強化多介質高效生物濾器處理農村生活污水的技術開發(fā)可行性

1、強化多介質高效生物濾器處理農村生活污水的技術開發(fā)可行性研究報告一、立項的背景和意義中國是一個以農村人口占主導的人口大國。目前我國共有60多萬個行政村、250多萬個自然村，居住生活著2億多農戶、近8億人口。隨著農村城鎮(zhèn)化進程，新興企業(yè)的快速發(fā)展，以及城市重污染企業(yè)向農村的轉移，農村的環(huán)境污染問題加劇，水體、土壤、大氣等受到了不同程度的污染，嚴重威脅到廣大農民的健康安全。自2008年起，中央財政加大了農村環(huán)境整治資金投入，到現在實施三年來，農村環(huán)境整體取得了較大改善。但是，農村環(huán)境問題形勢依然嚴峻。我國一直以來長期重視城市建設，特別是在環(huán)境保護方面，農村一直被忽視。近年來，為推進城市化進程，提高農

2、村居民生活的質量，農村供水工程已逐步實施，然而，農村排水工程卻一直未能引起足夠的重視。據統(tǒng)計，全國農村每年產生的生活污水有80多億t。目前僅有19.4的鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水得到集中處理，建設部的村莊人居環(huán)境現狀與問題調查報告也顯示，96的村莊沒有排水渠道和污水處理系統(tǒng)。未經處理的生活污水常自流進入地勢低洼的河流、湖泊和池塘等地表水體中或滲入地下水，嚴重超過了水體自凈能力，污染了各類水源。同時，生活污水也是疾病傳染擴散的源頭，容易造成地區(qū)的傳染病、地方病和人畜共患疾病的發(fā)生與流行。目前，全國農村的自來水普及率只有34左右，還有3億多農民存在飲水安全問題。如在浙江省麗水市對農民家庭用水水質的抽樣檢測結果中

3、，63個水樣的大腸桿菌、渾濁度等主要指標，其超標的占72。在很多地區(qū)，水源地水質差的狀況，與農村生活污水未經處理而直接排放有著直接的因果關系。農村生活污水主要來源于廚房炊事、沐浴、洗滌和廁所沖洗等。盡管農村人口眾多、分布面廣，產生的生活污水、垃圾等長期以來一直被用作肥料利用，而不直接進入環(huán)境。因此，歷史上并未出現因生活污水產生的嚴重環(huán)境污染問題。但是隨著農村經濟的發(fā)展，農民生活水平的提高，各種城市廚衛(wèi)設施在農村應用越來越廣，人們不再利用為糞尿等，生活污水常常是當地水環(huán)境污染物的主要來源之一，污染物濃度明顯增加，水量顯著增大。農村生活污水呈現出來源多、面源廣、分散、處理率低等特點。從區(qū)域特點來看

4、，經濟發(fā)展相當落后地區(qū)環(huán)保意識淡薄，生活廢水隨意排放，更是缺乏資金對生活生產廢水進行集中整治；經濟較為發(fā)達的東部沿海地區(qū)農村環(huán)保意識相對較強，但是礙于技術或者地理條件的限制造成廢水收集難、處理率低。 紹興經濟發(fā)達，人民生活水平位居全國前列，一直以來環(huán)境保護工作走在全國前列，特別是在農村生活污水治理上下大了功夫，農村環(huán)境連片整治期間要求村鎮(zhèn)污水收集處理率達到60%以上。但是不少農村居民居住分散，地形地理條件復雜，大面積污水收集和集中處理在技術上和經濟上很難實現。而小型化、就地化、分散式處理則投資低、實施快。處理難點主要有以下幾點：(1)污水成分復雜，有可能雜有一定量的工業(yè)污水，水質水量波動性很大

