我國長期的城鄉(xiāng)二元結(jié)構(gòu)導(dǎo)致在污水處理方面城鄉(xiāng)之間差別顯著:在城市，污水不但有完善的收集、處理技術(shù)和設(shè)施，而且國家頒布系統(tǒng)的法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)加以控制；而占全國總面積近90％的廣大農(nóng)村，96％的村莊沒有排水渠道和污水處理系統(tǒng)。未經(jīng)處理的生活污水通過點源和非點源排放，將各類污染物帶人河流，嚴(yán)重污染各類水源，導(dǎo)致出現(xiàn)了包括藍(lán)藻水華等諸多生態(tài)環(huán)境問題。
農(nóng)村生活污水主要為沖廁污水和洗衣、洗米、洗菜、洗澡廢水。污水中主要是生活廢料和人的排泄物，一般不含有毒物質(zhì)，往往含有氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，還有大量的細(xì)菌、病毒和寄生蟲卵。因生活習(xí)慣、生活方式、經(jīng)濟(jì)水平等不同農(nóng)村生活污水的水質(zhì)水量差異較大，污水有如下特點和問題：(1)污水分布較分散，涉及范圍廣、隨機(jī)性強(qiáng)，防治十分困難，管網(wǎng)收集系統(tǒng)不健全，粗放型排放，基本沒有污水處理設(shè)施；(2)農(nóng)村用水量標(biāo)準(zhǔn)較低，污水流量小且變化系數(shù)大(3.5～5.0)；(3)污水成分復(fù)雜，但各種污染物的濃度較低，污水可生化性較強(qiáng)。
由于農(nóng)村生活污染源分散，不易集中，村鎮(zhèn)居民環(huán)保意識差，加上經(jīng)濟(jì)水平相對落后，治理上也存在較大困難，因此，農(nóng)村生活污水已成為影響水體環(huán)境質(zhì)量的重要污染源。目前我國75％的天然和人工水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化，而且這一趨勢正在不斷惡化中。
2.分散式污水處理的概念及其分類
目前, 我國主要研究的污水處理方式是集中式的污水處理, 對分散式污水處理的研究還不夠深入, 我國對于分散式污水處理還沒有一個很明確的概念, 還簡單地停留在污水處理廠小型化這樣一個認(rèn)識階段。現(xiàn)在較為被廣泛接受的方式是對污水進(jìn)行就地處理、就地回用。
分散污水處理系統(tǒng)主要包括:
(1) 在線系統(tǒng)(Onsite system) 。從私人住宅排出的污水由于沒有鋪設(shè)大面積社區(qū)用的污水管道或缺乏一套集中處理設(shè)施, 通過自然系統(tǒng)或機(jī)械裝置來收集、處理、排放或中水回用, 這種自然系統(tǒng)或機(jī)械裝置即稱在線系統(tǒng)。常用的在線系統(tǒng)包括化糞池(septic tank) 和瀝濾場(leach fields) 。
(2) 群集系統(tǒng)(Cluster system)。群集系統(tǒng)是一種服務(wù)于兩個或兩個以上住戶的污水收集和處理系統(tǒng), 但其范圍不超過整個社區(qū)。從幾家住戶排出的污水可以經(jīng)過個體用戶的化糞池或組合裝置現(xiàn)場預(yù)處理后, 再通過低成本、非傳統(tǒng)技術(shù)的污水管運送到比集中式系統(tǒng)相對小的處理單元。分散污水處理系統(tǒng)就是這樣一種在線系統(tǒng)或群集系統(tǒng)。
3.分散式污水處理技術(shù)
3.1 分散式廢水處理工藝可以粗略地分為以下幾類:
