1 农村日常污水处理模式的探讨

我国广大农村地区的日常污水一直缺乏可行的处理措施, 长期以来日常污水被直排到田间河塘, 直接导致了农村地区及其周边水环境的恶化。农村日常污水除水量少外还分布不均, 这给农村地区的日常污水收集和处理带来了很大的难度。传统的废水处理技术(如活性污泥法)存在投资高、能耗高、运行管理标准高以及处理效果受进水水质及水量影响的缺陷, 不适宜在农村地区推广。笔者在对南京及南京周边城市的农村地区进行实地调研的基础上, 结合村镇废水治理新趋势, 进行了适合南京及周边农村地区的核心废水治理工艺及工艺组合的研究, 对促进水源保护与农村经济社会的可持续发展、推动社会主义新农村建设具有现实意义。

2 组合技术的组成

日常污水净化沼气池- 人工湿地组合技术主要包括预处理单元、输配水单元、人工湿地深度处理单元及监测单元4部分[1]。废水经预处理单元处理后, 经输配水单元进入人工湿地进行深度处理, 在人工湿地内, 废水中的污染成分经过土壤- 植物- 微生物生态系统的过滤、吸附、微生物降解和植物吸收等作用被去除。经过处理的废水可根据具体情形, 直接由管井收集后排入河道或回用。整个技术步骤见图1。

2. 1 预处理技术步骤

预处理单元是组合技术的重要组成部分, 其基本功能是去除废水中的砂、油脂和悬浮物, 以防土壤渗滤单元被堵塞, 另外还可以与人工湿地互补不足, 共同完成污染物的降解, 提高系统总处理效率。该实验选用日常污水净化池沼气池为预处理单元, 日常污水经过两级前置处理区实现厌氧分解、泥水分离, 污泥沉积于池底进行腐化分解; 后处理区为生物滤池, 废水经过滤膜上好氧、兼性微生物的分解代谢和合成代谢进一步降解污染物质。废水经过净化沼气池的处理, 大大降低了后续人工湿地的负荷。据检测, 沼气池对废水中COD的去除率可达70%以上, BOD去除率达80% 以上, 寄生虫卵和蛔虫卵的去除率达到95%以上。日常污水净化沼气池的技术步骤为: 日常污水— 前置处理区 — 前置处理区— 后处理区—排出。其布置见图2。

2. 2 人工湿地深度处理单元

人工湿地深度处理单元构造由进水区、处理区、出水区三部分组成, 并且底部做好防渗层 (图3)。

处理区为人工湿地工作区, 共分上下2层, 上层基质采用用土壤或煤渣, 基质厚50~ 60 cm; 下层基质采用卵石, 颗粒粒径由下而上递减, 基质厚度取50~ 60 cm。底层厚20 cm, 粒径 40~ 60mm, 为粗碎石层; 中层厚20 cm, 粒径20~ 40mm, 为中碎石层; 上层厚15 cm, 粒径10~ 30mm, 为细碎石层。

人工湿地的防渗很重要, 应保证废水处理过程中不向外渗漏, 防止废水对地下水的污染影响周围环境卫生。该实验工程采取先夯实湿地底层的土壤, 在夯实土壤层上铺高密度聚乙烯树脂塑料薄膜, 再在薄膜上铺设1层土工布以防止卵石刺破薄膜。

2. 3 输配水单元和监测单元

输配水单元是将废水按技术标准投配到处理单元, 通常经过地形的合理利用, 输水方式基本上采用重力流, 在条件不允许的时候可采用压力配水。监测单元是为保证地下土壤渗滤技术持续、高效、安全、可调控而设计的。

表1 列出了系统运行6 个多月的污染物平均浓度和去除率。由表1可以看出, 系统对COD、总磷、总氮、氨氮等污染物质均有良好的去除效果, 处理出水达到国家环境保护总局颁发的《城镇废水处理厂污染物排放要求》( GB18918 2002)一级B要求。

3 系统运行过程中存在麻烦和解决措施

3. 1 湿地堵塞麻烦

随着人工湿地运行时间的延长, 废水中的SS、化学反应沉淀物、微生物代谢产物等在土壤中积累而造成土壤渗透速率将逐渐下降, 发生土壤堵塞, 土壤/填料堵塞麻烦。湿地堵塞有3种解决措施。

3. 1. 1 间歇投配。长时间持续淹水的系统中, 土壤一直处于还原状态, 从而造成胞外聚合物的积累, 而逐渐导致堵塞。而采用间歇投配废水( 落干和淹水交替运行), 则系统能保证土壤处于一定的好氧状态, 避免胞外聚合物的过度积累, 防止造成土壤堵塞。

3. 1. 2 曝气充氧。长时间的厌氧状态是引发土壤中胞外聚合物积累的重要因素, 所以废水在进入土壤渗滤之前先进行充分的曝气充氧可在一定程度上预防土壤堵塞, 在布水管周围供空气可可行提高废水中的DO (溶解氧)值, 维持土壤中的好氧状态和微生物的分解作用, 继而防止土壤中胞外聚合物的蓄积。

3. 1. 3 增加生物量。Rolston 等发现用雀麦草、本土植被及草莓三叶草为土壤遮盖作物不仅能降低38%的地表土壤强度, 且将渗滤效率和累积摄入水量分别提高37% ~ 41%及20% ~ 101%, 在一定程度上缓解了土壤堵塞。除了加大植被外, 还可以考虑向土壤里引进蚯蚓。研究表明, 蚯蚓不仅能疏松土壤, 还可以经过吸食有机物颗粒达到改善处理效果的目的,同时可以查看中国废水处理工程网更多关于农村地区日常污水处理的工艺文档。

3. 2 冬季湿地处理效果下降

人工湿地对污染物的去除效果易受环境, 特别是温度的影响, 申欢等发现冬季人工湿地对TP 和TN 的平均去除率比夏季分别降低了34% 和27% 。温度过低会造成填料层冻结、床体缺氧等, 从而降低人工湿地对污染物的去除效果。冬季湿地处理效果下降解决措施有植物覆盖和地膜覆盖2 种, 生活中根据具体情形选择, 尽量采用湿地植物覆盖覆盖方式。

3. 2. 1 植物覆盖。植物覆盖是将植物的地上部分割去就地覆盖, 操作较为简单, 但植物腐烂会释放出一定量的污染物, 有可能造成二次污染, 所以必须在第2年开春前将覆盖植物清除; 此外植物的枯叶会随风飘扬, 可能会影响周围的卫生环境。

3. 2. 2 地膜覆盖。地膜覆盖法在农业中利用较多, 工艺成熟, 但与其他两种办法相比, 其覆盖膜易破、铺设操作较为复杂、投资较高, 且来年开春必须要回收并妥善保管, 否则会造成白色污染, 所以难以在野外大面积利用。

4 结语

在推进新农村建设的过程中, 日常污水处理设备的规划和建设应根据地方财政的实际情形量力而行, 确保当地居民能够负担得起废水处理的运行费用。日常污水沼气净化池 - 人工湿地组合的水处理技术, 具备净化效果良好、设施简单、投资低、操作管理方便和能耗低的优点, 适应性和可行性高, 是一种比较适合在农村地区推广的废水处理技术。作者: 胡恒祥, 吕伟娅, 梁磊, 王晓玲3(南京工业大学环境学院)