國家“十二五”水專項成果助力農村生活污水治理
【蘭州純水設備http://www.ilangnet.cn】生活污水收集困難、處理效果差是農村環境治理長期存在的問題。數據顯示，截至2016年底，中國城市污水處理廠數量為2039家，年污水處理量為448.8億立方米，處理率為93.44%。一些農村污水處理設備由于缺乏資金和專業的管理維護人員，無法正常運行。然而，大部分農村污水仍在現場排放，黑水溢出現象普遍存在。水環境明顯破壞，農村發展受到制約。純水設備
農村污水處理問題遲遲得不到解決的一個重要原因是缺乏切實可行、有效的技術支持。近年來，隨著市民環保意識的逐步提高，農村污水處理逐漸進入公眾視野，而現有的技術大多集中在城市污水處理技術和管理技術上，“水土不服”很容易轉移到農村地區。與城市污水相比，農村污水排放分散、基礎設施落后、技術儲備匱乏。同時，農村污水處理技術既要穩定高效，又要“低投資、易管理”，才能真正可行。工業純水設備
《竹山灣農村分散式污水處理技術集成研究與工程論證(2012zx07101-005)》由東南大學牽頭，以農村污水處理技術為核心的“十二五”和“水污染防治”重大科技專項。對于小型分散的農村污水處理,村莊相對集中(保持村)污水處理和村亂排放污水處理三種類型,組組合創新提出了生態過程,形成了“技術簡單,操作方便,管理、氮和磷資源,整體景觀和花園”“農業污染凈化型”的農村生活污水處理系統。同時，課題組選取太湖流域典型區域進行研究，緊密對接“三農”，建設多項示范項目，為太湖流域水污染防治提供科技支撐。
污水無序排放，多級截流有效
不同于城市相對完善的污水管網系統,農村基礎設施建設,特別是網絡建設相對落后,沒有雨的城市污泥分離工藝條件、降雨和亂排放污水的自然混合,或解散農田面源污染物,形成了亂排放污水,到當地水環境中。陸錫武教授認為，無序的污水排放一般富含氮、磷，直接排入河道會對水環境產生不利影響。通過種植蔬菜和水生植物，將廢棄物變為珍寶，發展污水凈化農業，不留尾巴進行治理，是完全可能的。純水設備
為了解決這一問題，課題組以“截留、凈化、利用”為研究理念，以改良的水產蔬菜o-a-o人工濕地為核心技術，成功開發了“村莊無序污水收集處理和氮磷資源利用技術”。該技術充分利用農村和地區的地形特征,構建生態截水溝包含了地表徑流,生態凈化池、水生蔬菜類型多級攔截系統的人工濕地,通過多種生物和生態效應,有效降低村莊無序排放有機物和氮、磷污染負荷的同時,實施氮磷資源利用。工業純水設備
該方案的誕生得益于課題組扎實的研究和靈活的思維。該研究小組發現，在農村地區，用于農田灌溉的縱橫交錯的溝渠很常見。因此，巧妙地利用現有河道，將其轉化為生態河道，截留降雨初始階段的徑流作為截留的第一階段。生態截流技術采用生態護坡技術，重建植物群落，恢復水生植物生物多樣性，利用生物和生態功能實現水質凈化。流出生態截流溝的污水流入生態凈化池進行進一步截流處理。生態凈化池包括水生植物、生態浮床和水下植物。生物單元作為三級截流器，可設置“需氧/厭氧/需氧三級基質水生植物人工濕地(簡稱o-a-o水生植物濕地)”，一方面，它利用蔬菜吸收水中的氮和磷，另一方面，它也為蔬菜提供了必要的營養。純水設備
根據課題組示范項目數據，總體而言，在降水初期生活污水、徑流無序排放和生物生態處理后，COD、TP、TN的去除率約為62%。當o-a-o水生植物濕地的水力荷載為0.3m3/(m2?d)時，COD、TN和TP的去除率分別達到51%、69%和76%。
高效除氮除磷，村莊集中治理
隨著太湖流域城市化水平的提高和村鎮疏散速度的加快，類似村鎮的村鎮和保留村發展迅速，但生活污水的收集處理率較低。然而，現有的城市污水處理技術和管理技術并不適應村莊、村莊等農村社區的發展需求。主要原因是城市污水處理廠工藝復雜，需要專業管理，不能應用于農村生活污水的處理。
集團充分調查和研究的基礎上,識別當地村(保持村)相對集中污水處理需求,有針對性的研究和開發的“強化生化處理+順序的功能類型生物氧化塘生態村莊”相結合的污水處理技術,有效地結合了生物和生態處理技術,采用初的“農村污水格柵重調節池-生物處理級聯功能增強的生物生態氧化塘的過程,使用函數強化生物處理單元去除有機物和氮、磷的一部分,水,然后輸入函數加強訂單類型生物氧化塘生態環境,在微生物的作用下倪
