5吕锡武小型分散式农村污水处理的理论与实践

LOGO1小型分散式农村污水处理的理论与实践东南大学吕锡武LOGO研究背景报告提纲技术理念与工艺路线国内外技术进展技术研发与成果创新技术与应用技术发展趋势2LOGO2011年我国主要水系、湖泊和海域污染严重，七大水系Ⅳ～Ⅴ类和劣Ⅴ类水质的断面比例分别为25.3％和13.7％,即Ⅳ类以上的水质达到39.0％，高锰酸盐指数、氨氮和五日生化需氧量和超标严重；主要湖泊总氮、总磷严重超标，富营养化问题依然突出，26个国控重点湖泊（水库）中，Ⅳ~Ⅴ类和劣Ⅴ类为15个，“三湖”中巢湖总体为Ⅴ类，太湖、滇池总体均为劣Ⅴ类。2011年7大水系水质状况主要水系水质3LOGO42020/7/16COD入河量27%21%2%12%6%32%氨氮入河量9%25%13%7%2%44%工业城镇生活农村生活农田径流畜禽养殖其他农村污染成为太湖流域污染物主要来源*——引自太湖流域实施方案编制组《太湖流域“十二五”科技需求与目标任务的建议》太湖流域农村污染带来的COD、氨氮、TN和TP负荷占总污染负荷的比重呈现逐年增加的趋势，农村生活源、农田径流源已经成为太湖地区氮、磷污染的主要来源。太湖流域典型污染源调查显示，上述两种途径输出的COD占流域总量的23%，氨氮占流域总量38%，总氮占流域总量40%，总磷占流域总量的38%。*TN入河量22%10%4%14%32%18%TP入河量26%3%11%22%19%19%工业城镇生活农村生活农田径流畜禽养殖其他LOGO农村分散式污水治理存在诸多问题现有城镇污水处理工艺和管理技术不适应小型分散式农村生活污水治理的需求；目前部分农村生活污水处理工艺与农村特点不相适宜、处理效率偏低、运行不稳定；处理设施缺乏建设与验收的规范和标准；污染负荷较高的农村无序排放生活污水与村落径流污染尚未得到重视，农村生活污水中氮磷资源没有得到有效利用；农村生活污水尚未建立排放标准，缺乏长期运行效果的监测评价，缺乏有效监管体制；我国尚未建立农村生活污水治理的组织体制与保障机制。5LOGO62020/7/16农村环境连片整治迫切需要科技支撑2010年财政部、环保部将连片整治作为农村环境综合整治的主要方式，太湖流域作为江苏省重点推进的三个区域之一，2010年农村生活污水治理投入4.74亿元，2011年计划投入4.34亿元。在计划推进中，各地普遍缺乏农村污水治理工艺选择的依据和标准，污水治理设施的效能有待提高。连片整治区域尚未建立有效的运行管理模式和监管、评价体系。LOGO附近水体大型污水处理厂污水地表及地下径流农村远离排水管网农村污水为水体面污染源的主要组成部分建设适合乡村特点的小型污水处理设施,就地处理分散型点源污水治理是必然选择7LOGO国内外技术进展8LOGO欧洲和北美有20~30%的人口利用小型污水处理系,日本、澳大利亚等国家开发出一系列小型污水处理基础，如土地处理净化槽、膜-生物反应器净化槽、“FILTER”技术，但都不同程度的存在处理成本高，应用范围有限等缺点。我国污水处理事业的重心一直在城市污水的处理上，对于小型生活污水处理的技术储备并没有作好充分的准备适用于乡村的小型污水除磷脱氮技术在国内外仍处于探索阶段。国内外研究现状9LOGO美国加州大学伯克利分校的Oswald提出并发展的高效藻类塘是对传统稳定塘的改进，其充分利用菌藻共生关系，对污染物进行处理。受温度、气候等环境因素影响明显，气温过高或较低时，藻类的生长受到抑制从而影响处理效果；水体特性，腐殖质，藻类和非生物性的悬浮物影响藻类对光的吸收，影响处理效果。10LOGO11日本一体化净化槽：城市污水处理工艺的小型化，建设成本和运行成本高，基本没有除磷作用，在国内难以推广应用。LOGO“FILTER”（非尔脱）污水处理技术澳大利亚科学专家最近几年提出一种“过滤、土地处理与暗管排水相结合的污水再利用系统”，称之为“非尔脱”高效、持续性污水灌溉新技术。