5、，難以正確評估生活污水的污染負荷及其晝夜、季節(jié)性變化；(2)從水處理工程角度來看，污水產生量少，處理規(guī)模小，造成工程建設費及運行費用過高；(3)污水處理工藝與技術的選擇，受到當地社會、經濟發(fā)展水平的制約和地方保護主義或其他人文因素的抵制；(4)當地自然與生態(tài)條件(氣溫、降水、風向和土壤等)對所選擇的處理工藝與處理技術有負面影響，使其不能正常發(fā)揮效力；(5)維護管理技術人員及運行管理經驗嚴重缺乏。(6)生活污水排放管道沒有規(guī)劃，基本上排水均為雨污合流制，化糞池的出水都是直接排入附近的明溝或者暗溝,給污水處理系統(tǒng)的正常工作帶來一定困難。從以上分析可見，農村生活污水處理與城市污水處理無論在經濟上還是

6、在技術上，都有極大的差異。應目前國內及紹興地區(qū)的情況來看，急需要一類處理效果好、運行費用低、管理方便的污水處理技術，這已成為我國目前治理農村生活污水的瓶頸問題。發(fā)達國家在處理農村生活污水方面進行積極探索，也取得了明顯的成效。國外的污水處理技術同樣需要完善，不加研究直接照搬和完全套用國外污水處理技術難以取得成功。我國在近年來也開展了大量的研究與實踐工作，總體來看，取得了很大的進展，不少技術瓶頸得到突破，使我國近期農村生活污水處理率有了飛速地提高，為我國農村環(huán)境建設奠定了技術基礎。盡管如此，農村生活污水處理技術，仍難以滿足廣大農村地區(qū)的需要。進一步開發(fā)節(jié)省投資、節(jié)約用地、方便施工、管理方便的新技術

7、與新工藝仍是當前環(huán)境科學研究領域的重要問題。本項目擬在總結國內外農村生活污水處理的成功經驗，分析其存在的主要問題的基礎上，借鑒不同污水處理技術的優(yōu)點，提出適合紹興農村生活污水處理的新工藝、新技術、新方法。加強對農村生活污水的收集、處理與資源化技術推廣、設施建設，對確保農村水源的安全和農民的身體健康、保護區(qū)域水環(huán)境質量具有重要意義，也是當前改善農村人居環(huán)境、建設社會主義新農村需要解決的迫切問題。二、國內外研究現狀和發(fā)展趨勢目前，國內外應用于農村生活污水的處理技術比較多，但根據處理污水的工藝原理，大致可歸為2類：第1類是“城鎮(zhèn)污水處理廠小型化（簡約化）”工藝，主要處理流程類似于城鎮(zhèn)污水處理廠，處理

8、微生物載體多為活性污泥或生物膜，例如厭氧升流過濾、射流充氧好氧濾池技術；第2類是“自然處理系統(tǒng)”，與傳統(tǒng)氧化塘或土壤過濾技術相似，利用土地過濾、植物吸收和微生物分解的原理處理污水，載體多為土壤或水體，例如土壤滲濾、生物濾池和人工濕地技術。另外，還有一些示范工程采用的是2種工藝混合的技術。從20世紀70年代開始，日、美、歐洲等發(fā)達國家就采用分散式污水處理方式對鄉(xiāng)村的污水進行治理，取得很好的成效。目前，西方國家一些地區(qū)在農村生活污水處理技術的研究和應用方面，積累了許多經驗，美國政府對簡易且經濟有效的分散型污水處理系統(tǒng)的應用進行積極的鼓勵和引導，分散型污水處理系統(tǒng)在美國農村水污染控制方面發(fā)揮著很重要

9、的作用；據統(tǒng)計美國在城郊地區(qū)已經安裝了約2500萬套分散型污水處理系統(tǒng)，約有1/4的人口和1/3的新建社區(qū)在使用分散型污水處理設施，由分散型污水處理系統(tǒng)處理的污水量達到1.7×107m3/d。根據美國治理農村污水的成功，得益于完整的分散型污水政策體系、多方位的運營體系和保障得力的資金支持體系，而這些經驗對中國的農村污水治理具有一定的借鑒作用。歐洲許多國家也根據本國特點開發(fā)了不同形式的小型污水處理裝置。德國從2003年起開始進行“分散市鎮(zhèn)基礎設施系統(tǒng)”項目研究，有關技術目前已基本成熟。在挪威，居民房屋分布比較分散，很多是建立在巖石上，無法采用土地滲濾進行污水處理，故發(fā)展了以SBR、移動