(1) 自然系統(tǒng), 即利用土壤作為處理和處置的媒體, 包括土地應(yīng)用、人工濕地、地下滲濾等。還有一些污泥處理系統(tǒng), 如干沙床和瀉湖。
(2) 集水系統(tǒng), 即不使用傳統(tǒng)的重力式污水管, 而代以輕質(zhì)塑料管，其優(yōu)點是埋深較淺、管接少、連接結(jié)構(gòu)不復(fù)雜。常用的污水管道有壓力式、真空式和小直徑重力式。
(3) 傳統(tǒng)的處理系統(tǒng), 即結(jié)合生化和物化工藝, 由池、泵、鼓風(fēng)機(jī)和其他機(jī)械裝置組成的系統(tǒng), 其包括3種形式: 懸浮式生長, 固定式生長, 兩者混合。這一類也包括對污泥的處理, 如消化、脫水和堆肥等。
(4) 膜技術(shù)。國內(nèi)對于分散式廢水處理研究沒有國外那么系統(tǒng)化, 較多的是對(建筑) 小區(qū)污水的處理, 而且工藝仍然是傳統(tǒng)方法的組合, 是城市污水處理廠的小型化。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, 尤其是膜技術(shù)的發(fā)展,污水處理設(shè)施實現(xiàn)了裝置化、小型化, 使污水分散處理和回用得以實現(xiàn)。
由于前3種技術(shù)比較落后, 因此膜技術(shù)有著非常大的優(yōu)點和巨大的發(fā)展?jié)摿? 故這里著重介紹膜技術(shù)。
3.2 膜技術(shù)
膜技術(shù)主要包括污泥生物膜復(fù)合生物反應(yīng)器、膜分離技術(shù)和膜生物反應(yīng)器。
3.2.1 活性污泥生物膜復(fù)合生物反應(yīng)器系統(tǒng)
在曝氣池中投加各種能提供微生物附著生長表面的載體, 利用載體容易截留和附著微生物量大的特點, 是曝氣池中同時存在附著相和懸浮相生物, 充分發(fā)揮兩者的優(yōu)越性, 克服各自的缺陷和不足, 我們將這種反應(yīng)器稱之為復(fù)合生物反應(yīng)器。復(fù)合是指反應(yīng)器中同時存在懸浮相和附著相生物。
3.2.2 膜分離技術(shù)
所有分離過程都是利用在某種環(huán)境中混合物中各組分性質(zhì)的差異進(jìn)行分離, 膜分離過程是以選擇性透過膜為分離介質(zhì), 在兩側(cè)加以某種推動力時, 原料側(cè)組分選擇性地透過膜, 從而達(dá)到分離或提純的目的。這種推動力可以是膜兩側(cè)的壓力差、電位差或濃度差。根據(jù)其推動力分別可分為滲析(濃度差)、電滲析(電位差)、超濾(壓力差)、納濾(壓力差)、反滲透(壓力差)。膜分離的優(yōu)點在于工藝流程短、占地少, 小型化系統(tǒng)放置場所不受限制；出水BOD、氮、磷和懸浮固體濃度很低, 不含細(xì)菌、病毒、寄生蟲卵等, 出水符合三級處理標(biāo)準(zhǔn), 可直接回收或補(bǔ)充地下水。
(1) 反滲透。當(dāng)用一個半透膜分離兩種不同濃度的溶液時, 膜僅允許溶劑分子通過, 由于濃溶液中溶劑的化學(xué)勢低于它在稀溶液中的化學(xué)勢, 稀溶液中的溶劑分子會自發(fā)地透過半透膜向濃溶液中遷移。
(2) 納濾。納濾膜又稱為超低壓反滲透膜或疏松型反滲透膜, 其操作壓力通常在1.0MPa 以下, 它對二價離子和分子量大于300mol的有機(jī)小分子的截留率較高。
(3) 超濾膜。超濾膜的結(jié)構(gòu)多為非對稱性膜, 有一層極薄( 通常只有0.1μm～1μm) 具有一定孔徑的表皮層(活性層)和一層較厚(通常為125μm) 具有海綿狀或指狀結(jié)構(gòu)的多孔層組成。活性層在傳質(zhì)過程中起真正選擇性篩分作用, 基本上決定了膜的分離性能；支撐層只起活性層的載體作用, 基本上不影響膜的分離性能。
