浅析我国农村生活污水处理存在的问题和改善措施.docx
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浅析我国农村生活污水处理存在的问题和改善措施
浅析我国农村生活污水处理
存在的问题和改善措施
作者:
黄格
(武汉天源环保集团有限公司,湖北武汉,430000)
摘要:
目前,我国农村水环境质量普遍很差,已严重影响到农村居民的居住环境,甚至造成了地下水污染,继而影响到人民群众的身体健康。
其次,农业农村面源污染已占到水污染负荷的重要比例,加强农村污水治理不仅关系到社会主义新农村建设,也关系到整个经济发展。
为了改善我国的水环境、保护水资源,对资金有限,技术力量薄弱的中小城镇和农村,在学习国外成功和先进经验的基础上,应采经济、简易、节能和有效的处理技术,与当地的生态农业相结合,在污水处理的同时实现污水的无害化和资源化,实现水的良性循环和水资源的可持续利用。
关键字:
污染;农村污水;处理技术
AnalysesTheExistingProblemsAndImprovingTheRuralSewageTreatmentMeasures
Author:
HUANGGE
(WuhanTianyuanEnvironmentalProtectionGroupCo.,Ltd,HuBeiWuhan,430000)
PickTo:
atpresent,China'sruralwaterenvironmentalqualityingeneralisverypoor,hasseriouslyaffectedtheruralresidents'livingenvironment,evencausedthepollutionofgroundwater,whichinturnaffectpeople'shealth.Second,agricultureandruralareasnon-pointsourcepollutionisimportantproportionofthewaterpollutionload,strengthenruralsewagetreatmentnotonlyrelatestothesocialismnewruralconstruction,butalsotothedevelopmentoftheeconomyasawhole.Inordertoimproveourcountry'swaterenvironment,protectionofwaterresources,thelimitedfunds,technicalforceisweakofsmallandmedium-sizedtownandcountry,andonthebasisoflearningsuccessfulforeignexperienceandadvanced,andshalladopteconomicandsimple,energysavingandeffectiveprocessingtechnology,combinedwiththelocalecologicalagriculture,inthesewagetreatmentatthesametime,non-hazardousdisposalandreuseofsewage,realizethebenigncirculationofwaterandthesustainableutilizationofwaterresources.
KeyWords:
pollution;Ruralsewage;Processingtechnology
农村生产污水包括畜禽养殖业、水产养殖业、农产品加工等产生的高浓度有机废水以及农业生产过程中的耕地径流水。
近年来,由于禽畜养殖业从分散的农户养殖转向集约化、工厂化养殖,禽畜粪便污染大幅度增加,成为一个重要的污染源。