10、床生物膜反應器、生物轉盤、滴濾池技術為主，并結合化學絮凝除磷的集成式小型污水凈化裝置。澳大利亞也進行了不少有益的探索。該國聯邦科學和工業(yè)研究組織（Common wealth Scientific and Industrial Research Organization）提出了Filter處理工藝，這是一種“過濾、土地處理與暗管排水相結合的污水再利用系統(tǒng)”，其目的主要是利用污水進行作物灌溉，通過灌溉土地處理后，再用地下暗管將其匯集和排出。日本政府從1973年開始進行“農村集落排水工程”建設，主要是集中處理農村生活排水，包括農村居民和農村行政事業(yè)單位的生活排水。日本農村污水處理協會主要負責日本鄉(xiāng)鎮(zhèn)

11、污水處理的技術發(fā)展工作，研究了一系列適合于農村城鎮(zhèn)中應用的污水處理設備，設計了JARUS模式的15種不同型號污水處理裝置，主要采用物理、化學與生物措施相結合的處理過程，取得了很好效果。這15種不同型號的處理裝置可分為兩大類：一類采用生物膜法，污水通過塑料制成的濾層，上面附有微生物，通過生物膜后可使污水中的生物耗氧量下降到20mg/L以下，懸浮固體物下降到50mg/L，總氮含量在20mg/L以下。近年來，新型的膜分離技術槽在日本已被開發(fā)出來并得到實際應用。另一類是采用浮游生物法，通過漂浮在污水中的微生物氧化作用，可使BOD下降到1020mg/L，SS下降到l550mg/L，COD下降到15mg/

12、L以下，TN下降到1015mg/L以下，TP下降到13mg/L以下。我國生活污水分散式處理研究和應用始于20世紀80年代末，許多形式各異的無動力或微動力的低能耗型一體化污水處理裝置得到應用，例如，厭氧沼氣池、人工濕地處理技術、地下土壤毛管滲濾法、穩(wěn)定塘等。先后在居民小區(qū)、賓館、學校、醫(yī)院等建設一批化糞池、無動力地埋式、微動力地埋式等小型污水處理裝置，為緩解當時城市污水帶來的環(huán)境污染起到一定的作用。目前，分散式污水處理已成為國內外生活污水處理的一種理念和方法。經過對國外農村生活污水處理技術的集成與推廣，中國農村生活污水處理技術主要可分為3大類：生態(tài)處理技術、穩(wěn)定塘處理技術、一體化成套設備處理技術

13、。對大多數農村生活污水來說，主要污染物是有機物，其生化性較好，所以通常情況下生活污水的處理都是采用生物處理的方法。生活污水的處理方法從處理工藝上分有：厭氧生物處理和好氧生物處理。從處理方式上分有：集中處理和分散處理。從我國及紹興目前常用的污水處理方法有以下幾種：l 生活污水凈化池沼氣生活污水凈化沼氣池采用厭氧發(fā)酵技術，在厭氧和兼性厭氧的條件下將生活污水中的有機物分解轉化成CH4、CO2和水，達到凈化處理生活污水的目的。其處理工藝：生活污水-格柵池-厭氧發(fā)酵-排放。生活污水沼氣凈化池的優(yōu)點是：不消耗動力、運行穩(wěn)定、管理簡便、剩余污泥少，建在綠化或菜地下，不占地。但從目前使用情況來看，生活污水凈化

