鎮(zhèn)江農(nóng)村分散式污水處理設(shè)施 精益求精
一方面，我國是農(nóng)業(yè)大國，全國化肥的施用量從1990年的2590萬t增加到2007年的5108萬t，平均用量已接近400kg/(h˙m2)，遠遠超過國際上為防止水體污染而設(shè)置的化肥安全使用上限225kg/(h˙m2);在近10多年來農(nóng)藥的年使用量基本穩(wěn)定在23萬t左右(有效成分)，各種制劑(實物量，包括有效成分和各種輔劑)約162萬t。然而化肥的平均利用率僅為35%左右，農(nóng)藥的利用率低于30%[1]，剩余化肥、農(nóng)藥中的大量營養(yǎng)元素進入土壤，通過各種途徑流失到水體中，N、P等營養(yǎng)成分在水體中的聚集造成水體的富營養(yǎng)化。
另一方面，由于農(nóng)民居住較分散且人口數(shù)量較多，其生活污水基本未經(jīng)任何處理直接排放;另外，隨著城市需求量的增大，農(nóng)村的水產(chǎn)養(yǎng)殖與畜禽養(yǎng)殖發(fā)展迅速，其產(chǎn)生的大量糞尿超過土地處理能力而隨意堆放，或經(jīng)沼氣池發(fā)酵后沼液直接排放，這些又成為水體的一大污染源。因此，對農(nóng)村生活污水和養(yǎng)殖廢水進行有效處理，從源頭上控制面源污染是從根本上解決水體水質(zhì)富營養(yǎng)化的重要措施之一。
基于我國農(nóng)村分布較廣、農(nóng)戶居住分散的特點，我國農(nóng)村水體污染呈現(xiàn)出污水排放量小、排放分散、N、P等營養(yǎng)成分含量高、污水排放流量和有機負荷波動性大等特點。由于農(nóng)村的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)嚴重不足，幾乎沒有系統(tǒng)的收集和輸送生活污水的管道，同時知識文化水平普遍不高，操作管理能力較弱。因此，適宜于農(nóng)村的分散式污水處理技術(shù)應(yīng)該是一種低投資、能耗少、操作管理要求低且具有穩(wěn)定高效的污染物去除效率的污水處理技術(shù)。
農(nóng)村生活污水的水質(zhì)狀況如下:5日生物需氧量(BOD5)為180～320mg/L，化學(xué)需氧量(COD)為265～510mg/L，固體懸浮物量(SS)90～255mg/L，氨態(tài)氮(NH4+-N)含量為20～60mg/L，總氮含量為25～80mg/L，總磷含量為1.5～5.0mg/L。
正常成年人每人每年產(chǎn)生的污水量為25000～100000L，排尿量為400～500L，排便量為50L，其中含N4～5kg，P0.75kg，K1.8kg，這些營養(yǎng)物質(zhì)在尿中的含量分別為87%、50%、54%，即平均每人每年所排尿液中含N3.48～4.35kg，P0.38kg，K0.97kg。
由此可見，在生活污水中，尿液所貢獻的N、P值非常大。如果采用源頭分離技術(shù)，如糞尿分集式生態(tài)衛(wèi)生廁所(新型旱廁)、沼氣池衛(wèi)生廁所等，將尿液單獨分離并輸送以用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，這將是向營養(yǎng)物質(zhì)回用和高效水體保護邁出的一步。
同樣，現(xiàn)階段我國農(nóng)村養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展，其產(chǎn)生的畜禽糞尿及沖洗水構(gòu)成了高濃度有機廢水，處理較為困難，不達標排放造成周邊水體富營養(yǎng)化。例如，在養(yǎng)豬場的3種清糞工藝中，采用干清糞分離不僅節(jié)約用水，其水質(zhì)負荷也較水沖糞、水泡糞低得多。
同時，由于沖洗是在短時間內(nèi)完成的，即與尿液相比，沖洗水量集中且水量大，可考慮采用源頭分離技術(shù)，進一步分離尿液和沖洗水。最終沖洗水中的污染物濃度較低，易于處理。分離后的豬糞比較干燥、肥效高，易于堆肥，尿液中N、P濃度高，有利于P的回收，適宜于在農(nóng)村推廣應(yīng)用。一旦大部分尿液不進入水環(huán)境中，農(nóng)村養(yǎng)殖廢水所帶來的面源污染如氨氮超標問題就變得容易解決。
