隨著我國工、農業(yè)生產的發(fā)展,人口的增長,環(huán)境污染問題日益嚴重,由于我國目前工業(yè)污染對農業(yè)生產的影響比較大,在一定程度上掩蓋了農業(yè)本身的非點源污染矛盾,致使后者成為潛在威脅并已經造成了惡果,例如,非點源污染是造成太湖,滇池等湖泊的富營養(yǎng)化問題的重要原因之一。農村生活污水是造成農村水環(huán)境污染的原因之一。雖然農村人口分散,但由于人口數(shù)量多,幾乎沒有任何生活污水收集和處理措施,使農村生活污染源成為影響水環(huán)境的重要原因,且隨著農業(yè)生活方式的改變而加劇。
1以土地處理為主的治理技術
1.1慢速滲濾土地處理系統(tǒng)
在我國沈陽西部的滯洪區(qū)建的面積約為700hm2的慢速滲濾土地污水場,可以簡化用于農村生活污水的處理。趙思平等對此處理場在城市污水土地處理方面的應用進行了闡述。慢速滲濾是土地處理污水技術中最廣泛應用的一種類型。它具有易管理、經濟效益顯著的優(yōu)點。它有主系統(tǒng),調節(jié)系統(tǒng),輔助系統(tǒng)構成。沈陽這一土地處理系統(tǒng)的主系統(tǒng)為水稻田;調節(jié)系統(tǒng)為耐污耐濕的紫穗槐及垂柳林地,主要調節(jié)主系統(tǒng)的水力負荷和污染負荷;輔助系統(tǒng)包括周圍預處理池、上水溝、側滲溝、養(yǎng)魚池等。污水經沉淀、氧化預處理后,進入上水主渠,然后再進入田間內等間距并行排布的上水支渠,這樣污水均勻的進入地塊。污水經處理后由側滲溝排出,匯入總排水溝,最后進入養(yǎng)魚池。
該系統(tǒng)每年在植物生長季節(jié)運行120～200d,在植物非生長季節(jié)采用快速滲濾系統(tǒng)處理。該場年總進水量為130000多m3,進水水質的SS,BOD5,COD,K-N,K-P分別為122mg/L,106.2～168mg/L,258～539mg/L,16.67～76.70mg/L,1.78～17.15mg/L,經稻田處理平均處理率分別是42.2%,97.0%,86.9%,90.3%,96.6%。
1.2快速滲濾土地處理系統(tǒng)
北京市昌平使用的快速滲濾處理廠也可用于農村生活污水的處理。該系統(tǒng)一般由預處理池、滲濾池、集排水系統(tǒng)、貯存塘等部分組成。據(jù)北京昌平快速滲濾池運行15個月的凈出水水質資料,凈化污水對COD,BOD5,SS,氨氮,硝基氮,總氮,總磷去除率分別為91.9%,95.3%,98%,85.6%, 54.1%,83.2%,69%。
滲濾池的土質要求通透性能強、活性高,水力負荷大、處理效率好為原則。如無此類土質條件,也可以按照上述要求用砂、草炭及耕作土人工配置成濾料,制成人工濾床。一般在系統(tǒng)運行4～5周后,就需要對滲濾床耕作,以恢復其滲濾速度。
1.3生活污水的砂濾處理系統(tǒng)
這種砂濾系統(tǒng)是土地處理系統(tǒng)的一種,它在構建過程中一般采用沙子作為介質,讓污水經過沙體滲濾排出系統(tǒng),達到凈化的目的。它的凈化機制與其它土地處理系統(tǒng)大致相同。出水的SS,BOD5,COD一般可達80%以上,總氮、總磷去除率一般在40%～80%,何江濤等對此處理系統(tǒng)進行了闡述,見表1。
1.4濕地系統(tǒng)
蘆葦處理床。蘆葦滲濾濕地土地處理系統(tǒng)是由葦?shù)靥幚泶驳耐翆咏橘|滲濾而達到處理廢水的目的。它一般有預處理、布水系統(tǒng),葦?shù)靥幚泶?集排水系統(tǒng)組成。圖1是蘆葦滲濾濕地處理系統(tǒng)的一個切面圖。
系統(tǒng)出水的COD、總氮、總磷的去除率一般可達80%～90%。這類處理系統(tǒng)已經在天津獲得應用。濕地系統(tǒng)的缺點是占地面積一般都較大,不太適合那些土地較缺乏的農村區(qū)域。
