农村污水处理技术现状与创新发展

2021-11-28唐诗辉陈战利廖玉斌王文哲金宏浩苏子林

绿色科技 2021年10期

关键词：滤池污水处理污水

唐诗辉，陈战利，范凌，廖玉斌，王文哲，金宏浩，苏子林

(南昌大学资源环境与化工学院, 江西南昌 330031)

1 引言

居民的生活生产都会产生污水。近些年来，随着农村经济的飞速发展，我国农村污水的排放及污染日趋严重，其对农村生态环境造成了较大的负面影响。因此需要对农村污水处理技术现状以及其存在的问题进行研究分析，采取科学污水处理技术，有效解决污染问题。

2 农村污水特点

由于经济水平、生产方式以及生活习惯或生活方式等不同，农村污水的水质、水量存在较大的地区差异，其特点如下[1]。

(1)高分散性、不易收集。由于农村污水具有污染源分散、污染点多、收集处理难度大等特点，加上早期并未得到足够重视，导致污水处理难度大且效率极低。

(2)污水管网建设、处理设施建设不足。大多数村庄没有排水渠和污水处理系统，大多数污水以无组织排放的状态直接排放到附近的河流中。

(3)以家庭生活污水为主。由于农村居民生活规律相似，生活污水量不稳定，波动系数大，导致农村生活污水早晚排放量大于白天，夜间排放量较小，甚至可能停止流动，有明显的水量变化。

(4)部分地区存在小型工厂和村坊。污水的水质成分可能更为复杂，因此有必要详细调查区域排水点和排水水质，以确定处理方案。

(5)排放标准未完全普及。在当前的农村污水处理项目中，采用的大多数标准都是基于GB18918-2002《城市污水处理厂污染物排放标准》，针对农村污水的具体排放标准普及度低[2]。

3 农村污水处理技术现状

农村水污染的主要来源即生活污水和生产废水，其中主要污染源头[19]是生活污水根据农村生活污水处理方法的不同，主要分为集中处理和分散处理。集中式污水处理方式的特点是管道连接较长，埋深较大，投资标准较高，更适合经济条件较好，集镇或城市郊区。这就限制了全国农村污水处理技术的推广和选择，因此此本文仅讨论分散式污水处理技术。当前农村分散式污水常用处理技术主要包括：人工湿地，厌氧沼气池，生物滤池，地下土壤渗透，净化池和一体化综合污水处理设备等[3]。

3.1 人工湿地

人工湿地是通过工程手段模拟自然湿地系统处理污水而建造的结构。在一定的坡度上用选定等级的填料(例如砾石，沙子，泥煤等)填充结构的底部。填料的表面坡度通常受水力斜率和填料等级的影响，一般取值范围为1%～8%。在填料表层土壤中种植一些加工性能好，成活率高，生长周期长，外观漂亮，具有经济价值的水生植物。我国农村地区的生活污水处理受到技术和经济等诸多不利因素的限制。人工湿地投资，运行成本低，污水处理规模灵活，维护管理技术要求低，占地面积大，适合于资金匮乏和缺少专业技术人员的荒地，和污水排放相对分散的农村地区。有效控制农村生活污水污染是保护水资源的重要措施[4]。

3.2 厌氧沼气池

在我国农村地区使用最广泛的技术就是厌氧沼气池技术。农村居民的生活污水、养殖类粪便和农业废弃物等，通过在沼气池中进行厌氧发酵。厌氧微生物等通过代谢将污水进行净化，在这一过程中有甲烷等气体产生。为了合理利用能源，经过厌氧发酵后的沼液也可以进行二次利用，用于农田的灌溉施肥。此前的研究效果已经证实厌氧沼气池对污水中的COD，BOD，总氮和总磷具有较佳的处理效果。目前该技术也是农村污水处理技术的认可、适用技术之一，同时，该技术在北方寒冷地区也被认可并且适用。

3.3 生物滤池技术

作为一种常用的处理农村污水的生物处理技术。生物滤池是以土壤自净原理为依据，在污水灌溉的实践基础上，经较原始的间歇砂滤池和接触滤池而发展起来的人工生物处理技术。曝气生物滤池、厌氧生物滤池、滴滤池是目前常用的几种生物滤池。

生物滤池的处理特点上，生物滤池具有极佳的处理效果以及处理优势，首先是在任何季节都能满足各地最严格的环保要求；无二次污染产生；滤池里的微生物无需另外投加营养剂，能够依靠滤池填料的有机物生长；可移动性高，便于运输组装等。

3.4 一体化综合污水处理设备

在农村地区建立生活污水收集设备的，污水量可以达到几十立方米及以上的前提下，可以使用综合污水处理设备。该设备可以有效地对难以集中处理的农村污水进行分散处理。改进后的综合生活污水处理装置在实际工程中取得了理想的处理效果。当前的主要流程包括SBR和MBR流程。