如北京近郊禽畜养殖场排放的有机物污染,相当于全市工农业生产污水和生活废水中所含的有机污染物的一倍。
滇池流域的农业面源污染构成中,种植业径流贡献氮磷总量为2873.5吨,占60.9%。
农村污水量大面广,污水中大量氮、磷等污染物质,加重接纳水体污染,造成水体水质恶化,威胁农村饮水水质和水量,影响村民居住环境,严重威胁农民的身体健康。
再者,农村缺乏水循环利用的观念,从而造成水资源浪费。
因此,在我国开展社会主义新农村建设和发展现代农业进程中,为了避免因农村污水未经处理直接排放而对农村地区的水体、土地等自然环境产生污染影响和流域发生富营养化,确保农村水源安全和农民身体健康,是新农村建设中加强基础设施建设,推进村庄整治工作的一项重要内容,同时也是当前农村人居环境改善工作中所要解决的突出问题,具有重要的现实意义。
本文对国内外一些适合处理农村分散生活污水的技术及其特点进行了归纳和分析,并提出了加快农村生活污水处理的政策途径。
1、我国农村污水现状和排放特点
1.1、我国农村污水现状
(1)、污染源分散,种类繁多
农村水环境问题情况复杂,既有点源污染又有面源污染,既有农村内部的问题也有来自工业和城市的问题,而且涉及多个部门和领域。
且污染源分散、种类繁多,除了来自人粪便、厨房产生的污水外,还有田间化肥农药、家庭清洁、生活垃圾堆放渗滤而产生的污水。
据统计,太湖洗衣废水占生活污水的21.6%,巢湖、滇池大约为17.9%。
(2)、地区差异较大
我国地域发展不平衡,不同地域间农村的经济水平、地理位置、气候等差别较大,加之农村长期以来形成的居住方式、生活习惯等方面的差异较大,导致水污染情况不同。
如经济落后的地区主要为生活污水,而较发达地区还包括工业排污。
(3)、排放系统不完善,处理率低
目前农村一般无完善的污水排放系统,部分靠近城市、经济发达的农村建有合流制排水管网;一些村庄利用自然沟或撇洪渠铺设简易的排水管渠,污水就近排入各沟渠;大部分农村的污水任意流淌,无排水系统;自然村落布局零乱,排污口分布乱。
据调查,北京、西北地区(甘肃和宁夏)、华北地区(山东和河北)、山西、新疆农村分别有20%、58%、23%、2%及30%的农户生活污水自由流淌,山西89%的农户将污水排入户外水沟。
建设部《村庄人居环境现状与问题》调查报告,对我国具有代表性的9个省43个县74个村庄的入村入户调查显示,96%的村庄没有排水渠道和污水处理系统,生产生活污水随意排放。
一些经济发达地区的农村,例如广东珠江三角洲的农村,虽建有公共下水管道,但农户污水进入公共下水管道后不进行任何处理,直接进入水体。
1.2、排放特点
农村污水的水量、水质及排放随地区、经济等不同而不同,但具有以下共同特点。
(1)成分复杂,氮、磷浓度相对较高,可生化性强。
如福建省九龙江2004年5月份的农村生活污水中,总氮(TN)平均浓度为18.24mg·L-1,总磷(TP)平均浓度为1.34mg·L-1;8月份总氮平均浓度为21.93mg·L-1,总磷平均浓度为2.75mg·L-1[4]。
一般地,当
BOD5/CODCr>0.15时(BOD5为五日生化需氧量,以下简称BOD,CODCr为化学需氧量,以下简称COD),意味着有机污染物为易生化降解物质。
据调查,滇池湖滨地区农村BOD5/CODCr比值平均高达0.78,可见农村污水较易生化降解。
(2)管网收集系统不健全,粗放型排放,污水流量小,面广分散。
农村污水排放途径主要为直接泼洒于地面或倒入村落沟渠中[5]。
另外污水排放量小,据统计,中国城镇人均用水量为每日212L(含公共用水),农村居民人均用水量为每日68L。
(3)间歇排放,有其日排放规律,日变化系数大。
村庄生活污水总氮、氨氮、总磷等各项水质指标浓度变化基本反映了居民的生活方式及作息规律。