人工復合的生態(tài)床分潛流式和表面流式兩種,清華大學的模擬試驗裝置為:潛流式床和表面流床的前1/3段種植蘆葦(16株/m2),后2/3段種植茭白(12株/m2)。每個床體寬為1m,長為6m,床深為0.7m,坡度為1%。潛流床體的底部鋪設10cm厚的沙石(直徑為2～4cm)層,中部為40cm的爐渣層,上部為10cm的土壤,污水在床體內部水平流動。布水區(qū)和集水區(qū)分別填充直徑為2～5cm的卵石,寬度為40cm。在集水區(qū)底部安裝有多孔集水管并與外部一出水高度可調的豎管相聯(lián)結,水深保持在50cm左右。表面流床體內部均勻填充一定配比的爐渣和土壤混合物,深度為40cm。床體表面維持20cm深的自由水面,其深度由出口溢流堰調節(jié)。
其運行的水力負荷為30cm/d,進水水質為COD,TN,NH4+—N,TP分別為50～80mg/L,2～8mg/L,2～4mg/L,0.5～1.0mg/L,出水的去除率分別是57.0%～75.4%,57.0%～65.3%,72.5%～95.2%,59.7%～64.2%。
1.5毛細管滲濾溝處理系統(tǒng)
在日本此技術研究比較成熟,南京大學王勇老師等在承擔國家863太湖河網面源污染治理項目中,提出使用這種處理技術。這種技術國內也有報道。污水首先進入預處理設施。從簡便、實用、價廉、技術工藝成熟和較高處理效果等綜合因素考慮,使用化糞池為預處理設施�；S池的上清液經混凝土(陶土)管自流至滲濾溝。在配水系統(tǒng)的控制下,經布水管、分配到每條滲濾溝床中。通過礫石層的再分布,沿土壤毛細管上升到植物根區(qū),污水中的營養(yǎng)成分被土壤中的微生物及根系吸收利用,同時得到凈化。見圖2。
1.6澳大利亞“FILTER”(非爾脫)污水處理系統(tǒng)
澳大利亞科學家和工業(yè)研究組織(CSIRO)的專家在最近幾年提出一種“過濾、土地處理與暗管排水相結合的污水再利用系統(tǒng)”,稱之為“FILTER”高效、持續(xù)性污水灌溉新技術,其目的主要是利用污水進行作物灌溉,通過灌溉土地處理后,再用地下暗管將其匯集和排出。該系統(tǒng)一方面可以滿足作物對水分和養(yǎng)分的要求,同時降低污水中的氮、磷等元素的含量,使之達到污水排放標準。
澳大利亞曾在格林菲斯市進行田間試驗。先后兩次試驗的面積為8hm2和16hm2,種植小麥,玉米,燕麥,粟米和牧草作物。田間排水暗管的埋深為1.0m,用初級處理后的城市污水進行格田漫灌,每隔14d灌一次。該試驗的試驗效果見表2。
澳大利亞CSIRO與我國水利水電科學院和天津市水利科學研究所合作,曾在天津市武清縣建立試驗區(qū),試驗總面積2hm2,暗管埋深1.2m,兩種處理的暗管間距為5m和10m,引取北京市初級處理后的污水和沿程匯集的鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水,灌溉小麥。試驗表明,97%～99%的磷通過土壤及作物的吸收而被除去,總氮的去除率達82%～86%,生物耗氧量的去除率為93%,化學耗氧量的去除率為75%～86%。排水暗管的間距小,則去污效率高。上述中澳雙方試驗研究成果,在澳大利亞農業(yè)研究中心的主持下,于2000年12月在北京通過鑒定。
2蚯蚓生態(tài)濾池處理系統(tǒng)
此項技術是筆者提出的適用于50～300戶左右集中型農戶的污水處理系統(tǒng),現(xiàn)已經在太湖流域農村建立了示范工程。本示范工程將農戶現(xiàn)有的化糞池改造后或直接加以利用,用強化溝替代農戶的溝渠或排污管,出水進蚯蚓生態(tài)濾池,其工藝流程如圖3。本技術在國內外研究的還不多,同濟大學在其處理城市生活污水方面進行了一些研究。
