] 郭飞宏,方彩霞,罗兴章,等.多级蚯蚓生态滤池处理生活污水研究[J].环境化学,2010(6):1096-1100.

[12] 王 夙,邹 斌,杨 健,等.蚯蚓生物滤池的研究与应用进展[J].中国给水排水,2010(8):20-24.

[13] 孙伟丽,刘绍俨,高 宇,等.高效藻类塘处理北方农村模拟生活污水试验研究[J].科学技术与工程,2015(28):217-220.

[14] 何少林,黄翔峰,乔 丽,等.高效藻类塘氮磷去除机理的研究进展[J].环境污染治理技术与设备,2006(8):6-11.

[15] 何少林,黄翔峰,李旭东,等.高效藻类塘藻菌共生系统的培养[J].中国给水排水,2006(5):74-76.

[16] 孙伟丽,刘绍俨,高 宇,等.高效藻类塘处理北方农村模拟生活污水试验研究[J].科学技术与工程,2015(28):217-220.

Exploration for rural sewage treatment technology in northern China★

Yang Rui1Li Lijun2

(1.College of Engineering and Architecture, Yan’an University, Yan’an 716000, China; 2.Xi’an Xinghang Municipal Engineering Design and Research Institute Co., Ltd, Xi’an 710100, China)

According to the practical situation of the serious shortage of water resources in northern rural areas, taking account of the regions with scattered residents, the high cost of the pipe networks and low temperatures, the author analyzes five kinds of suitable water treatment technology, which is anaerobic digester, subsurface flow constructed wetland, subsurface soil infiltration system, earthworm biofilter, high rate algal pond. The author expect that these technologies can provide some basis for treating rural sewage in northern China.

northern China, rural decentralized wastewater, digester, constructed wetland

1009-6825(2017)16-0128-03

2017-03-21 ★：陕西省高水平大学建设专项资金资助项目(2015SXTS03)；延安大学校级项目，陕北红碱淖水体特征分析与现状评价(YDQ2016-43)

杨 瑞(1989- )，女，硕士，助教

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