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      1. 農村生活污水分散式處理的技術開發應用(三)

        2022-06-15  來自: 中國水網 瀏覽次數:205

        三、農村生活污水分散處理的必要性

        以上四常見農村生活污水處理工藝,它們都有各自的優點和缺點,而這些工藝的組合往往能彌補各自技術的不足,提高處理效果,降低能耗。

        農村生活污水

        采用生物凈化槽/強化生態浮床組合工藝處理崇明島的農村生活污水,平均出水 COD 小于45mg/L,氨氮小于 5mg/L,總磷小于0.75mg/L,固體懸浮物(SS)小于 20mg/L,已經達到一 級B 標準。

        值得強調的是,無論采用哪種技術,要想以較小的投入實現污水處理系統的長期穩定,分散式的處理方式較為成熟,并且這一觀點已經被國內大多數學者所認同。因為分散處理農村生活污水模式適合于居住分散、地勢復雜、難以建立下水道管網的廣大農村,在這一點上,學術界和各地政府的管理層面已形成共識。

        2015 10 月在江西南昌舉辦的第五屆中國農村和小城鎮水環境治理論壇上,本研究團隊提出了適合中國國情的農村生活污水分散處理模式,引發了討論。2016 9 月在北京舉辦的第六屆中國農村和小城鎮水環境治理論壇上,基本都是圍繞分散處理農村生活污水的專題發言和討論,分散式處理農村生活污水模式得到了社會的認可。

        日本嘗試農村生活污水集中式處理的結果是負擔過重,處理成本很高,例如日本政府在靜岡縣芝川町上長貫農村建設集中污水處理設施,該村莊一共只有 42 戶,198 名村民,設施設計的處理能力為每天 240 人排放的家庭生活污水,污水流出農戶家庭后通過重力流和提升泵進入地下排水管道和集水井,通過沉淀分離以及接觸曝氣的方式凈化水質。42 戶集中處理投資費用為5.26 億日元,每年每戶平均費用為 6.45 萬日元,折合人民幣為 3870 元??梢娂惺降奶幚矸绞揭虻叵鹿芫W建設費用過高,污水處理成本也會因水量過小造成噸水處理費用高。很多集中處理設施都因管網建設問題很難收集到污水,導致示范工程難以運行,因此未來中國農村生活污水處理模式基本為分散處理模式。

        四、農村生活污水歸一模塊化處理模式

        1、多戶聯用歸一模塊處理模式

        本研究團隊針對農村農戶居住分散,地勢復雜的特點,再結合我國農村管理模式,認為多戶聯用處理模式更適合我國農村生活污水的處理,雖然單戶型凈化槽的技術和裝備成熟,處理效果也較好,但在節能減排方面還有待完善,特別是設備的投資較大,盡管單戶凈化槽減少了部分管網的建設費用,但一戶一臺凈化槽的建設成本還是不能適應國情,需要進一步的研究開發,實行多戶聯用。經過近 4 年的研究,本團隊開發出了一種新型凈化槽,通過增加凈化槽中的曝氣區域和調控氣泵功率,優化組合形成了一種多個農戶聯用處理的模式。具體措施是在原來單戶凈化槽的基礎上,增加了氣提裝置,減少啟動時間,讓微生物在整個凈化槽的內部進行循環;凈化槽中各區域都加裝曝氣裝置,充分利用氣泵與好氧區域的優化組合,增加處理能力,實現多戶聯用處理;對生物濾床材料進行表面拉毛處理,增加生物著床的幾率,快速掛膜。

        除了凈化槽的改進外,還開發出與此相匹配的水解槽,充分利用低氧下的微生物和后生動物,使任何家庭生活污水進入水解槽后,都將以可溶性的污水流出,大大降低了后續的處理負荷和后續管網的建設費用,這一過程被稱為歸一模塊化處理模式。圖 4 是多戶聯用凈化槽處理農村生活污水的流程圖,家庭生活污水進入各自的水解槽,酸化降解后經過管道流入新型凈化槽,在厭氧或好氧的條件下進行生化處理。這種處理模式將復雜的農村生活污水處理系統簡單化,盡可能采用自流式,形成由水解槽、管網、新型凈化槽和氣泵構建成的模塊化系統,適合于廣大農村的不同區域。