其目的主要是利用污水进行农作物灌溉，通过灌溉土地处理后，再用地下暗管将其汇集和排出。特点：过滤后的污水都汇集到地下暗管排水系统中，并设有水泵，可以控制排水暗管以上的地下水位以及处理后污水的排出量。“FILTER”系统一般适用于土地资源丰富、可以轮作休耕的地区缺点：存在暗管排水系统造价较高，且在地下水位较高的地区应用有困难。12LOGO国内污水处理事业的重心一直在城市污水的处理上，对于适用于乡村特点的小型生活污水处理的技术只有部分研究，包括生物处理和生态处理，处于探索阶段。农村污水处理以生态处理为主：人工湿地、生态塘应用较多传统或单一生态工程技术的共同缺点在于占地面积大，运行不稳定，出水水质差等。13LOGO技术理念与工艺路线14LOGO农村居民生活用水质、水量受生活条件（给排水系统、水资源利用方式等）、生活习惯等因素直接影响。水量：不均匀排放，瞬时变化较大，具有早、中、晚不同时段相对集中排放等特点。水质：来源及其成分较为单一，以有机物、氮、磷为主要污染物，一般不含有毒物质，整体生化性较好。村庄类型用水量(升/人·日)经济条件好，室内卫生设施齐全120～150经济条件较好，室内卫生设施较齐全90～120经济条件一般，有简单的室内卫生设施80～100无卫生间和沐浴设备，主要利用地表水、井水洗涤60～90农村污水特征15LOGO技术理念及工艺路线典型城市污水生物除磷脱氮工艺缺氧好氧厌氧进水出水典型A2/O工艺流程图剩余污泥排放处理，保证除磷效果污泥、混合液回流定期排泥，污泥加药，机械脱水高昂的投资和运行费用专业管理人员城市污水除磷脱氮工艺不适合乡村小型污水处理厂16LOGO传统或单一生态工程技术的共同缺点在于占地面积大，处理效果不稳定，城市污水处理厂的经验和单一的生态工程技术都无法解决农村小型生活污水处理的难题。必须将生物方法与生态工程有机结合，才能既节省成本和运行费用，又能达到稳定的除磷脱氮效果17LOGO农村污水除磷脱氮技术指导思想符合农村农业实际需求和特点的技术路线投资及运行管理费用低廉操作及运行管理简单低能耗，高效率氮磷资源化，回用于农业产生经济效益生物生态组合工艺路线的确定18LOGO有机物氮、磷厌氧、缺氧跌水曝气生物接触氧化水耕蔬菜人工湿地有机物转变成VFA、沼气，反硝化除氮降解有机物，完成硝化过程氮、磷作为营养物质被吸收，培植水生蔬菜经济效益生物生态相结合，生物部分不设计脱氮除磷功能，主要依靠生态单元去除氮磷，使其作为水生蔬菜的营养物质被利用工艺路线19污染物去除量分配LOGO由农村生活污水生物生态组合处理技术所构成的针对农村地区不同发展状况、不同地形条件和不同排水特征的复合型农村生活污水处理系统，充分利用地形及水田灌渠纵横交错的现状，把农民的生产活动、农业生态系统的生产功能结合到农村生活污水的治理中，体现出农村生活污水处理“因地制宜、资源化利用、低运行、低建设成本”的可持续研发原则，同时也达到了“有效除磷脱氮”的污水治理和水环境保护的要求。农村污水技术原则20LOGO技术研发与成果21LOGO生态处理技术需要占用较大面积的土地；脱氮除磷性能不稳定；处理效率受环境气候等影响；易堵塞，影响处理系统的性能。生物处理技术好氧处理时，需曝气充氧等，能耗高；厌氧处理时，N、P去除效果较差；建设、运行成本较高；工艺运行管理较复杂。“生物+生态”组合处理技术生物方法与生态工程有机结合节省占地面积、建造成本和运行费用稳定的除磷脱氮效果，出水水质稳定多种工艺变形极其组合农村污水处理技术模式22LOGO研发的实用工艺处理单元名称工艺流程生物+生态厌氧（沼气）池-生态塘-生态渠组合工艺厌氧（沼气）池-生态塘-生态渠水解脉冲生物滤池-人工湿地组合工艺水解脉冲生物滤池-人工湿地厌氧-跌水充氧接触氧化-人工湿地技术厌氧-跌水充氧接触氧化-人工湿地自回流立体网框生物转盘+水耕蔬菜组合自回流立体网框生物转盘+水耕蔬菜“缺氧池+溅水充氧生物滤池”农村生活污水脱氮技术缺氧池+溅水充氧生物滤池厌氧沼气池+氧化塘+水培植