雖然都是生物和生態手段相結合，但這個技術與農村小型分散式生活污水處理技術有一定的區別。本技術的生物處理單元采用改良型A2/O一體化活性污泥工藝或改進型氧化溝工藝，改良型A2/O一體化工藝耦合同步硝化反硝化與反硝化除磷技術，能夠實現“一碳兩用”，有效降低污水處理的能耗；改進型氧化溝工藝則是在一體化氧化溝的基礎上，通過控制溶解氧濃度在裝置中形成“厭氧-低氧-缺氧-好氧”等不同條件下的反應區域，進而提高脫氮除磷效率，工藝流程短，不必設立初沉池、污泥消化池和二沉池，節省占地，節約投資。生態處理單元則優化組合多種技術，構建兼氧塘、好氧塘、水生植物塘等功能明確的階式功能強化型生物生態氧化塘，達到深度去除氮磷的目的。實驗室純水設備
本技術在環保性、成本控制和處理效果方面表現也頗為亮眼。相比傳統生化工藝，本技術運行程中無需投加化學藥劑，基本無需排泥，更加安全環保。處理成本主要為生態塘內動力設備能耗費用，平均噸水處理成本為0.104元。成本更低的同時，處理效果并沒有打折扣。當水力停留時間為兩天時，平均出水COD、TN、TP去除率相對于生物處理的尾水分別為30%、40%、37%左右，出水至少8個月可達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級A標準，其余時間達到一級B標準，能夠較好地實現污水凈化及節能降耗的目標。
生物生態結合，構建污染凈化型農業
課題組取得的標志性成果之一就是成功研發了“厭氧-好氧-濕地生物生態組合技術”，為解決農村分散式生活污水處理問題提供了思路。
課題負責人呂錫武教授介紹，太湖流域村落星羅棋布，農村地區人口分散，相對城市而言，污水不宜集中收集處理，統稱分散式生活污水。隨著人口增加，用水量增大，大量分散式生活污水直排，造成流域污染負荷不斷增加，加快了流域水環境惡化，污水中的氮磷等物質加劇了湖泊水體富營養化，對流域水環境質量造成了巨大影響。因此，有效處理農村分散式生活污水勢在必行。純水設備
面對農村生活污水處理問題的不止中國，放眼國際社會，不乏技術成熟的國家和地區，但其技術均有局限性。
國際上的技術主要分為生物處理和生態處理兩大類。生物技術以日本的凈化槽為代表，是一種大型污水處理工藝的小型集約化應用技術，但是建設及運行成本高，對管理人員專業素質要求也較高，且不具備除磷功能，在現階段我國廣大農村地區難以大規模推廣應用。生態處理技術由于所需占地較大，處理效果受季節影響明顯，主要在澳大利亞、美國等土地資源豐富、環境容量大的地區使用，而我國有相當一部分農村地區受土地資源和地理位置的雙重制約，不具備應用條件。實驗室純水設備
課題組充分結合我國國情，本著“因地制宜、高技術、低投資與運行成本、資源化利用”的可持續發展原則，另辟蹊徑，研發了可以規避國外方案弊端的新技術。在保證出水穩定達標的基礎上，規?；鞘形鬯幚韽S需要專業化管理，不適用于農村分散式污水，針對此問題，課題組秉承“生物單元重點處理有機污染物，生態單元資源化利用氮磷”的理念，采用“農村污水-格柵-厭氧-缺氧-好氧-經濟型人工濕地”的工藝流程，生物單元不設計除磷脫氮功能，充分發揮其簡易高效降解有機物的特點，同時以跌水曝氣替代傳統鼓風曝氣方式，實現節能和工藝簡化；生態單元通過開發具有較高氮磷吸收能力和適于在人工濕地內種植的經濟型作物，實現氮、磷資源化，構建污染凈化型農業。
這一方案各單元分工明確，工藝可以靈活調整，既能較好地解決農村地區社會、經濟、環境等基本情況復雜、污水處理技術需求差異較大的問題，又能在控制成本的條件下達到良好的處理效果，還能帶來一定的經濟效益，具備較高的性價比。
經測算，農村小型分散式生活污水經過“厭氧-好氧-濕地生物生態組合技術”工藝處理后，COD去除率大于85%，BOD5去除率大于90%，SS去除率大于90%，NH4+-N去除率大于95%，TN去除率大于80%，TP去除率大于85%，處理效果顯著。而處理成本主要包括建設、處理和運行三方面，建設成本低于1萬元/噸；直接水處理成本小于0.15元/噸；整個工藝系統全程僅需1個水泵自控運行，不需要混合液回流與污泥回流，不需要機械曝氣，較傳統生活污水處理工藝（以A/A/O工藝為例）節能50%以上，污水處理裝置可節地20%以上。如利用地形條件，甚至可免去水泵，進一步降低直接運行費用。實驗室純水設備