蚯蚓生態(tài)濾池是一種利用微生物、蚯蚓和基質(zhì)等組成的人工生態(tài)系統(tǒng)處理生活污水的新技術(shù)。目前，其填料主要采用陶粒、土壤、鋸末、稻殼、谷殼、泥炭、鋼渣、煤渣、石英砂、細砂等。蚯蚓對污水及污泥具有分解、吸收的作用，其來回蠕動，不僅清掃濾床，防止其堵塞，而且增加了濾床層的通氣性，增大了氧的供給量，促進濾層中C、N的轉(zhuǎn)化;另外，蚯蚓可以清除蚊蠅滋生，改善濾池的衛(wèi)生條件，同時在濾池中增殖的蚯蚓又可作為家禽飼料。
蚯蚓糞便中的微生物能促使有機N的氨化和NH4+-N的硝化作用，其內(nèi)部的厭氧層和生物膜內(nèi)的厭氧層會發(fā)生反硝化作用而楊健等在曲陽污水廠的中型試驗表明，蚯蚓生態(tài)濾池對城鎮(zhèn)污水的產(chǎn)生N2和N2O氣體，降低出水的TN值。CODCr去除率達83%～88%，BOD5去除率達91%～96%，SS去除率達85%～92%，氨氮去除率達55%～65%。
由于蚯蚓生態(tài)濾池具有池容小、節(jié)能、易操作、維護管理方便等特點，適宜于我國南方農(nóng)村生活污水處理，但由于蚯蚓有冬眠和夏眠的習(xí)性，會造成階段性出水不穩(wěn)定，使用時應(yīng)考慮其應(yīng)對措施，在濾池出水加后續(xù)強化處理工藝。
與自然濕地相比
鎮(zhèn)江農(nóng)村分散式污水處理設(shè)施 精益求精
人工濕地主要是利用土壤、人工介質(zhì)、植物、微生物的物理、化學(xué)、生物三重協(xié)同作用，對污水、污泥進行處理的一種綜合生態(tài)系統(tǒng)。它應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)中物種共生、物質(zhì)循環(huán)再生原理以及結(jié)構(gòu)與功能協(xié)調(diào)原則，在促進廢水中污染物質(zhì)良性循環(huán)的前提下，充分發(fā)揮資源的生產(chǎn)潛力，防止環(huán)境的再污染，獲得污水處理與資源化的效益。
人工濕地系統(tǒng)可分為表面流濕地(SFW)、潛流濕地(SS-FW)、立式流濕地(VFW)。表面流濕地和立式流濕地因環(huán)境條件差(易孳生蚊蟲)，處理效果受氣溫影響較大以及對基建要求較高，現(xiàn)多不再采用。故人工濕地大部分采用潛流式濕地系統(tǒng)。在人工濕地系統(tǒng)中，可利用植物吸收和基質(zhì)的吸附去除污染物。目前常用的挺水植物有:蘆葦、蒲草、荸薺、蓮水芹、水蔥、茭白、香蒲、千屈菜、菖蒲、水麥冬、風車草、燈芯草等。李瑋峰等研究表明蘆葦和香蒲植物吸收TN和TP的量在濕地去除量中的比例分別為13.5%、41.2%和17.3%、24.4%。
不同濕地植物對N、P的吸附去除率不同，其與進水水質(zhì)、濕地基質(zhì)、溫度等多種因素有關(guān)，對比分析后可以看出，蘆葦、香蒲以及茭白對N、P的去除率均較高。人工濕地基質(zhì)主要采用土壤、沙、石、煤渣、鋼渣等?；|(zhì)一方面為微生物的生長提供穩(wěn)定的依附表面，同時也為水生植物提供了載體和營養(yǎng)物質(zhì)。當污水流經(jīng)人工濕地時，基質(zhì)通過沉淀、過濾、吸附和離子交換等一些物理和化學(xué)的途徑來凈化除去污水中的污染物。濕地基質(zhì)氧化還原能力的大小決定了系統(tǒng)去除N的效果。
紅壤廣泛分布于我國低山丘陵地區(qū)，價格低廉，易于取用，是一種較好的人工濕地基質(zhì)。黃中子等研究發(fā)現(xiàn)，紅壤是一種優(yōu)良的磷素吸附材料，當溫度為30℃時，紅壤對P的飽和吸附量高達1.61mg/g。紅壤中P的含量非常低，但是含有大量的無定型氧化鐵、氧化鋁及高嶺石等成分，有利于P的吸附和固定。因此，當溶液中P的濃度較低時，對P的吸附去除效果較好。當紅壤除磷吸附飽和時，可作為農(nóng)田肥料使用。
在進水污染物濃度較低的條件下，人工濕地對COD的去除率可達80%以上，對BOD5的去除率可達80%～95%，對TN、TP的去除率均可達85%以上。國外利用人工濕地處理生活污水及各種廢水，均取得很好的處理效果。人工濕地具有結(jié)構(gòu)簡單、投資少、易于維護和運行費用低等特點，易于在我國農(nóng)村推廣使用。
