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“十二五”水污染治理國家科技重大專項成果助力農村生活污水治理  
2018年-09月-11日   點擊率:2664 
                         

   生活污水收集難、處理效果差是長期以來農村地區環境治理面臨的問題。資料顯示,2016年年末我國城市共有污水處理廠2039座,年污水處理總量448.8億立方米,處理率為93.44%,但在農村,對生活污水進行處理的行政村比例僅為20%。部分鄉村污水處理設備因缺乏資金和專業化管理養護人才,未能正常運行。而大多數農村污水仍就地排放,黑水漫流現象屢見不鮮,水環境遭到明顯破壞,農村地區發展受到制約。
    針對上述突出問題,“十二五”水體污染控制與治理國家科技重大專項2012年設立了“竺山灣農村分散式生活污水處理技術集成研究與工程示范”課題。該課題聚焦農村生活污水處理技術,針對小型分散式農村生活污水處理、村落(保留村)生活污水相對集中處理和村落無序排放污水處理3種排放類型,課題組創新地提出了生物生態組合工藝,形成了“工藝簡單,操作管理方便,氮磷資源化,整體景觀化、園林化”的“污染凈化型農業”農村生活污水處理體系。同時,課題組選取了太湖流域這一典型區域進行研究,緊密聯系“三農”,建成了一批具有示范意義的項目,為太湖流域的水污染防治工作提供了科技支撐。

    無序排放污水,多級攔截顯成效
    不同于城市相對完善的污水管網體系,農村的基礎設施建設,尤其是管網建設較為落后,不具備城市雨污分離的處理條件,降雨和無序排放的生活污水自然混合,或者溶解農田面源污染物,形成無序排放污水,進入當地水環境中。課題負責人呂錫武教授介紹,無序排放污水一般都富含氮磷,直接排入河道會對水環境產生不利的影響,完全可以通過種植蔬菜、水生植物變廢為寶,發展污水凈化型農業,不給處理留尾巴。
    為了解決這個問題,課題組以“攔截、凈化、利用”為研究理念,以改進的O-A-O水生蔬菜型人工濕地為核心技術,成功研發出“村落無序排放污水收集處理及氮磷資源化利用技術”。這項技術充分利用農村的地形地勢及地域特征,構建包含地表徑流生態攔截溝、生態凈化塘、水生蔬菜型人工濕地等組成的多級攔截系統,通過生物及生態的多重作用,在有效削減村落無序排放污水有機物及氮磷等污染負荷的同時,實現部分氮磷的資源化利用。
    根據課題組的示范工程數據,整體來看,無序排放生活污水及降雨初期徑流經收集和生物生態處理后, COD(化學需氧量)、TP(總磷量)、TN(總氮量)去除率達到62%左右。O-A-O水生蔬菜濕地這一處理環節在水力負荷為0.3 立方米/(平方米·天)時,對COD、TN、TP的去除率分別可達51%、69%、76%。

    高效脫氮除磷,村落集中處理
    隨著太湖流域城市化水平的提高和撤鄉并鎮進程的加快,類似城鎮的村落、保留村等集中居住社區迅速發展,但其生活污水收集和處理率較低。而現有的城鎮污水處理工藝和管理技術不適應村落、保留村等農村社區的發展需求,主要原因是城鎮污水處理廠工藝復雜,需要專業化管理,無法照搬應用于農村生活污水的治理中。
    課題組在充分調研的基礎上,準確識別了當地村落(保留村)生活污水相對集中處理的需求,有針對性地研發了“功能強化型生化處理+階式生物生態氧化塘村落污水組合處理技術”,有效融合了生物處理和生態處理技術,采用“農村污水-格柵-初沉調節池-生物處理-階式功能強化型生物生態氧化塘”工藝流程,利用功能強化型的生物處理單元去除有機物及部分氮磷,出水緊接著進入功能強化型階式生物生態氧化塘,在微生物硝化反硝化及植物的作用下進一步削減氮、磷等污染物。
    本技術在環保性、成本控制和處理效果方面表現也頗為亮眼。相比傳統生化工藝,本技術運行程中無需投加化學藥劑,基本無需排泥,更加安全環保。處理成本主要為生態塘內動力設備能耗費用,平均噸水處理成本為0.104元。成本更低的同時,處理效果并沒有打折扣。當水力停留時間為兩天時,平均出水COD、TN、TP去除率相對于生物處理的尾水分別為30%、40%、37%左右,出水至少8個月可達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級A標準,其余時間達到一級B標準,能夠較好地實現污水凈化及節能降耗的目標。

    生物生態結合,構建污染凈化型農業
    課題組取得的標志性成果之一就是成功研發了“厭氧-好氧-濕地 生物生態組合技術”,為解決農村分散式生活污水處理問題提供了思路。
    課題組充分結合我國國情,本著“因地制宜、高技術、低投資與運行成本、資源化利用”的可持續發展原則,另辟蹊徑,研發了可以避免國外方案弊端的新技術。在保證出水穩定達標的基礎上,規模化城市污水處理廠需要專業化管理,不適用于農村分散式污水,針對此問題,課題組秉承“生物單元重點處理有機污染物,生態單元資源化利用氮磷”的理念,采用“農村污水-格柵-厭氧-缺氧-好氧-經濟型人工濕地”的工藝流程,生物單元不設計除磷脫氮功能,充分發揮其簡易高效降解有機物的特點,同時以跌水曝氣替代傳統鼓風曝氣方式,實現節能和工藝簡化;生態單元通過開發具有較高氮磷吸收能力和適于在人工濕地內種植的經濟型作物,實現氮、磷資源化,構建污染凈化型農業。
    經測算,農村小型分散式生活污水經過“厭氧-好氧-濕地 生物生態組合技術”工藝處理后,COD去除率大于85%,BOD5(生化需氧量)去除率大于90%,SS(懸浮物)去除率大于90%, NH4+-N(游離態氨)去除率大于95%,TN去除率大于80%,TP去除率大于85%,處理效果顯著。而處理成本主要包括建設、處理和運行三方面,建設成本低于1萬元/噸;直接水處理成本小于0.15元/噸;整個工藝系統全程僅需1個水泵自控運行,不需要混合液回流與污泥回流,不需要機械曝氣,較傳統生活污水處理工藝(以A/A/O工藝為例)節能50%以上,污水處理裝置可節地20%以上。如利用地形條件,甚至可免去水泵,進一步降低直接運行費用。
    “經濟效益則主要由種植的植物決定,以空心菜和水芹菜輪種為例,每年空心菜產量可達8000斤/畝,水芹菜1000斤/畝,可產生的經濟收益不低于1萬元/畝。”課題負責人呂錫武教授介紹。

    真金不怕火煉,成果應用廣泛
    課題組選取太湖流域這一典型區域進行研究,圍繞有效削減農村生活污水污染負荷,建成了一批示范工程,在太湖流域建成的小型分散式農村生活污水處理示范工程已近272座,總規模5230立方米/天。
    同時,題組目前已建成27座村落污水相對集中處理示范工程,總規模3066立方米/天,位于常州市武進區、南京市高淳區等地,服務人口近4萬人。課題組結合太湖流域村落無序排放污水的情況,選取了宜興市周鐵鎮、昆山市巴城鎮等地建成了3套示范工程。
    在低建設、低運行成本、易維護的前提下,課題實現了污水處理生態化、景觀化、園林化和氮磷資源化,為太湖流域水質改善乃至全國農村生活污水治理提供了技術支撐。

 

 
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