隨著我國工、農業生產的發展,人口的增長,環境污染問題日益嚴重,由于我國目前工業污染對農業生產的影響比較大,在一定程度上掩蓋了農業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化問題的重要原因之一。農村生活污水是造成農村水環境污染的原因之一。雖然農村人口分散,但由于人口數量多,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境的重要原因,且隨著農業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
在我國沈陽西部的滯洪區建的面積約為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、經濟效益顯著的優點。它有主系統,調節系統,輔助系統構成。沈陽這一土地處理系統的主系統為水稻田;調節系統為耐污耐濕的紫穗槐及垂柳林地,主要調節主系統的水力負荷和污染負荷;輔助系統包括周圍預處理池、上水溝、側滲溝、養魚池等。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,最后進入養魚池。
該系統每年在植物生長季節運行120～200d,在植物非生長季節采用快速滲濾系統處理。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
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。該系統一般由預處理池、滲濾池、集排水系統、貯存塘等部分組成。據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
這種砂濾系統是土地處理系統的一種,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,達到凈化的目的。它的凈化機制與其它土地處理系統大致相同。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進行了闡述,見表1。
1.4濕地系統
蘆葦處理床。蘆葦滲濾濕地土地處理系統是由葦地處理床的土層介質滲濾而達到處理廢水的目的。它一般有預處理、布水系統,葦地處理床,集排水系統組成。圖1是蘆葦滲濾濕地處理系統的一個切面圖。
系統出水的COD、總氮、總磷的去除率一般可達80%～90%。這類處理系統已經在天津獲得應用。濕地系統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域。
人工復合的生態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。布水區和集水區分別填充直徑為2～5cm的卵石,寬度為40cm。在集水區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。
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
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,污水中的營養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
澳大利亞科學家和工業研究組織(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”,稱之為“FILTER”高效、持續性污水灌溉新技術,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。該系統一方面可以滿足作物對水分和養分的要求,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,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鎮生活污水,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蚯蚓生態濾池處理系統
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,現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,生態濾床和排水裝置三部分組成。生態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�，F已進行蚯蚓生態濾池的中試研究,根據運行試驗的情況來看,此系統很適合于處理農村生活污水。筆者現在已經對此技術進行了進一步的改進,提出了塔式生態濾池(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的有機聯合,此項技術正在申請專利。
3生態廁所技術
生態廁所(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。
生態廁所特點:不需要用水,節約了大量的水資源;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,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,節省運行費用;可與其他技術組合使用。
5“LIVINGMACHINE”生態處理系統
近年來,在美國、加拿大、英國、澳大利亞等國家出現了一種叫“LIVINGMACHINE”的生態系統,是用于工業和生活污水的處理。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,它的設計和施工的原則均是利用自然生態系統將污水凈化,是一個較為完善的生態系統。在這個系統中,設計者將很多種類的動植物集中在一起,使之形成一個連續反應的封閉循環,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體和病原體,并使它們消化在一個連續的食物鏈中。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,將對水中的營養物繼續分解,隨后污水流經地下濕地,通過植物根系作用及沙石的過濾,硝化物在此轉變為氮氣,污水被初步凈化。這種污水處理的生態系統有美觀、耐用、體積小、費用低特點。具體參見污水寶商城資料或http://m.dongaorq.cn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,開發適合于農村污染治理的新技術顯的尤為重要和緊迫。