如福建省九龙江流域,总氮、总磷与氨氮浓度均在中午12时前后与下午6时至8时达到峰值,浓度变化表现为从早上到晚上呈上升趋势。
夜间居民没有作业,污水浓度持续下降,至第2天早晨达到最低点。
水质及水量昼夜变化较大,日变化系数可达3.5~5.0。
2、我国农村污水处理与资源化
2.1现状
目前,我国农村污水总纳管率低,就地处理率低,直排率高,小型污水处理站的专业化管理较差,出水水质达标率低。
以发达地区上海市为例,据统计,上海市农村污水的平均纳管率仅为9.1%,就地处理率较低,仅为27.3%,有专业化管理的农村生活污水处理站只占22.2%,出水水质达标的小型污水处理站占44%。
我国从上个世纪80年代开始开展生活污水分散处理技术的开发和研制工作,许多形式各异的无动力或微动力的低能耗型一体化污水处理装置得到应用,例如,厌氧沼气池、人工湿地处理技术、地下土壤毛管渗滤法、稳定塘等。
随着社会主义新农村建设在全国的陆续开展,国家对农村生态环境的重视程度也逐步提高。
2006年国家环保总局颁布了《国家农村小康环保行动计划》,指出优先在我国农村水环境污染较严重的地区及水污染治理重点流域,建设农村生活污水处理示范工程;计划到2010年,完成1万个行政村污水处理设施示范建设。
目前,在太湖流域及滇池流域的农村地区,已经进行了农村污水处理示范工程建设。
在浙江、江苏、青岛、武汉等省市也建设了相关的农村污水处理示范工程。
2.2存在问题
我国农村污水处理与资源化工作起步较晚,加之多数农村地区经济落后,技术和管理水平低,因此在实践中存在不少问题。
多数农村地区尚未建立污水处理和资源化设施,有些地区尽管建立了示范性的设施,但由于种种原因使得相关设施未能正常运转,造成了财力物力的极大浪费。
(1)农民思想上不重视。
部分乡镇、村一级干部重视程度不够,认识不到农村污水处理与资源化的重要性,知识水平上又有其局限性,因而对农村污水处理与资源化不够积极。
特别是经济不发达地区,不少农民仍然只关心经济收入,环境保护意识还没有深入人心。
另外,涉及到征用污水治理设施建设用地时难度也很大。
(2)资金短缺。
生活污水治理设施的建设、运行、维护等费用高,对于广大农村是一笔不小的负担,靠政府下拨资金远远不够,农村居民也不太愿意出资。
例如在上海市新农村建设中,小型污水处理站的建设和运营费用主要是政府出资。
调查表明:
47.2%的居民不愿意缴纳小型污水处理站的建设以及运营费用,30.2%的居民视收费数目而定,而明确表示愿意缴纳费用的只占22.6%。
总体上说,多数农村居民不愿意缴纳小型污水处理的建设以及运营费用[9]。
可以说,资金问题已成为我国农村生活污水治理的首要问题。
(3)处理技术与资源化模式问题
目前我国农村污水处理技术仍处于探索阶段,尚缺乏适合大范围推广的技术。
大部分工艺都套用城市污水治理模式,未能结合农村污水的水质水量特点,寻找到适合处理农村污水的建设成本低、处理效果好、运行无费用或低费用、特别适宜全市推广的工艺模式。
农村污水处理后,循环利用不多,资源化率低。
此外,对工程的
设计、施工、评价指标、验收也缺乏统一标准。
(4)管理上的缺陷
农村的环境保护机构不健全,缺乏专业的环保人才。
在新农村建设过程中,有关环保方面的工作通常都由村领导代为管理,由于其重经济轻环保,而导致农村环境管理混乱,水污染问题突出。
另外从试点农村生活污水处理设施运行情况来看,仍然存在两方面问题:
一是管理责任人不明确,二是后续运行、维护资金来源问题。
3国内外农村污水处理与资源化对策
3.1、国外农村生活污水处理技术路线
污水处理最高的目标是实现资源消耗减量化(Reduce)、产品价值再利用(Reuse)和废弃物质再循环(Recycle),水资源的利用要实现从“供水—用水—排水”的单向线性水资源代谢系统向“供水—用水—排水—污水回用”的闭环式水资源循环系统过渡[4](P21-27)。