3.5 土壤地下渗滤

土壤地下渗透净化系统是一种自然的污水净化方法，主要利用土壤的自净能力实现污水净化。土壤中的动物，植物和微生物通过自身的新陈代谢降解水中的有机物。上海市金山区采用土壤地下渗透技术进行农村污水处理。在水压负荷冲击的允许范围内，废水达到回用水标准，并且对生物需氧量，氮和磷的处理效果非常理想[5]。

3.6 生物、生态多元处理与综合利用技术

李先宁等[17]出于处理成本低、高氮磷去除的目的，在江苏大浦镇农村污水处理示范区等村落，结合当地冬冷夏热气候显著的条件下，采用了生物、生态结合的处理模式，做到了农村污水处理与生态复原、环境堤岸净化、景观用水和灌溉农田等各类需求的良好结合，将只能在示范区内复杂条件研发出的具有较强针对性的各种单项技术，成功的根据实际生态条件完成了系统化与优化结合，形成适合河网区农村生活污水的集成系统。

4 创新型处理技术

4.1 一体化SMI微生物滤床工艺

核心工艺是集成的SMI微生物滤床，该设备沿进水方向包括四个池A、B、C和D。其中，A厌氧池，B缺氧池和C需氧池采用鼓风曝气，每个曝气管均装有风量调节阀。在进水管中安装有控制阀，并使用微孔曝气器进行曝气。A、B、C池中充满了各种新型合成微生物载体。此过程使用D池有效去除磷和沉淀。SMI微生物滤池技术使用高效的复合微生物剂和多孔载体将功能性微生物固定在多孔载体的表面和孔内，以形成稳定的生物膜。当污水流经载体时，在微生物的作用下，污染物可以被有效地去除。氨氮，COD，SS的去除效果尤为突出，废水澄清透明[6]。

优点：它整合了生物降解，吸附以及物理和化学过程。具有抗冲击负荷高，占地面积小，自动控制操作能力强，水质好，管理方便，运行成本低的优点，同时兼顾了活性污泥法和生物法的优点。而且该过程几乎不会产生多余的污泥，并且不需要专门的人员。经处理的水可用于供水、绿化、灌溉等，具有良好的经济效益和社会效益。

4.2 生态浮床技术

生态浮床是利用无土栽培技术，以高分子材料为载体和基质，与现代农学和生态工程措施相结合的水面无土种植技术。使用该技术，只能在陆地上生长的草本陆生植物可以种植到天然水面，并且与陆地种植相比，可以获得相似甚至更高的收获和景观效果[7]。利用陆生植物吸收氮和磷的养分并通过光合作用从水中去除氮和磷，无需施肥，病虫害少，生物量高。陆地植物在水上种植后可以形成更大的生物量，尤其是发达的根系可以吸收大量浮游生物(例如藻类)，并且根系可以分解有机污物[8]。

优点：生态浮床成本低，试验植物和浮床载体材料来源广泛，结构组装方便，刚度和柔韧性好，抗风浪冲击能力强，可进行移动拼装。在缓解耕地紧张和矛盾的同时，还能有效治理农村富营养化的水体。生态浮床可以创造一定的经济效益以及美化被污染水体的水面景观。如种植水生蔬菜。如果使用不同花期的花卉组合，则具有美化景观的功能，即在水面上种花以控制水质污染。

5 前景展望

党的十九届五中全会公报提出，要加快推动绿色低碳发展，继续提高环境质量，提升我国生态系统的稳定性，更快更好地提高资源利用效率。到2035年要实现：形成广泛的绿色生活方式，碳排放量做到稳中有降，生态环境好转，实现建设美丽中国的伟大目标。

生态浮床修复水体的实用技术[10]不仅优于其他技术，而且成本远低于物理生态工程，适合规模化，模式化，机械化作业。在传统的生态浮床净化过程中，浮游植物的吸收能力有限，而且对深水处理的效果也有限。国内目前对组合式生态浮床[12]、生物膜生态浮床[11]等多种高效生态浮床的研究也正在进行。生态浮床技术已成为我国21世纪生态环境保护领域最有价值和最有生命力的处理技术之一[9]。生态浮床具有净化水质、创造生物栖息空间、改善景观、利于绿色蔬菜种植等综合性功能，同时生态浮床具有成本低、组装简易、可移动性高等特点，在治理高分散性农村污水方面效益显著。随着国家对生态治理问题的不断重视，运用生态浮床治理农村污水将会受到越来越高的重视以及专家学者的青睐。污水处理应根据出水标准选择合适工艺，避免选择高投入、管理难度大、运行成本高的工艺，宜优先选择能耗低、运行简便的工艺，同时也应尽量采用符合农村特点的人工湿地、净化槽结合工艺，不能照搬照抄城市污水处理工艺[15]。