随着我国工、农业生产的发展,人口的增长,环境污染问题日益严重,由于我国目前工业污染对农业生产的影响比较大,在一定程度上掩盖了农业本身的非点源污染矛盾,致使后者成为潜在威胁并已经造成了恶果,例如,非点源污染是造成太湖,滇池等湖泊的富营养化问题的重要原因之一。农村生活污水是造成农村水环境污染的原因之一。虽然农村人口分散,但由于人口数量多,几乎没有任何生活污水收集和处理措施,使农村生活污染源成为影响水环境的重要原因,且随着农业生活方式的改变而加剧。
1以土地处理为主的治理技术
1.1慢速渗滤土地处理系统
在我国沈阳西部的滞洪区建的面积约为700hm2的慢速渗滤土地污水场,可以简化用于农村生活污水的处理。赵思平等对此处理场在城市污水土地处理方面的应用进行了阐述。慢速渗滤是土地处理污水技术中最广泛应用的一种类型。它具有易管理、经济效益显著的优点。它有主系统,调节系统,辅助系统构成。沈阳这一土地处理系统的主系统为水稻田;调节系统为耐污耐湿的紫穗槐及垂柳林地,主要调节主系统的水力负荷和污染负荷;辅助系统包括周围预处理池、上水沟、侧渗沟、养鱼池等。污水经沉淀、氧化预处理后,进入上水主渠,然后再进入田间内等间距并行排布的上水支渠,这样污水均匀的进入地块。污水经处理后由侧渗沟排出,汇入总排水沟,最后进入养鱼池。
该系统每年在植物生长季节运行120～200d,在植物非生长季节采用快速渗滤系统处理。该场年总进水量为130000多m3,进水水质的SS,BOD5,COD,K-N,K-P分别为122mg/L,106.2～168mg/L,258～539mg/L,16.67～76.70mg/L,1.78～17.15mg/L,经稻田处理平均处理率分别是42.2%,97.0%,86.9%,90.3%,96.6%。
1.2快速渗滤土地处理系统
北京市昌平使用的快速渗滤处理厂也可用于农村生活污水的处理。该系统一般由预处理池、渗滤池、集排水系统、贮存塘等部分组成。据北京昌平快速渗滤池运行15个月的净出水水质资料,净化污水对COD,BOD5,SS,氨氮,硝基氮,总氮,总磷去除率分别为91.9%,95.3%,98%,85.6%, 54.1%,83.2%,69%。
渗滤池的土质要求通透性能强、活性高,水力负荷大、处理效率好为原则。如无此类土质条件,也可以按照上述要求用砂、草炭及耕作土人工配置成滤料,制成人工滤床。一般在系统运行4～5周后,就需要对渗滤床耕作,以恢复其渗滤速度。
1.3生活污水的砂滤处理系统
这种砂滤系统是土地处理系统的一种,它在构建过程中一般采用沙子作为介质,让污水经过沙体渗滤排出系统,达到净化的目的。它的净化机制与其它土地处理系统大致相同。出水的SS,BOD5,COD一般可达80%以上,总氮、总磷去除率一般在40%～80%,何江涛等对此处理系统进行了阐述,见表1。
1.4湿地系统
芦苇处理床。芦苇渗滤湿地土地处理系统是由苇地处理床的土层介质渗滤而达到处理废水的目的。它一般有预处理、布水系统,苇地处理床,集排水系统组成。图1是芦苇渗滤湿地处理系统的一个切面图。
系统出水的COD、总氮、总磷的去除率一般可达80%～90%。这类处理系统已经在天津获得应用。湿地系统的缺点是占地面积一般都较大,不太适合那些土地较缺乏的农村区域。
人工复合的生态床分潜流式和表面流式两种,清华大学的模拟试验装置为:潜流式床和表面流床的前1/3段种植芦苇(16株/m2),后2/3段种植茭白(12株/m2)。每个床体宽为1m,长为6m,床深为0.7m,坡度为1%。潜流床体的底部铺设10cm厚的沙石(直径为2～4cm)层,中部为40cm的炉渣层,上部为10cm的土壤,污水在床体内部水平流动。布水区和集水区分别填充直径为2～5cm的卵石,宽度为40cm。在集水区底部安装有多孔集水管并与外部一出水高度可调的竖管相联结,水深保持在50cm左右。表面流床体内部均匀填充一定配比的炉渣和土壤混合物,深度为40cm。床体表面维持20cm深的自由水面,其深度由出口溢流堰调节。
其运行的水力负荷为30cm/d,进水水质为COD,TN,NH4+—N,TP分别为50～80mg/L,2～8mg/L,2～4mg/L,0.5～1.0mg/L,出水的去除率分别是57.0%～75.4%,57.0%～65.3%,72.5%～95.2%,59.7%～64.2%。
1.5毛细管渗滤沟处理系统
在日本此技术研究比较成熟,南京大学王勇老师等在承担国家863太湖河网面源污染治理项目中,提出使用这种处理技术。这种技术国内也有报道。污水首先进入预处理设施。从简便、实用、价廉、技术工艺成熟和较高处理效果等综合因素考虑,使用化粪池为预处理设施。化粪池的上清液经混凝土(陶土)管自流至渗滤沟。在配水系统的控制下,经布水管、分配到每条渗滤沟床中。通过砾石层的再分布,沿土壤毛细管上升到植物根区,污水中的营养成分被土壤中的微生物及根系吸收利用,同时得到净化。见图2。
1.6澳大利亚“FILTER”(非尔脱)污水处理系统
