北方地區農村污水處理技術探索★

楊 瑞 李立軍

(1.延安大學建筑工程學院，陜西 延安 716000； 2.西安星航市政設計研究院有限公司，陜西 西安 710100)

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北方地區農村污水處理技術探索★

楊 瑞1李立軍2

(1.延安大學建筑工程學院，陜西 延安 716000； 2.西安星航市政設計研究院有限公司，陜西 西安 710100)

結合北方農村水資源嚴重短缺的實際情況，考慮到北方地區村民居住分散、鋪設管網造價高、冬季氣溫偏低等主要影響因素，提出了厭氧沼氣池、潛流式人工濕地、地下土壤滲濾、蚯蚓生物濾池、高效藻類塘等五種適宜北方農村污水處理技術，以期為北方農村污水處理提供依據。

北方地區，農村污水，沼氣池，人工濕地

1 概述

我國農村每年產生生活污水約80多億噸[1]，截止2012年，全國58萬個自然村中分散式污水處理率也僅達8%[2]，農村分散式污水處理顯得尤為重要。我國北方地區受自然環境、經濟發展、技術要求等條件制約，農村分散式污水基本未經處理直接排放至水體，嚴重污染了河流、湖泊及土壤。如何克服管網造價高、冬季氣溫偏低等首要因素的制約，是解決北方地區農村污水處理技術的關鍵性問題。筆者依據北方地區的實際情況，提出以下幾種綠色、高效、節能的農村污水處理適宜技術。

2 北方農村分散式污水處理適宜技術

2.1 厭氧沼氣池

厭氧沼氣池是一種地埋式生態污水處理技術，該技術符合北方“四位一體”循環農業發展模式，也符合習近平指出的“以沼氣和生物天然氣為主要處理方向，解決畜禽養殖場糞污處理和資源化問題”這一方向。該技術是指在一定條件下，微生物將沼氣池內廚房污水、廁所污水、禽畜糞便、秸稈、青草等原料經過厭氧發酵產生一種發電家用的可燃性清潔氣體(沼氣)，其中產生沼液和沼渣可以充當農肥。厭氧沼氣池具有低投資、高效率、操作簡單、綠色發展、循環利用等優點，其COD去除率可達85%以上，BOD5去除率可達90%以上[3]。在北方農村地區，村民夏季利用沼氣做飯，冬季利用沼氣代替大量散煤來自行供暖。此舉既綠色節能，又很大程度上緩解了北方嚴重的灰霾天氣。截止2010年年底，我國生活污水沼氣池建設數量已經超過了19萬座，且還以每年30%的增長率持續增加，是我國農村地區應用最廣泛分散式污水處理技術之一[3]。

2.2 潛流式人工濕地

人工濕地分為表面流人工濕地、潛流式人工濕地，其中潛流式人工濕地又分為水平式和垂直式。其中潛流式人工濕地主要是由濕地主體、防滲層、布水裝置、收集裝置四部分組成[4]，由于人工濕地主要通過植物根系吸收、微生物降解、濾料截留等方法去除污染物，凈化水質，其中微生物降解起主要作用。好氧微生物將大部分有機物轉化成二氧化碳和水，厭氧微生物將部分有機物轉化成二氧化碳和甲烷，硝化細菌將鹽硝化，反硝化細菌將硝態氮轉化為氮氣。人工濕地具有投資費用低、處理效果好、占地面積大、操作簡單、系統保溫效果好，處理效果受氣候、季節影響較小[4]等優點，我國北方地區有豐富的土地資源，利用這些貧瘠土地進行人工改造濕地系統，污水得到了處理同時，生態得到改善。為防止北方地區冬季氣溫下降很低，植物易枯死，微生物分解速率緩慢問題，可以采取種植夾竹桃、女貞等可以安全越冬的木本植物代替蘆葦、香蒲等草本植物或采取保溫措施，常見保溫措施包括覆蓋冰雪、稻草、麥稈、PVC透氣薄膜等[5]。嚴弋等人研究潛流式人工濕地在我國干旱區試運行一文中以烏魯木齊平西梁村污水為濕地處理系統處理對象進行研究，結果表明：當水力停留時間為10 d，連續進水，潛流式人工濕地運行了12個月，其COD，BOD5，NH3-N，總磷平均去除率分別是：78.3%，61%，46.4%，66.2%，達到了城鎮污水處理二級標準[6]。

