谈北方寒冷地区农村污水高效节能处理技术★

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)



谈北方寒冷地区农村污水高效节能处理技术★

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)

依据北方农村实际情况，提出了厌氧沼气池、人工湿地、生物接触氧化池、一体化MBR四种绿色、高效、节能的北方农村污水处理适宜技术，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

我国北方地区位于秦岭—淮河以北，属于干旱与半干旱地区，气候特征为冬季寒冷干燥，夏季温热，总降水量少，造成水资源严重短缺。北方地区耕地占全国45.2%，人口占全国38.4%[1]，水资源量仅占全国水资源总量19%[2]，严重制约北方经济发展。受自然环境、经济发展、技术要求等条件制约，北方地区除个别城镇已建污水处理厂外[3]，大部分城镇及农村基本无污水收集处理系统，生活污水直接泼洒地面，畜禽类养殖废水与工业废水直接排放至河流、湖泊，严重威胁水资源良性循环利用。笔者结合北方农村居住分散，铺设管网造价高，冬季气候寒冷干燥等污水处理主要制约因素，提出厌氧沼气池、潜流式人工湿地、生物接触氧化池、一体化MBR四种高效节能的农村污水处理技术。

2 北方农村分散式污水处理适宜的技术简介

农村分散式污水具有水量小，可生化性强、粗放式排放等基本特点，结合北方农村污水处理关键制约因素分析，提出农村靠近城镇管网辐射地带时，应增设污水管网系统并纳入城镇污水管网系统。远离管网辐射地带尽量优先采用经济节能的厌氧沼气池技术，有闲置土地，如洼地、湿地时，优先考虑生态技术中的潜流式人工湿地。对水质要求高的经济发展迅速的部分农村地区，可采用生物接触氧化池、一体化MBR污水处理工艺。总之，在经济节约的基础上，结合当地实际情况，利用可利用资源，选择合理的农村污水处理方式。

2.1 厌氧沼气池

厌氧沼气池技术是我国农村污水处理中使用最多、资金最省的一种地埋式生态污水处理技术[4]。厌氧沼气池具有费用低、高效节能、操作简单、绿循环利用等优点，COD去除率可达85%以上，BOD5去除率可达90%以上[5]。该技术指在厌氧条件下，人畜粪肥、污水、秸秆等有机物在沼气池内，通过微生物厌氧发酵产生一种可燃性清洁性能源气体——沼气，主要成分是CH4，CO2，过程中产生的沼渣能达到有机肥料标准，可直接利用[6]。随着农村连片整治工作深入，北方农村建设了许多化粪池与沼气池[7]，为村民提供廉价燃料、改善农村居住环境、促进生态农业、畜牧业发展。王进在《延安发展农业循环经济模式选择研究》一文中提出，沼气能源在延安农村分布非常广泛、潜力巨大，凡是有生物地方都有可能获得制取沼气的原料，是一种取之不尽、用之不竭的再生能源[8]。在北方农村大力推广“四位一体”循环农业发展模式下，沼气事业已经逐步由简单炊事发展到目前照明和取暖。于文华在甘肃天水地区进行沼气地暖育肥猪舍试验，结果表明沼气取暖猪舍能有效地解决高温低湿和高湿低温等现象，改善由温度原因而引起猪疾病问题[9]。

2.2 潜流式人工湿地

人工湿地是指经过人工改造并控制运行的沼泽类似地面，将污水、污泥有控制地投放至湿地主体，污水、污泥沿一定方向流动，经过土壤、湿地植物、微生物、人工介质生物理化作用来净化污水、污泥的一种生态污水处理技术，特别适合中小城镇及农村使用。该技术具有建造费用低、出水效果好、操作简单、美化环境等优点，缺点是人工湿地技术由于自身处理特殊性，占地面积问题很难解决，是传统污水处理工艺占地面积2倍～3倍[10]。而北方地区土地广阔，闲置土地较多，可以积极改造北方闲置土地、湖泊、沼泽为人工湿地。2013年陕西省眉县境内12个村建成湿地污水处理系统，系统出水水质好，运行稳定，随着此示范效应影响，宝鸡市采用“统一收集、人工湿地、多级净化”处理工艺建成了30余座生活污水处理示范工程[11]。针对北方冬季寒冷气候条件，宜采用潜流式人工湿地，其污水面低于基质表面，有助于维持湿地内温度[12]，湿地保温措施主要有表层覆盖麦秆、稻草等材料或种植夹竹桃、女贞等可以安全越冬的木本植物[13]。