澳大利亚科学家和工业研究组织(CSIRO)的专家在最近几年提出一种“过滤、土地处理与暗管排水相结合的污水再利用系统”,称之为“FILTER”高效、持续性污水灌溉新技术,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。该系统一方面可以满足作物对水分和养分的要求,同时降低污水中的氮、磷等元素的含量,使之达到污水排放标准。
澳大利亚曾在格林菲斯市进行田间试验。先后两次试验的面积为8hm2和16hm2,种植小麦,玉米,燕麦,粟米和牧草作物。田间排水暗管的埋深为1.0m,用初级处理后的城市污水进行格田漫灌,每隔14d灌一次。该试验的试验效果见表2。
澳大利亚CSIRO与我国水利水电科学院和天津市水利科学研究所合作,曾在天津市武清县建立试验区,试验总面积2hm2,暗管埋深1.2m,两种处理的暗管间距为5m和10m,引取北京市初级处理后的污水和沿程汇集的乡镇生活污水,灌溉小麦。试验表明,97%～99%的磷通过土壤及作物的吸收而被除去,总氮的去除率达82%～86%,生物耗氧量的去除率为93%,化学耗氧量的去除率为75%～86%。排水暗管的间距小,则去污效率高。上述中澳双方试验研究成果,在澳大利亚农业研究中心的主持下,于2000年12月在北京通过鉴定。
2蚯蚓生态滤池处理系统
此项技术是笔者提出的适用于50～300户左右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。本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,其工艺流程如图3。本技术在国内外研究的还不多,同济大学在其处理城市生活污水方面进行了一些研究。
本人将此技术运用到农村生活污水的处理中,已经得到很好的效果。滤池主要有布水装置,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4～7cm),小石头(直径1～3cm),沙子和土壤层,此层也可以说是蚓粪层(vermicasting),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。笔者现在已经对此技术进行了进一步的改进,提出了塔式生态滤池(T-VBF),并建成了中试。中试装置有三个塔层组成,原理相当于几个O-A-O-A-O-A的有机联合,此项技术正在申请专利。
3生态厕所技术
生态厕所(Biotoilet)最先见于日本,是在不使用水冲的前提下,在座便器下方建造一长方形池,内填充锯木屑作为载体,并辅以较小的动力搅拌,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。
生态厕所特点:不需要用水,节约了大量的水资源;厕所内无臭味,不需要掏厕所;锯木屑本身是一种废弃物,到处可以找到;有机肥回用部分解决了化肥施用过大的问题,减少了对水体的污染。
4集中型污水处理厌氧-好氧工艺
在较为发达的农村,也可以考虑河海大学提出的滴滤床技术,它适用于200户左右集中型农户的污水处理系统,主要工艺流程为:
生活污水→化粪池→厌氧好氧滴滤床→深度处理生物塘→回用或排放
此工艺特点:土壤自净过程的人工强化;利用虹吸作用,无需单独充氧,节省运行费用;可与其他技术组合使用。
5“LIVINGMACHINE”生态处理系统
近年来,在美国、加拿大、英国、澳大利亚等国家出现了一种叫“LIVINGMACHINE”的生态系统,是用于工业和生活污水的处理。其技术基础是活化技术,活化技术是采用多种生物形式在人工装置中,建立新的物种联系,从而进行某种净化处理。
加拿大多伦多市BODY SHOP工厂内就建有这样的一个处理系统,它的设计和施工的原则均是利用自然生态系统将污水净化,是一个较为完善的生态系统。在这个系统中,设计者将很多种类的动植物集中在一起,使之形成一个连续反应的封闭循环,反应箱和反应池包涵了从细菌、藻类到植物、蜗牛、鱼类的多种生物有机体,这个有机体通过一系列的反应减少污水中的营养体和病原体,并使它们消化在一个连续的食物链中。这些植物是:桉树、杜松、小香蕉树、月桂、樱草、薄荷树以及紫草科植物等。
污水首先进入封闭在地下的无氧箱,一段时间后进入无氧箱,空气由底孔吹入,在此氨氮在细菌的作用下分解为硝化物,其后流入生物综合池,在池内,其中的藻类、单细胞有机体、鱼类、水生及沼泽植物等一系列丰富的生物混合体,将对水中的营养物继续分解,随后污水流经地下湿地,通过植物根系作用及沙石的过滤,硝化物在此转变为氮气,污水被初步净化。这种污水处理的生态系统有美观、耐用、体积小、费用低特点。具体参见污水宝商城资料或http://www.dowater.com更多相关技术文档。
6结语
由于以前农村污染的问题在我们国家一直被忽略,也就是近几年随着湖泊富营养化原因的逐步明朗,即面源污染控制的提出,我们才把农村的污染治理问题逐步提到日程上来。因此,到目前为止,处理农村生活废水的例子很少,加之广大农村的特殊性,开发适合于农村污染治理的新技术显的尤为重要和紧迫。