(4) 電滲析。電滲析是在外加電流電場作用下, 利用離子交換膜的選擇透過性( 即陽膜只允許陽離子透過, 陰膜只允許陰離子透過) 使水中陰、陽離子做定向遷移，從而達(dá)到離子從水中分離的一種化學(xué)過程。
3.2.3 膜生物反應(yīng)器
膜生物反應(yīng)器(Membrane Bio- reactor, 簡稱MBR) 是由膜分離和生物處理組合而成的一種新型、高效的污水處理技術(shù)。膜分離技術(shù)最早應(yīng)用于微生物發(fā)酵工業(yè), 隨著膜材料和制模技術(shù)的發(fā)展, 其應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)大, 已經(jīng)涉及化工、電子、輕工、紡織、冶金、食品和污水處理等多個領(lǐng)域。
MBR處理工藝在日本、加拿大等許多國家已經(jīng)得到較好的運用, 與傳統(tǒng)的活性污泥處理工藝相比, MBR 存在如下的優(yōu)點: 可以使水力停留時間和污泥齡完全分開, 使運行控制更靈活, 穩(wěn)定; 利于世代時間長的硝化細(xì)菌的增殖, 從而提高硝化效率；污泥濃度高, 從而傳氧效率高達(dá)26%～60%左右,節(jié)省耗能；反應(yīng)器內(nèi)MLSS可高達(dá)15000mg/L～30000mg/L,
使裝置處理容積負(fù)荷大, 減少占地, 也便于活性污泥法的改造; 膜生物反應(yīng)器利用其高的MLSS, 可以保證有機(jī)負(fù)荷高峰期的出水水質(zhì), 且在低峰期污泥可以進(jìn)行自身消化, 使剩余污泥比常規(guī)活性污泥法處理少50%～80%, 可減少剩余污泥的處置費用；膜生物反應(yīng)器由于存在高濃度的MLSS, 硝化與反硝化同時存在, 具有很高的反硝化效果, 脫氮能力強(qiáng)。而在需要高效除磷時, 只需往污水中投加少量的明礬，因為膜能有效地分離這些不能沉淀的細(xì)小微絮凝體, 只要其粒徑小于0.2μm即可。
4．國外分散式處理技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
分散式處理技術(shù)包括了污水的收集、處理、排放及回用。在污水收集方面,為實現(xiàn)廢棄物的源頭減量控制,需要改進(jìn)傳統(tǒng)的洗菜水、洗浴水與糞便混合的衛(wèi)生設(shè)備,主要方法是減少糞便沖洗水或采用無水收集。瑞典已經(jīng)逐步應(yīng)用了尿液分離式衛(wèi)生間,德國等國家也在進(jìn)行真空無水收集系統(tǒng)的研究和推廣,而印度則是通過分散雨水的收集與排放來減少混合污水量,并利用收集的雨水有效解決了缺水問題。
在污水處理方面,廣泛采用了自然土地處理法和生物-化學(xué)處理法。澳大利亞出現(xiàn)了一種Filter(非爾脫) 的高效、持續(xù)性的污水灌溉技術(shù)。它先將污水用于作物灌溉,然后將經(jīng)過灌溉土地處理后的水匯集到地下暗管排水系統(tǒng)中排出,特別適用于土地資源豐富、可以輪作休耕的地區(qū),或是以種植牧草為主的地區(qū),一般用于大田作物。
美國是發(fā)展人工濕地最多的國家,有600多處人工濕地用于市政、工業(yè)和農(nóng)業(yè)廢水。在歐洲一些國家,如丹麥、德國、英國等至少有200 多人工濕地在運行,多用于對人口規(guī)模近千人的鄉(xiāng)村級社區(qū)進(jìn)行處理。韓國作為一個具有典型春旱氣候的國家,發(fā)展了人工濕地與廢水穩(wěn)定塘相結(jié)合的土地處理技術(shù), 穩(wěn)定塘儲存用水可用于春旱的補(bǔ)充用水。可見,用人工濕地+ 穩(wěn)定塘技術(shù)進(jìn)行污水處理和農(nóng)業(yè)應(yīng)用可以作為分散農(nóng)村地區(qū)的保護(hù)水體和克服水短缺的一種方法。