        一 級厭氧加二級好氧小型凈化槽在不同進水流量下處理生活污水的能力如圖 5 所示。實驗裝置只有實際大型凈化槽裝置體積的 1/133??紤]到凈化槽前端有水解槽的作用,原水污水 BOD 5 的濃度較低,結果顯示即使處理相當于七戶農家產生的生活污水(進水流量為 70L/d),出水 BOD 5 仍然低于一 級標準,因此這種凈化槽完全可以滿足處理五戶農家污水的需要,該研究為新型凈化槽的實際應用提供了重要的基礎數據。

        2、應用案例

        針對農村各種不同的生活方式,研究團隊以歸一模塊化模式為指導,在天津市科委和農委的項目資金的支持下,利用水解槽與凈化槽的不同組合來處理單戶、多戶、別墅、樓宇甚至小型企業產生的生活污水,建立并且成功運行了許多示范工程。

        1)天津市西青區辛口鎮第六埠村

        2006 年在天津市農委的支持下,啟動了凈化槽示范工程項目,在西青區辛口鎮第六埠村選擇了三家農戶分別安裝了單戶型的凈化槽裝置。在前期小型化凈化槽基礎研究的支撐下,大型凈化槽的運行穩定,抗沖擊性強,不受環境溫度的影響,實現了無人值守。之后,2009 年開展了多戶聯用的示范工程,為了驗證不同生活方式農戶的聯用效果,專門選擇了兩套兩戶聯用,一套十五戶聯用和一套樓宇十戶聯用的歸一模塊化處理系統進行示范工程。

        隨著戶數的增加,根據圖 5 的實驗數據判斷生活污水的污染物負荷已超過一臺新型凈化槽的處理能力,所以采用兩臺新型凈化槽串聯方式處理污水,串聯處理 2015 8 月完成,隨即啟動,經過一年多的穩定運行,出水水質仍然保持清澈透明,即使2016 年暴雨次數較多導致下水管道雨污水返灌,也未受到影響。說明該系統的抗沖擊性能力很強,能夠快速恢復處理效果,保持穩定運行,出水水質 BOD 5穩定在 20mg/L 以下。

        2015 9 月穩定運行至今,解決了新農村建設中樓宇生活污水處理的難題,實現了污水的原位處理,多臺凈化槽串聯保證水質能夠達標排放。

        總之,實踐證明以歸一模塊化處理模式為指導的凈化槽多戶聯用技術不僅可以減少凈化槽的設備投資,而且還可以減少下水管網的建設費用。因為農村不能像城市生活污水處理那樣修建價格昂貴的地下管網,所以農村生活污水處理的關鍵就是污水的收集,本研究團隊開發的歸一模塊化處理系統就能很好地解決這一難題,為農村生活污水處理實現了節能減排,將會成為我國的模式。多戶聯用模式能夠大大降低處理能耗以及投資成本。聯用的戶數越多,能耗和投資費用就越低。

        2)天津市靜海區惠豐西村

        在天津市科委的支持下,以扶貧的形式對天津市靜海區惠豐西村進行整體的農戶家庭廚衛改造并處理產生的生活污水。該村有農戶 138 戶,居民 483人。針對家庭生活污水,采用單戶和多戶聯用的分散式處理方式,由于該村莊的房屋排列整齊規范,歸一模塊化處理系統以五戶家庭為一個處理單元,共用一個新型凈化槽,每戶戶外出水口處安裝一臺水解槽,共建造了七套這樣的系統,同時也對該村 3 個地理位置比較分散的農戶采用單戶型凈化槽,共建有三套。示范工程分兩期進行,一期建設時間是 201410 月,第二期建設時間為 2015 4 月,至今所有系統都在穩定運行,噸水處理耗電 0.6kW˙h,雖然在此期間也有停電的狀況,但是兩年間從未出現過故障。五戶聯用示范工程的現場和處理效果圖如圖 8所示。該示范工程體現了歸一模塊化的處理思路,工程在沒有改變村莊的原始面貌的情況下,開展了農村生活污水集中處理的探索。