对于农村的分散生活污水,工艺简单、处理效果有保证、运行维护简便的分散型污水处理系统(DecentralizedSanitationandReuse,DESAR)是一种具有最佳综合效益的选择,它包含污水处理和资源化利用双重意义,强调分质就地处理和尽可能回收营养物质
国外一些国家在农村分散生活污水处理技术的研究和应用方面,积累了许多经验,值得学习和借鉴。
(1)、美国自19世纪中叶就对农村污水处理问题给予了关注,开始建设农村污水处理设施。
目前美国政府对简易且经济有效的分散型污水处理系统的应用进行积极的鼓励和引导,分散型污水处理系统在美国农村水污染控制方面发挥着很重要的作用。
美国国家环保(EPA)于2002年发布了《污水就地处理系统手册》,2005年发布了《分散式污水处理系统管理手册》。
美国在农村污水处理方面值得借鉴的经验有:
(1)多级别的管理模式,环保局提出5种管理模式(表1),管理程度可随着处理系统的复杂性及其对周围环境的敏感性增加而增强。
(2)多层次的行政责任机制和运营体系。
美国主要的管理实体类型有联邦、州和民族地区的行政部门、地方政府的办事机构、特别目的区(例如卫生设施区)和公共事业实体以及私有运营管理实体等。
在开发和执行污水处理系统管理项目上具有不同的分工,其权利由联邦和州政府通过法律法规来界定。
(3)多渠道的融资手段。
环保资金一部分来自联邦和州政府的滚动资金,另一部分来自国家环保局、农业部、房屋和城市发展部以及州政府的资助等。
表1美国分散污水处理系统的多级别管理模式
管理模式
具体内容
适用范围
户主自觉制
户主个体拥有并负责操作处理系统
环境敏感度相对低的区
保养合约制
由合格的技工提供对系统适当且及保养服务,户主与技工间可签保养合约
较复杂的处理系统
操作准许制
给户主签发限期的操作准许证,在系统
尚符合要求下,操作准许证可重签
水质重要的区域
管理实体负责操作和保养制
把系统操作准许证签发给负责管理的
实体而非处理系统拥有者,即户主
需要高频率、高可靠性保养的系统且敏感环境区
负责管理实体所有权制
由负责管理的实体拥有、操作并保养处
理系统,户主的责任制被完全替代
最敏感的环境地区
(2)澳大利亚为解决农业用水紧张和农业污水问题,进行了不少有益的探索。
该国联邦科学和工业研究组织(CommonwealthScientificandIndustrialResearchOrganization)提出了Filter处理工艺,是一种“过滤、土地处理与暗管排水相结合的污水再利用系统”,其目的主要是利用污水进行作物灌溉,通过灌溉土地处理后,再用地下暗管将其汇集和排出。
Filter系统对生活污水的处理效果好,其运行费用低,特别适用于土地资源丰富、可以轮作休耕的地区,或是以种植牧草为主的地区。
该系统对总磷、总氮、BOD5和化学耗氧量COD的去除率分别能达到97%~99%、82%~86%、93%和75%~86%。
(3)日本政府从1973年开始进行“农村集落排水工程”建设,主要是集中处理农村生活排水,包括农村居民和农村行政事业单位的生活排水。
日本农村污水处理协会主要负责日本乡镇污水处理的技术发展工作,研究了一系列适合于农村城镇中应用的污水处理设备。
例如,日本独立发展的净化槽(johkasous),广泛应用于生活污水处理。
一种是“tandoku-shori”净化
槽,仅用于厕所冲洗水的处理;另一种是“gappei-shori”净化槽,用于混合的生活污水处理,处理后污水BOD小于20mg·L-1。
近年来,新型的膜分离技术槽在日本已被开发出来并得到实际应用,用于BOD与氮的深度处理[14,15]。
土壤地下渗滤处理系统也是日本开发的一种浅层土壤处理系统,其工艺原理是将污水有控制地投配到具有一定构造和良好扩散性能的土层中,利用土壤毛细管浸润扩散原理,通过生态系统的物质循环和能量流动,逐级降解、净化。