2.3 地下土壤滲濾

地下土壤滲濾技術起源于日本，是一種人工強化的污水生態處理技術[7]，通過布水系統有控制、間歇式將預處理后的污水投放至距地表約30 cm～50 cm深土壤，污水經過土壤—微生物—植物系統的物理、化學、生物作用后達到污水凈化效果，其中土壤理化性能決定著污水處理效果的好壞。標準地下土壤滲濾系統是通過在地表種植野牛草、早熟禾、馬尼拉等植物，并在距地表約30 cm處安放布水管，布水管周圍填滿礫石，礫石層下方鋪設20 cm厚砂層，污水流經礫石層與砂層后，在毛細管作用下緩慢向四周土壤擴散，在好氧與厭氧交替狀態下，大多數有機物被吸附、過濾、降解。地下土壤滲濾系統構造簡單、經濟適用，高效節能，實現了分散式污水的就地處理，是一種污水處理與生態綠化相結合的生態技術，其出水水質可以達到國家污水處理二級標準。我國北方地區雖然干旱少雨，冬季氣溫偏低，但并不影響地下滲濾系統對污染物的降解率。田寧寧等人應用土壤毛細管滲濾處理某小區生活污水時，研究表明出水CODCr去除率大于80%，BOD5，NH3-N，TP三者去除率都大于90%，且當冬季氣溫低至-13.5 ℃時，系統的出水效果基本沒有發生變化[7]。中科院沈陽研究表明，在我國北方利用地下土壤滲濾法處理生活污水不僅可行而且可以作為中水進行回用[8]。

2.4 蚯蚓生態濾池

蚯蚓生態濾池是指在生物濾池基礎上引入蚯蚓，利用蚯蚓的生態學功能來改進土壤通透性，提高有機物降解程度的一種污水生態處理技術。當蚯蚓在濾層中穿梭覓食，將有機物轉化成自身或其他微生物易于利用營養物質[9]時，增加了濾層的通氣性和透水性，提高污染物降解率，進一步阻止了濾料堵塞。系統進水采用穿孔管間歇式布水，干濕交替。濾池填料一般分三層，上層是土壤層，由有機質含量高的田園土和鋸末摻混而成，土壤上種植蘆葦、柳樹等根系發達的植物，中間層是稻殼，谷殼，泥炭類等物質，底層為粗、細石英砂、碎石、鵝卵石。李軍狀等人曾在現場試驗研究蚯蚓生態濾池處理太湖附近村民生活污水時發現，干濕比為1∶3，表面水力負荷為1 m3/(m2·d)時，出水效果能達到城鎮污水處理一級標準，證明了該技術應用于農村污水處理中的可行性和高效性[10]，郭飛宏等人研究三級蚯蚓生態濾池處理生活污水結果表明，不同季節出水水質均能達到城鎮污水處理一級A類標準[11]。蚯蚓生態濾池技術具有造價低，運行管理簡單方便，技術要求低，去除有機物效率高，可實現污水、污泥同步處理[12]等優點，故適宜經濟發展緩慢，管網配套不完善，四季溫差大的北方地區處理農村污水。

2.5 高效藻類塘

高效藻類塘是在傳統穩定塘基礎上進行改進、發展起來的一項污水處理技術，利用藻類大量繁殖來形成菌—藻共生系統來處理污水。該工藝除了保留傳統穩定塘特點，還增加了生物種類、縮短了水力停留時間、增加了氮磷去除率。高效藻類塘機理是藻類利用空氣中或細菌分解有機物過程中產生CO2等物質作為原料、氨氮作為氮源、磷酸鹽作為磷源，在細胞葉綠素中進行光合作用，制造有機物[13]繁殖個體，釋放出O2。細菌利用藻類產生的大量氧氣來氧化分解污水中有機物。氮磷的去除主要通過大量藻類同化吸收直接作用和藻類繁殖時引起塘內pH升高，氨氮氣體揮發，磷酸沉淀鈣、鎂的間接作用[14]。為防止出水中藻類過量，一般其后接水生生物塘，塘內種植蘆葦、水花生、浮萍等水生植物來抑制藻類增長，降解部分氮磷。高效藻類塘具有投資省、維護管理簡單、效率好、綠色生態等優點，非常適合于經濟相對落后、缺乏環保專業人員的農村地區生活污水的處理[15]。孫偉麗等人在高效藻類塘處理北方農村模擬生活污水實驗中研究表明：在曝氣條件下，五個星期對COD的平均去除率也在80%以上，最高可達87.77%，其中COD和氨氮效果基本都能達到GB 18918—2002城鎮污水處理廠污染物排放標準一級A標準，對總磷也有一定的去除效果[16]。