“經濟效益則主要由種植的植物決定，以空心菜和水芹菜輪種為例，每年空心菜產量可達8000斤/畝，水芹菜1000斤/畝，可產生的經濟收益不低于1萬元/畝?！闭n題負責人呂錫武教授介紹。
真金不怕火煉，成果應用廣泛
太湖流域農村生活污水入湖污染負荷高、收集和處理率較低。據統計，太湖流域水環境治理區內農村污染排放量占所有排放源排放量的比例分別為：COD占23%，氨氮占38%，TN占40%，TP占38%，且呈現逐年升高的趨勢。
課題組選取太湖流域這一典型區域進行研究，圍繞有效削減農村生活污水污染負荷，建成了一批示范工程，為太湖流域乃至全國農村生活污水治理提供技術支撐。
課題示范工程按照“污染物排放特征-氮磷削減-資源化利用-優化集成-技術與裝置標準化-管理機制保障”的總體思路，分別針對小型分散式生活污水、相對集中的村落污水以及無序排放污水等不同排放類型的污水，建立了節能高效治理的技術體系。
據了解，在太湖流域建成的小型分散式農村生活污水處理示范工程已近272座，總規模5230m3/d。其中，常州市武進區建設生物生態組合處理設施30套，總規模892m3/d；南京市高淳區建設生物生態組合處理設施216套，總規模3715m3/d；無錫江陰市建成小型分散式農村生活污水處理設施4套，規模155m3/d；無錫宜興市建成小型分散式農村生活污水處理設施22套，規模468m3/d；
針對小型分散式生活污水，課題組選取常州市綠色建筑博覽園的未來屋建設了生活污水處理工程，解決未來屋中10名住戶的生活污水問題。課題組根據單戶居民生活污水時間分布不均的特點（污水主要產生于一日三餐時間，且晚間用水量較大），提出了“高效折板厭氧反應器—調節池—水車跌水充氧接觸氧化—景觀型人工濕地”的組合式污水處理工藝，每天的處理能力為2.2m3，處理出水達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）的一級A標準，可回用于廁所便器沖洗、小區綠化、水景觀用水等。同時，污水中的碳源產生沼氣，氮磷用作肥料，構建生態景觀，使多種污染物質均得到充分資源化利用。
不同于小型分散式生活污水，村落污水相對集中處理的技術工藝更加復雜，課題組目前已建成27座示范工程，總規模3066m3/d，位于常州市武進區、南京市高淳區等地，服務人口近4萬人。其中，常州市武進區橫山橋鎮新安社區生活污水處理工程于2014年11月30日竣工，處理單元處理規模為480m3/d。自建成后，新安社區及周邊村莊1300余戶村民約5000人受益，改善了百姓居住環境，增強了百姓的幸福感。
同時，課題組結合太湖流域村落無序排放污水的情況，選取了宜興市周鐵鎮、昆山市巴城鎮等地建成了3套示范工程，集成了生態攔截溝、生態凈化塘、水生蔬菜型人工濕地、泵房、計量槽等多項技術，形成具有節能、節地、高效、低維護、景觀化、園林化特征的可選工藝組合流程，不僅能有效削減村落面源流入太湖的氮磷負荷，改善徑流水質，還能種植空心菜和多種水生植物，經濟效益和景觀效果明顯。昆山市小橋灣村的村民就實實在在享受到了無序排放污水示范工程帶來的好處。課題組因地制宜，針對目前農村污水處理技術無法有效收集攔截村落無序排放污水、凈化效果不高和氮磷資源損失等缺點，集成了自主設計的生態溝渠和新型水生蔬菜濕地，污染物攔截效率高、凈化效果好，實現了污水中的氮磷資源化利用，氮磷資源化利用率高、建設成本低，適于在農村地區推廣建設運行。純水設備
從“十五”到“十二五”，課題組開展了長達十幾年的持續研究與工程應用，已申請發明專利50余項（獲授權30項），已獲授權實用新型5項；在全國范圍內共建成工程568處，設計處理水量14630噸/天，可實現污染物年削減COD1869.0噸，TN160.2噸，TP18.7噸。在低建設、低運行成本、易維護的前提下，課題實現了污水處理生態化、景觀化、園林化和氮磷資源化，為太湖流域水質改善乃至全國農村生活污水治理提供了技術支撐。更多環保純水處理設備資訊請關注皙全蘭州水處理設備網。
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