14、沼氣池在技術上也存在一定的問題。主要是：污水停留時間長，出水中部分指標未達排放標準，對于減輕水體富營養(yǎng)化問題作用有限。l 地埋式無動力凈化處理裝置地埋式無動力凈化處理裝置是在圓筒型兼性濾池的基礎上發(fā)展而成的，其處理工藝流程為：生活污水-厭氧酸化-兼性過濾-生態(tài)溝(自然通風)-排放。該處工藝的最大特點是增加了生態(tài)溝，增加生態(tài)溝的目的是對厭氧發(fā)酵后的污水進行氧化處理，使出水水質進一步提高。但是由于是自然充氧效果不好，處理效果和普通化糞池效果差不多，而且投資大大高于化糞池，故使用較少。l 氧化塘氧化塘是經人工改造的具有處理污、廢水能力的自然池塘，是一種構造簡單、維護管理方便，處理效果穩(wěn)定，節(jié)省能源的

15、凈化系統(tǒng)。污水在塘內經過較長時間的停留、貯存，通過微生物的代謝活動，菌藻互相作用或菌藻、水生生物的綜合作用使有機污染物和其他污染物質得到降解和去除。但其占地面積大、受溫度影響大、易產生臭味及蚊蠅等問題。l 人工濕地生活污水處理技術人工濕地是受天然濕地凈化功能的啟發(fā)而發(fā)明的一項技術。人工濕地是通過模擬和強化自然濕地功能，將污水有控制地投配到土壤(填料)經常處于飽和狀態(tài)且生長有蘆葦、香蒲等水生植物的土地上，污水沿一定方向流動的過程中，在耐水植物和土壤(填料)的物理、化學和生物的三重協同作用下，污水中有機物通過過濾、根系截留、吸附、吸收和植物光合、輸氧作用，促進兼性微生物分解來實現對污水的高效凈化。

16、人工濕地處理生活污水具有效果好、投資省、運行費低等優(yōu)點。但也存在著占地面積較大，冬天處理效果受一定影響的問題。目前分散式污水處理中采用較多的是“厭氧水解-人工濕地生活污水處理技術”，該技術在處理生活污水方面恰好能取長補短，將它們有機地結合起來處理效果非常好。l 土地滲濾處理技術土地滲濾處理是將污水投配到天然土壤或種有植物的天然土壤表面，污水垂直人滲地下，因為土壤-植物-微生物系統(tǒng)包含了過濾、吸附和微生物降解等十分復雜的綜合過程，使得污水得以凈化的土地處理工藝。其運行成本低、操作運行簡單，合適農村生活污水的處理。但該技術對土壤地質條件要求比較高，而且操作不當則易造成地下水污染。長期運行后，土壤有

17、可能發(fā)生堵塞，土壤滲透性能下降，局部易形成短流，出水水質變差，系統(tǒng)明顯出現不穩(wěn)定現象。農村生活污水處理技術研究與運用正于起步階段，目前仍存在著大量技術問題沒有解決，而這些問題的存在對于新農村建設中的水環(huán)境改善是一大障礙。首先，在規(guī)劃上，沒有建立完善的農村環(huán)境在規(guī)劃上的理論依據與體系，缺乏相應的操作模式。如：如何推進農村工業(yè)和畜牧業(yè)環(huán)境友好型規(guī)劃、引導企業(yè)實行清潔生產，廢棄物利用與廢污水處理的規(guī)范化管理。農村生產企業(yè)如何改進工藝、提高用水效率及回用率，實現污水處理、達標排放。在監(jiān)管方面，如何完善環(huán)保部門對農村污水排放的監(jiān)管方法與制度。其次，在水處理技術方面，雖然已有不少研究成果，但尚未能開發(fā)出完

18、全適用中國農村水環(huán)境治理的相關成熟技術。如：人工濕地、土地滲濾、生物濾池等，目前來看適應于中國農村生活污水的處理，但仍存在著投資過大、土地面積需要過大、效率低、故障率高等問題，在農村污水治理過程中，如何借鑒國內外分散式生活污水處理的成功經驗，結合各種分散式污水處理的特點，研究高效率、低造價、適應當地經濟水平、自然條件、環(huán)境目標的新工藝，是環(huán)保工作者面臨的新課題。 污水生活污水的被開發(fā)出來并得到實際應用，本項目計劃在大量應用研究及工程實踐的基礎之上，研發(fā)出一套高效經濟的農村生活污水處理技術強化多介質高效生物反應器。通過合理選材、優(yōu)化設計參數，進一步提高污水處理效率、降低投資及運行費用是今后的研究