日本发明的生态厕所(Biotoilet),通过有氧微生物的放热发酵,将排泄物转化为无臭味的气体(水和CO2)和较干燥的有机肥,从而有效地减少了污水排放。
(4)针对偏远地区的污水处理问题,德国从2003年起开始进行“分散市镇基础设施系统”项目研究,有关技术目前已基本成熟。
该系统采用的办法是在没有接入排水网的偏远村镇里建造先进的膜生物反应器,平时把雨水和污水分开收集,然后通过膜生物反应器净化
污水。
这一系统不仅可以降低污水处理成本,还能在净化污水的过程中获得氮气,从而达到使污水变成变的目的。
德国也最早开展了潜流型人工湿地处理污水的研究,污水在湿地床的表面下流动,利用填料表面生长的生物膜、植物根系及表层土和填料的截留作用净化污水。
根据污水在湿地中流动的方向不同,可将潜流型湿地系统分为水平潜流人工湿地和垂直潜流
人工湿地两种类型,潜流型人工湿地的显著特点之一就是其对有机污染物有较强的降解能力,有效去除污水中的氮、磷。
(5)另外,还有以下几种分散型污水处理系统:
例如美国加州大学伯克利分校的Oswald提出并发展的高效藻类塘],该系统是对传统稳定塘的改进,可以充分利用菌藻共生关系对污染物进行处理;荷兰的Pasveeer教授研制的一体化氧化沟[18]是一种集曝气、沉淀、泥水分离、污泥回流等功能于一体的技术,适合中小型污水处理厂的应用;法国和智利研究开发了
蚯蚓生态滤池污水处理技术,是根据蚯蚓具有提高土壤通气透水性能和促进有机物质的分解转化等功能而设计,是一种既可高效、低能耗地去除城镇污水中的污染物质,又大幅度降低了剩余污泥处理和处置费用的全新概念的污水处理工艺。
3.2、我国在农村生活污水处理方面的探索
我国从上个世纪80年代开始开展生活污水分散处理技术的开发和研制工作,许多形式各异的无动力或微动力的低能耗型一体化污水处理装置得到应用,但目前该分散技术的使用率较低,还存在许多问题。
一方面,生物处理效率较低,尤其表现为氮磷去除率很低。
氮磷污染是导致水体富营养化的主要原因,如果在此技术上不能取得突破,这类技术的应用前景必然会受到限制。
另一方面,目前实施的分散污水处理只是初步实现了分散污水的收集、处理和排放,远未实现分散处理的真正目的——再利用(Reuse),即将污水就地处理和就地回用,实现污水资源化。
鉴于农村生活污水的问题日益严重,迫切需要采取积极的措施。
近年来,随着地方经济实力的增强,尤其是发达省份在经济发展到一定阶段以后,逐步认识到农村生活污水处理问题的重要性,并开始采用一些实用、合理、低能耗和低运行费用的技术来处理污水;一些人口密集的欠发达地区也认识到,如果不对农村生活污水采取有效处理,会触发农村医疗和经济建设等方面的系列问题,甚至造成传染病的产生与扩散,因而,提高了对农村生活污水处理问题的重视程度。
(1)、厌氧沼气池处理技术
在我国农村生活污水处理的实践中,最通用、节俭、能够体现环境效益与社会效益结合的生活污水处理方式是厌氧沼气池。
它将污水处理与其合理利用有机结合,实现了污水的资源化。
污水中的大部分有机物经厌氧发酵后产生沼气,发酵后的污水被去除了大部分有机物,达到净化目的;产生的沼气可作为浴室和家庭用炊能源;厌氧发酵处理后的污水可用作浇灌用水和观赏用水。
在农村有大量可以成为沼气利用的原材料:
农作物秸秆和人畜粪便等。
研究表明,农作物秸秆通过沼气发酵可以使其能量利用效率比直接燃烧提高4~5倍;沼液、沼渣作饲料可以使其营养物质和能量的利用率增加20%;通过厌氧发酵过的粪便(沼液、沼渣),碳、磷、钾的营养成分没有损失,且转化为可直接利用的活性态养分——农田施用沼肥,可替代部分化肥。
沼气池工艺简单,成本低(一户约需费用一千元左右),运行费用基本为零,适合于农民家庭采用。
而且,结合农村改厨、改厕和改圈,可将猪舍污水和生活污水在沼气池中进行厌氧发酵后作为农田肥料,沼液经管网收集后,集中净化,出水水质达到国家标准后排放。