厭氧消化技術(shù)具有低造價、低運行費、能回收利用能源等特點,它在分散生活污水的處理中得到了越來越廣泛的研究與應(yīng)用。近20 年來,發(fā)展了越來越多的高速處理設(shè)備和技術(shù), 如厭氧濾池(AF) ,升流式污泥床反應(yīng)器(UASB),厭氧膨脹顆粒污泥床(EGSB) 等,荷蘭、巴西、哥倫比亞、印度等國家已建成生產(chǎn)性UASB來處理生活污水，但厭氧技術(shù)在低溫下的應(yīng)用仍然是研究的難點與熱點。
在適合的工藝基礎(chǔ)上,一體化裝置發(fā)展迅速。日本對其研究較早,至今已有40 多年的歷史。目前,日本安裝有800萬個小型凈化槽,服務(wù)人口約3600 萬。凈化槽是一種高效的一體化處理設(shè)施,主要采用厭氧濾池與接觸曝氣池、生物濾池或移動床接觸濾池的結(jié)合工藝,部分工藝反應(yīng)都在一個室內(nèi)完成,各步驟用隔板隔開,出水加氯消毒。一些歐洲國家也根據(jù)自己特點開發(fā)了不同形式的一體化凈化裝置。在挪威,因為大部分人口分散在小村莊或小社區(qū),一體化裝置應(yīng)用廣泛,開發(fā)了多種不同工藝的裝備。隨著填料生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展,生物膜技術(shù)在一體化裝置中應(yīng)用迅速增多,生物膜法所需的設(shè)備簡單,能源消耗低,成本和維護(hù)費用低,而處理污水的效率高,是今后發(fā)展的一個方向。
一些國家對分散式處理設(shè)施的出水水質(zhì)從法規(guī)上提出一定要求,如芬蘭即要求總BOD去除率90%,總磷去除率85%，總氮去除率40%，這使得戶主必須承擔(dān)起對處理設(shè)施進(jìn)行清潔和維護(hù)的責(zé)任,而能為戶主們提供技術(shù)支持和服務(wù)的合作組織也廣泛發(fā)展起來。
5. 我國農(nóng)村分散式處理技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展
在我國廣大農(nóng)村地區(qū),普遍應(yīng)用的分散式處理技術(shù)為土地處理技術(shù)和厭氧消化技術(shù)。
5.1 土地處理技術(shù)
土地處理技術(shù)是一項造價低、運行費低、低能耗或無能耗、易于維護(hù)的污水處理技術(shù),研究和應(yīng)用比較多的污水土地處理工藝有快速滲濾處理系統(tǒng)、人工濕地處理系統(tǒng)和地下滲濾處理系統(tǒng)。其中,人工濕地兼具了生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和美學(xué)效益,近年來對其研究與應(yīng)用逐步升溫。早在“七五”期間我國就開展了人工濕地的研究，目前該技術(shù)在我國已發(fā)展到實用階段。國內(nèi)對濕地系統(tǒng)的研究熱點集中在濕地污染物去除機(jī)理、濕地植物、濕地基質(zhì)填料、濕地微生物種群和生態(tài)系統(tǒng)的研究等方面。但人工濕地占地面積大,且基質(zhì)再處理及再利用技術(shù)不成熟,因此在土地資源缺乏地區(qū)的應(yīng)用受到限制。
5.2 厭氧消化技術(shù)