3 結語

隨著農村全面小康推動，社會主義新農村建設，農村污水處理已經是重點問題。我國北方地區和南方地區各方面均有差異，我們需要根據北方自身自然環境、經濟條件、地理位置、技術水平等條件，選擇適合北方農村投資少、效率高、耗能低、操作簡單等要求的污水處理技術。

[1] 謝良林,黃翔峰.北方地區農村污水治理技術[J].建設科技,2009(13):58-59.

[2] 王 陽,石玉敏.分散式污水處理技術研究進展[J].環境工程技術學報,2015(2):168-174.

[3] 黃海琴,毛玉婷.村鎮生活污水處理技術發展趨勢分析[J].江西科學,2014(6):856-859.

[4] 尹 煒,李培軍,尹澄清,等.潛流人工濕地的局限性與運行問題[J].中國給水排水,2004(11):36-38.

[5] 趙志強.人工濕地處理技術在農村污水處理中的應用[J].現代農業科技,2011(1):294，299.

[6] 嚴 弋,海熱提.潛流式人工濕地在我國干旱區的試運行[J].水處理技術,2007(10):42-45.

[7] 田寧寧,楊麗萍,彭應登.土壤毛細管滲濾處理生活污水[J].中國給水排水,2000(5):12-15.

[8] 梁建軍,彭 俊,侯淑媛.蚯蚓生態濾池處理農村生活污水試驗研究[J].中國給水排水,2016(11):16-19.

[9] 賴發英,周 穎,王國鋒,等.蚯蚓對農村有機生活垃圾分解處理的研究[J].農業環境科學學報,2011(7):1450-1455.

[10] 李軍狀,羅興章,鄭 正,等.蚯蚓生態濾池處理農村生活污水現場試驗研究[J].環境污染與防治,2008(12):11-16.

[11] 郭飛宏,方彩霞,羅興章,等.多級蚯蚓生態濾池處理生活污水研究[J].環境化學,2010(6):1096-1100.

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[14] 何少林,黃翔峰,喬 麗,等.高效藻類塘氮磷去除機理的研究進展[J].環境污染治理技術與設備,2006(8):6-11.

[15] 何少林,黃翔峰,李旭東,等.高效藻類塘藻菌共生系統的培養[J].中國給水排水,2006(5):74-76.

[16] 孫偉麗,劉紹儼,高 宇,等.高效藻類塘處理北方農村模擬生活污水試驗研究[J].科學技術與工程,2015(28):217-220.

Exploration for rural sewage treatment technology in northern China★

Yang Rui1Li Lijun2

(1.College of Engineering and Architecture, Yan’an University, Yan’an 716000, China; 2.Xi’an Xinghang Municipal Engineering Design and Research Institute Co., Ltd, Xi’an 710100, China)

According to the practical situation of the serious shortage of water resources in northern rural areas, taking account of the regions with scattered residents, the high cost of the pipe networks and low temperatures, the author analyzes five kinds of suitable water treatment technology, which is anaerobic digester, subsurface flow constructed wetland, subsurface soil infiltration system, earthworm biofilter, high rate algal pond. The author expect that these technologies can provide some basis for treating rural sewage in northern China.

northern China, rural decentralized wastewater, digester, constructed wetland

1009-6825(2017)16-0128-03

2017-03-21 ★：陜西省高水平大學建設專項資金資助項目(2015SXTS03)；延安大學校級項目，陜北紅堿淖水體特征分析與現狀評價(YDQ2016-43)

楊 瑞(1989- )，女，碩士，助教

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