本人將此技術運用到農村生活污水的處理中,已經得到很好的效果。濾池主要有布水裝置,生態(tài)濾床和排水裝置三部分組成。生態(tài)濾床從下層依次往上是:大石頭(鵝卵石,直徑4～7cm),小石頭(直徑1～3cm),沙子和土壤層,此層也可以說是蚓糞層(vermicasting),是蚯蚓活動的主要場所,土壤上面可以種植一些植物。現(xiàn)已進行蚯蚓生態(tài)濾池的中試研究,根據(jù)運行試驗的情況來看,此系統(tǒng)很適合于處理農村生活污水。筆者現(xiàn)在已經對此技術進行了進一步的改進,提出了塔式生態(tài)濾池(T-VBF),并建成了中試。中試裝置有三個塔層組成,原理相當于幾個O-A-O-A-O-A的有機聯(lián)合,此項技術正在申請專利。
3生態(tài)廁所技術
生態(tài)廁所(Biotoilet)最先見于日本,是在不使用水沖的前提下,在座便器下方建造一長方形池,內填充鋸木屑作為載體,并輔以較小的動力攪拌,通過有氧微生物的放熱發(fā)酵,將排泄物轉化為無臭味的氣體(水和CO2)和較干燥的有機肥。
生態(tài)廁所特點:不需要用水,節(jié)約了大量的水資源;廁所內無臭味,不需要掏廁所;鋸木屑本身是一種廢棄物,到處可以找到;有機肥回用部分解決了化肥施用過大的問題,減少了對水體的污染。
4集中型污水處理厭氧-好氧工藝
在較為發(fā)達的農村,也可以考慮河海大學提出的滴濾床技術,它適用于200戶左右集中型農戶的污水處理系統(tǒng),主要工藝流程為:
生活污水→化糞池→厭氧好氧滴濾床→深度處理生物塘→回用或排放
此工藝特點:土壤自凈過程的人工強化;利用虹吸作用,無需單獨充氧,節(jié)省運行費用;可與其他技術組合使用。
5“LIVINGMACHINE”生態(tài)處理系統(tǒng)
近年來,在美國、加拿大、英國、澳大利亞等國家出現(xiàn)了一種叫“LIVINGMACHINE”的生態(tài)系統(tǒng),是用于工業(yè)和生活污水的處理。其技術基礎是活化技術,活化技術是采用多種生物形式在人工裝置中,建立新的物種聯(lián)系,從而進行某種凈化處理。
加拿大多倫多市BODY SHOP工廠內就建有這樣的一個處理系統(tǒng),它的設計和施工的原則均是利用自然生態(tài)系統(tǒng)將污水凈化,是一個較為完善的生態(tài)系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中,設計者將很多種類的動植物集中在一起,使之形成一個連續(xù)反應的封閉循環(huán),反應箱和反應池包涵了從細菌、藻類到植物、蝸牛、魚類的多種生物有機體,這個有機體通過一系列的反應減少污水中的營養(yǎng)體和病原體,并使它們消化在一個連續(xù)的食物鏈中。這些植物是:桉樹、杜松、小香蕉樹、月桂、櫻草、薄荷樹以及紫草科植物等。
污水首先進入封閉在地下的無氧箱,一段時間后進入無氧箱,空氣由底孔吹入,在此氨氮在細菌的作用下分解為硝化物,其后流入生物綜合池,在池內,其中的藻類、單細胞有機體、魚類、水生及沼澤植物等一系列豐富的生物混合體,將對水中的營養(yǎng)物繼續(xù)分解,隨后污水流經地下濕地,通過植物根系作用及沙石的過濾,硝化物在此轉變?yōu)榈獨?污水被初步凈化。這種污水處理的生態(tài)系統(tǒng)有美觀、耐用、體積小、費用低特點。具體參見污水寶商城資料或http://www.yiban123.com更多相關技術文檔。
6結語
由于以前農村污染的問題在我們國家一直被忽略,也就是近幾年隨著湖泊富營養(yǎng)化原因的逐步明朗,即面源污染控制的提出,我們才把農村的污染治理問題逐步提到日程上來。因此,到目前為止,處理農村生活廢水的例子很少,加之廣大農村的特殊性,開發(fā)適合于農村污染治理的新技術顯的尤為重要和緊迫。