厭氧消化技術(shù)具有動力消耗少,環(huán)境污染少,沼渣沼液利用途徑多,且能產(chǎn)生能源沼氣等優(yōu)點。近年來,我國大力推廣了厭氧消化技術(shù)在農(nóng)村地區(qū)的使用。通過農(nóng)業(yè)部國債項目的推行,截止至2005年底,全國戶用沼氣達(dá)到1807萬戶,養(yǎng)殖場的沼氣工程3556處,年產(chǎn)沼氣70億m3 ,折合標(biāo)煤500萬t，在農(nóng)業(yè)部發(fā)布的《全國農(nóng)村沼氣工程建設(shè)規(guī)劃》上,計劃到2010 年全國將有4000萬農(nóng)戶用上沼氣。國債沼氣項目要求戶用沼氣“一池三改”,最大量的減少了傳染源,切斷了疫病傳播途徑,因此也是農(nóng)村血吸蟲防治的一項有效手段。#p#分頁標(biāo)題#e#
自上個世紀(jì)80年代開始,生活污水凈化沼氣池由農(nóng)村能源部門向城鎮(zhèn)的住宅樓、醫(yī)院、學(xué)校等衛(wèi)生配套建設(shè)中大力推廣，住宅樓中每10～12戶生活污水所產(chǎn)沼氣可供其中1 戶全年用氣,因此可考慮由用氣戶承擔(dān)凈化沼氣池的日常維護(hù)工作。生活污水凈化沼氣池20多年來一直采用二級厭氧消化加多級兼氧過濾的處理模式。目前，考慮到生活污水脫氮除磷的需求，國內(nèi)有研究在工藝上采用二級厭氧和一級好氧達(dá)到氮磷脫除效果。近年來，隨著農(nóng)村畜禽養(yǎng)殖戶減少和農(nóng)村勞動力的減少，同時集中養(yǎng)殖戶的增多,國家及時調(diào)整政策，從2007年開始,將對養(yǎng)殖小區(qū)集中供氣沼氣工程和聯(lián)戶沼氣工程予以資金支持，以推進(jìn)人畜糞便、農(nóng)作物秸稈、生活垃圾和污水的綜合治理和轉(zhuǎn)化，此舉措必將在短期內(nèi)使我國沼氣工程的技術(shù)得到快速的發(fā)展。
我國近幾年通過私有資金和民營企業(yè)的參與，在一體化裝置方面也有了快速的發(fā)展。如有環(huán)保公司與日本公司合作生產(chǎn)凈化槽；也有自主開發(fā)出多種不同規(guī)模的一體化污水處理裝置,如武漢的新天達(dá)美環(huán)保公司還開發(fā)了以風(fēng)能帶動曝氣的一體化分散污水處理裝置等。
6. 結(jié)語
為加速我國新農(nóng)村的建設(shè)進(jìn)程，保護(hù)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，解決農(nóng)村水污染問題勢在必行。分散式污水處理模式是一種適合農(nóng)村污水處理的好方法，我國宜借鑒國際經(jīng)驗，探索并改善各種分散型污水處理工藝，并與當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)相結(jié)合，形成污水回用與再利用的生態(tài)農(nóng)業(yè)模式，實現(xiàn)污水的無害化和資源化。
實際工作中應(yīng)當(dāng)在摸清不同類型村莊污染現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，根據(jù)環(huán)境污染特點，結(jié)合地方特征，從行政管理方面、資金方面、處理技術(shù)等方面采取相應(yīng)解決方案和對策。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，先進(jìn)行新技術(shù)試點，逐步將適合當(dāng)?shù)剞r(nóng)村的污水處理及資源化技術(shù)推廣到其他地區(qū)。有條件的地區(qū)盡可能與當(dāng)?shù)乜蒲性核嘟Y(jié)合，充分利用其科研能力，研發(fā)最優(yōu)的技術(shù)、設(shè)施。
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