        3、天津市薊州區桃花寺村

        天津市薊州區桃花寺村有農戶 89 戶,居民 290人,主要經營農家樂等旅游產業,工程日處理生活污水 50t。整個村莊采用歸一模塊化的處理方式,每家產生的生活污水依靠地勢差自流式原理依次經過水解槽、地下管網、調節池后進入由 6 臺新型凈化槽串并聯組合的系統,其中 3 臺凈化槽串聯后與另外 3 臺串聯的凈化槽進行并聯,可以通過調節各凈化槽的曝氣方式,實現 A/O/A/O 工藝,達到低能耗脫氮效果,也可以根據污染物濃度或水量的變化,實現全曝氣好氧過程,達到更高的處理能力,使出水達標排放。

        3 是天津市薊州區桃花寺村日處理 50,t 生活污水的進出水水質,可以看出出水水質較好,但對于水源地區域來說,富營養化的問題需要引起重視,即使出水中磷含量只有 5,mg/L,也需要進一步處理??紤]到長期穩定的處理效果,電解法和濕地都有各自的缺點,所以研究團隊采用化學方法,投加與磷含量相匹配的硫酸鐵,使水中離子態的磷酸根離子與鐵離子作用生成難溶解的磷酸鐵沉淀。

        具體措施是向其中一列 3 臺串聯的凈化槽系統中前端凈化槽中投放藥劑硫酸鐵,溶解后的鐵離子隨水流在之后的多級凈化槽中與水中的磷酸根離子發生作用,實現沉淀除磷,而另一列串聯凈化槽中不投放藥劑。通過該對比實驗發現,由于磷含量低,投加的少量硫酸鐵對微生物的代謝沒有影響,而產生的難溶解的磷酸鐵隨凈化槽出水排放到環境中,但是難溶解的磷酸鐵即使進入水體也不會像離子態磷酸根離子一樣造成嚴重的水體富營養化。該示范工程證明開發的多臺串并聯系統不僅投資成本低,工期短,而且運行費用較低,還可以與反硝化作用和化學除磷法結合,實現較好的脫氮除磷效果。

        4、山東省德州市雙一集團

        由于我國經濟的飛速發展,在廣大農村地區也有很多工業園區或者小型企業,它們距離城鎮污水處理廠較遠,產生的生活污水如果直接排放,也同樣會污染環境,迫切需要處理。本研究團隊開發的多臺凈化槽串并聯處理系統能夠靈活地根據不同廠區的大小或車間的職工人數確定處理規模,從而選擇不同的串并聯形式,有效地進行原位處理,節省管網建設費用。

        2014 年在山東省德州市雙一集團的兩家分廠分別安裝了 6 套凈化槽串并聯處理系統,處理生活區和車間產生的污水,日處理水量為 1224t。2014 12 21 日安裝了日處理 18t 的處理系統,安裝完后隨即啟動微生物的掛膜,盡管是冬季,生物掛膜速度較慢,但處理效果越來越好。

        投菌后由于氣溫很低,一個半月后出水仍然顯黃,從右向左依次為化糞池出水、前端凈化槽中區域的水樣、后端凈化槽中第三個區域的水樣,經實驗分析出水水質 BOD 5 6.5mg/L,NH 3 -N 5.2mg/L。

        2016 5 月對另一家分廠的 5 個車間和 3 個食堂產生的生活污水進行了處理,直接在車間的附近分別串聯安裝了五套新型凈化槽系統,夏季啟動反應器,啟動速度很快,一個月后出水變得清澈透明,BOD 5 達到了一 級B 排放標準,為企業創造了環保效益,實現了政府規定的水質排放要求。

        五、結

        未來我國農村生活污水的處理將是環境保護工作中 心領域,然而為了保證工程能夠長期、有效地運行,迫切地需要形成一套完善的理論體系和可靠的技術保障。農村生活污水的歸一模塊化處理模式是本研究團隊在長期的理論探索和工程經驗總結的基礎上提出的,適合處理不同地域、不同生活模式下產生的農村生活污水,而且對分散的企業產生的生活污水同樣具有很好的原位處理效果。應用該模式進行生活污水的處理,兼顧了節能和減排,并且能夠長期穩定運行,出水水質均達到了GB 189182002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一 級B 標準,具有很大的商業化推廣價值和前景。實踐已經證明歸一模塊化處理理論的科學性和合理性,必將成為我國農村生活污水處理的重要模式。

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