沼气池处理技术已在我国一些地方得到了有效推广和使用。
浙江全省有352个村实施了生活净化沼气工程,累计建成沼气池83.3万立方米,年处理生活污水8170万吨,年产沼气4295万立方米,年可替代标准煤近3万吨[12]。
四川省结合新农村建设,开展“乡村清洁工程”,以户或联户为单元,建设沼气池和生活污水厌氧净化池,有效解决人畜粪便、生活污水、垃圾污染等农村环境难题,出现家园清洁和村容整洁的新面貌。
(2)、稳定塘处理技术
在我国,特别是在缺水干旱地区,稳定塘是实施污水资源化利用的有效方法,近年来成为我国着力推广的一项技术。
与传统的二级生物处理技术相比,高效藻类塘具有很多独特的性质,对于土地资源相对丰富,但技术水平相对落后的农村地区来说,是一种较具推广价值的污水处理技术。
李旭东等采用高效藻类塘系统处理太湖地区农村生活污水,CODcr的平均去除率在70%以上,氨氮(NH3-N)的平均去除率高达93%,磷的平均去除率为55%[13](P61-64);陈鹏采用高效藻类塘处理城市生活污水,取得了稳定的处理效果:
CODcr、BOD5、NH3-N和TP的平均去除率分别达到75%、60%、91.6%和50%[14]。
(3)、人工湿地处理技术
目前,北京、深圳等城市都采用了这一技术处理生活污水。
云南省澄江县抚仙湖边的马料河湿地工程于2003年10月建成运行,每天可净化污水4万多立方米,净化后的水质优于地表水三类标准。
有关研究表明[15](P1-8),在进水污染物浓度较低的条件下,人工湿地对BOD5的去除率可达85%~95%,对CODcr的去除率可达80%以上,对磷和氮的去除率分别可达到90%和60%。
(4)、土壤渗滤技术
地下土壤渗滤法在我国日益受到重视。
中科院沈阳应用生态所“八五”、“九五”期间的研究表明,在我国北方寒冷地区利用地下土壤渗滤法处理生活污水是可行的,且出水能够作为中水回用[16](P111-119);1992年北京市环境保护科学研究院对地下土壤毛管渗滤法处理生活污水的净化效果和绿地利用进行了研究[17](P4-7);清华大学在2000年国家科技部重大专项中,首先在农村地区推广应用地下土壤渗滤系统[18](P57-61),取得了良好效果:
对生活污水中的有机物和氮、磷等均具有较高的去除率和稳定性,CODcr、BOD5、NH3-N和TP的去除率分别大于80%、90%、90%和98%。
(5)、蚯蚓生态滤池污水处理技术
这项技术是污染控制与资源化研究国家重点实验室、南京大学环境工程系苏东辉等人提出的,适用于50户~300户的集中型农户的污水处理系统,现已经在太湖流域农村建立了示范工程。
该示范工程将农户现有的化粪池改造后,或直接加以利用,用强化沟替代农户的沟渠或排污管,出水进蚯蚓生态滤池。
该技术运用到农村生活污水的处理中,已经取得很好的效果。
滤池主要由布水装置、生态滤床和排水装置三部分组成。
生态滤床从下层依次往上是:
大石头(鹅卵石,直径4cm~7cm),小石头(直径1cm~3cm),沙子和土壤层,此层也可以是蚓粪层,是蚯蚓活动的主要场所,土壤上面可以种植一些植物。
现已进行蚯蚓生态滤池的中试研究,根据运行试验的情况来看,此系统很适合于处理农村生活污水。
(6)、“生物+生态”处理及综合利用技术
东南大学李先宁等人,针对低处理成本、高氮磷去除要求,在江苏省宜兴市大浦镇沿太湖农村生活污水处理示范区14个村,具有明显的冬冷夏热气候特征等条件下,采用“生物”和“生态”相结合的处理方式,以开发和研究“厌氧水解、跌水充氧接触氧化、折流人工湿地组合技术”、“塔式蚯蚓生态滤池组合技术”及“厌氧发酵、生态土壤及蔬菜种植组合技术”3项污水处理核心技术为中心,结合7项辅助技术,把污水处理与农村村落微环境生态修复、生态堤岸净化、
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