2.3 生物接触氧化池

生物接触氧化法是一种结构简单、占地面积少，对污水水质、水量适应性强，污染物去除效果好[14]的处理方法，结合了活性污泥法和生物膜法特点，具有较高容积负荷率，避免了污泥膨胀，是目前农村污水处理中运用最多的技术[15]。生物接触氧化法是在曝气条件下，生物氧化池内安装填料，填料上布满生物膜，污水流经生物氧化池时，水中氨氮、有机物等污染物被微生物代谢分解，最终达到净化污水目的。代谢微生物来源分两部分，即污水流经接触氧化池时部分微生物附着于填料上生长成生物膜，部分微生物直接在污水内悬浮生长。王月红等人利用人工制备的生物接触氧化塔和二沉池组合工艺处理北京某生活小区污水，当HRT>1.5 h，原水COD为300 mg/L～400 mg/L时，其出水COD<50 mg/L，NH3-N<1 mg/L，SS<15 mg/L[16]。黄学平利用一体化生物接触氧化工艺处理江西某变电站污水时，出水水质达到了GB 8978—1996污水综合排放标准的一级标准[17]。北方地区一年四季气候分明，夏季温热多雨，冬季寒冷干燥，可以采用地埋式生物接触氧化工艺降低气温条件对微生物代谢速率影响。生物接触氧化法通常采用机械曝气增加氧气，需要安装填料，需要专人看守，故投资费用较高，且具有一定专业技术要求，适合北方经济发展较快的城镇及农村地区。

2.4 一体化MBR工艺

膜生物反应器(MBR)一体化设备是集合高效膜分离单元与生物处理单元于一体的新型污水处理技术，主要利用膜分离技术代替传统工艺中二沉池，生物膜高效截留性质可以使微生物完全截留在反应器内，保留了世代周期性较长的微生物，具有出水水质好，占地面积小、污泥产率低、工艺运行稳定、自动控制、操作管理方便等特点[18]。一体化膜生物反应器主要由生物反应器、高效膜组件、自动控制系统三部分组成，其中高效膜组件是核心部分。污水经过格栅和调节池后，在曝气条件下，反应器内大量活性污泥去除有机物、氨氮，经泵抽吸经过滤膜到达消毒池。裴亮等人利用一体化膜生物反应器(IMBR)处理农村污水一文中采用隔板将反应池分为预处理池和膜池，未经生化处理的农村污水流经该工艺后，出水COD,BOD5,NH3-N平均去除率分别达到93.1%,95.3%,93.8%,97.9%[19]。无锡市梅村污水处理厂二期采用MBR工艺为主体工程处理污水，最终出水水质优于一级A标准，部分出水回用于热电厂的冷却水[20]。由于膜生物反应器过程中使用了生物膜、泵，增加了基建费用，故优先在北方经济发展较快的城镇或农村采用。

3 结语

随着北方地区经济快速发展、城镇化水平不断提高，北方农村污水迫切需要治理。上述厌氧沼气池、人工湿地、生物接触氧化池、一体化MBR工艺四种污水处理技术具有高效节能、操作简单、投资省等优点，但在具体工艺选择时，应结合北方当地村镇的自然环境、资源情况、经济发展、气候特点等因素综合考虑选择单一或者组合的污水处理技术方式。

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On effective energy-saving treatment technology in the rural sewage in cold areas of northern China★

Yang Rui1Li Lijun2

(1.CollegeofEngineeringandArchitecture,Yan’anUniversity,Yan’an716000,China;2.Xi’anXinghangMunicipalEngineeringDesignandResearchInstituteCo.,Ltd,Xi’an710100,China)

Based on the actual situation, the author puts forward four green, efficient and energy-saving suitable rural wastewater treatment technique, such as anaerobic digester, artificial wetland, biological contact oxidation pond, integrated MBR, in order to provide the basis for the northern rural sewage treatment.

northern China, rural sewage treatment, marsh gas tank, artificial wetland

1009-6825(2017)18-0178-03

2017-04-12★：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)；陕西省高水平大学建设专项资金资助项目(2015SXTS03)

杨 瑞(1989- )，女，硕士，助教

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