19、主要方向。三、研究開發(fā)內容和技術關鍵及主要創(chuàng)新點研究開發(fā)內容：1、充分分析總結現有各類農村生活污水處理工藝的優(yōu)點，創(chuàng)制出強化脫氮除磷的多介質高效生物濾器，穩(wěn)定提高脫氮效率；2、根據材料的易得性，篩選價廉、易得的工程材料；高效脫氮除磷菌種篩選3、研究不同介質配比、排列方式、菌劑接種與否等與污水處理效率的關系，確定反應器運行處理最佳方案；4、在以上研究成果的基礎上，研制出污水處理成套（一體化）設備，建立分散型污水處理工程示范點。技術關鍵：本研究的技術關鍵是如何提高介質與生物之間的正互作效應，獲得較高的穩(wěn)定的脫氮除磷效率，研究探明介質材料種類與配比，提高系統(tǒng)抗外界因素干擾能力同時穩(wěn)定系統(tǒng)運行的內環(huán)境

20、。主要創(chuàng)新點：高效生物反應器的主要創(chuàng)新點在于處理水力負荷高、占地面積小，處理設施投資與運行費用低，無動力和藥劑消耗，管理方便，能廣泛應用于水量水質變化較大的農村生活污水處理。四、預期目標（主要技術經濟指標、應用前景）1、主要技術經濟指標：（1）在相同污染物去除效率條件下，比常用生活污水處理技術（人工濕地、土壤處理）節(jié)約用地60%以上；（2）出水指標達到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002）中的一級A標準；（3）總投資費用在相同污水處理效率下比人工濕地下降30。（4）建立日處理量5m3的示范工程一處。2、應用前景：創(chuàng)制出的強化多介質高效污水處理生物反應器適用于紹興地區(qū)生活污水水

21、質水量變化較大的廣大農村，尤其是在存在明顯地勢高差的山區(qū)村落具有廣闊的應用前景，技術成熟后能得到廣泛的應用。3、在國內一級期刊上，發(fā)表12篇論文。五、研究方案、技術路線、組織方式與課題分解1、技術路線：本項目技術路線見下圖。土地、生物、人工濕地等處理工藝優(yōu)勢分析強化多介質生物濾器微生物接入植物介入啟動運行反應器反應器穩(wěn)定出水水質介質生物、化學特性變化介質機械物理性質變化參數優(yōu)化優(yōu)化后的反應器參數成套設備示范工程介質搭配和配比2、研究方案：（1）結合國內外各類的廢水處理的相關案例和經驗，總結了各類廢水處理技術中污染物去除機理、效果和工程應用管理技術特點，分析農村生活污水處理限制因素，為設計反應器

22、提供理論依據。（2）以當地最易得、價廉為介質材料：土壤、泥炭、秸桿、砂石料等為基礎材料，構建反應器填料系統(tǒng)。（3）研究不同材料、不同配比、不同排列方式等，在不同污水負荷條件下水處理效果，篩選出最佳組合。（4）利用植物根際效應，添加微生物菌劑，提高并保持反應器內的微生物活性，提高水處理效率。（5）根據以上研究結果，設計建立中試系統(tǒng)，開展示范工程的建設。3、組織方式與課題分解本研究由本單位負責并組織實施，××大學××學院負責技術指導。本項目分解為子項研究：（1）研究反應器內填料機械性能、排列方式、透水性等物理性能與水處理效果之間的關系，研究出相應的填料配方、結構等；（2）設計并建立污水處理示范工程。六、計劃進度安排本項目擬在二年內完成，工作計劃安排如下：2012年：u 研究準備階段。資料收集、材料收集、反應器設計、研究試驗設計。u 小型反應器制作與運行。重點是開展不同材料、不同配比、不同排列方式等，在不同污水負荷條件