物净化渠+生态渠组合工艺厌氧沼气池+氧化塘+水培植物净化渠+生态化粪池+毛细管渗滤沟组合工艺化粪池+毛细管渗滤沟厌氧池+接触氧化渠+人工湿地组合工艺厌氧池+接触氧化渠+人工湿地“塔式蚯蚓生态滤池+人工湿地”塔式蚯蚓生态滤池+人工湿地化粪池+腐殖质滤池工艺化粪池+腐殖质滤池沼气池+厌氧生物过滤”预处理工艺沼气池+厌氧生物过滤生物膜厌氧池+梯式生态滤池厌氧池+梯式生态滤池脱氮池+自回流立体网框生物转盘+水耕人工湿地脱氮池+自回流立体网框生物转盘+水耕人工湿地地埋式拔风溅水充氧生物滤池生活污水－厌氧池－生物滤池区－沉淀区－排放23LOGO适用与利用农村地形，构建污水处理设施强化脱氮除磷与氮磷资源利用产生沼气等生物质能高效厌氧反应器设计及施工工法缺氧池兼调节和反硝化过程等功能完全厌氧与好氧回流的工艺自身除臭创造梯式跌水、自然通风、瀑布式等充氧方式，节能高效生态处理设施的园林化、景观化模式生态设置强化除磷段，填充废石膏基质农村污水处理的技术要点和需求24LOGOPO43-PO43-PO43-PO43-PO43-厌氧池缺氧调节池跌水充氧接触氧化池生态单元（植物滤床）NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-4~5级跌水曝气一级二级五级三级四级技术1：厌氧-缺氧调节-跌水接触氧化-植物滤床厌氧池有效降低有机物浓度，通过高效厌氧反应器，实现低浓度污水产沼气；缺氧池兼具调节和硝化液回流脱氮功能跌水充氧接触氧化池主要去除有机物并完成氮、磷的无机化；人工湿地或植物滤床，为水质控制单元，去除有机物、氮、磷等营养物质。25LOGO厌氧-缺氧调节-跌水接触氧化-植物滤床26LOGO技术经济指标总氮去除率＞75%；总磷去除率＞72%，进水浓度低于1.5mg/L出水平均浓度低于0.3mg/L氨氮去除率＞95%设施建设费＜3000-4000元/t运行费＜0.1元/t＞82%，进水浓度大于1.5mg/L经济效益：水生蔬菜型人工湿地每年以空心菜和水芹菜轮种为例，每年空心菜产量约4000斤/亩，水芹菜1000斤/亩，可产生收益不低于5000元/亩。厌氧-缺氧调节-跌水接触氧化-植物滤床27LOGO厌氧池：大深径比高效厌氧反应器，去除1kgCOD约产生0.45m3沼气，每年中8个月可产生沼气，10m3/d的污水处理量，厌氧池去除50%的COD，每年约可产生250m3沼气，回收生物质能。大深径比厌氧反应池，水力停留时间约3d，并以控制完全厌氧为目标，为实现工艺除臭的创造条件。创造大深径比反应器沉井法施工工法，井深达到7m以上，占地面积小。缺氧调节池：兼顾水量调节与反硝化脱氮强化工艺自身除臭功能。单元功能与特点厌氧-缺氧调节-跌水接触氧化-植物滤床28LOGO跌水充氧接触氧化池梯式跌水自然充氧，能耗低，效率高。可构建景观模式，美化环境，如瀑布式跌水充氧。利用农村山地、梯田，实现自然跌水。生态单元可实现农村污水处理的田园化、生态化、景观化。构建形式为人工湿地、水生蔬菜、湿地花园、生态塘水生蔬菜可产生经济效益，景观湿地美化环境单元功能与特点厌氧-缺氧调节-跌水接触氧化-植物滤床29LOGO运行成本低，污水处理直接费用不超过0.1元/m3，如利用地形条件，则不会产生任何运行费用。运行稳定，能够除磷脱氮，一年中有8个月的出水可达到《城镇污水处理厂污染物综合排放标准》（GB18918-2002）一级A标。可产生经济效益，如10m3/d的污水处理设施，年产沼气约250m3，采用水生蔬菜滤床，每年可产生2000元的经济效益。占地面积小，适用性强，适用于平原、丘陵、山地农村污水处理。污水处理设施田园化、园林化、景观化，如构建跌水景观，花卉湿地单元。排泥量、污泥稳定，可农用处理。工艺特色：厌氧-缺氧调节-跌水接触氧化-植物滤床30LOGO工程应用：宜兴市林庄港2座（8m3/d）昆山市淀山湖镇香馨佳园（30m3/d）扬中市三茅镇民主村（50m3/d）玉溪师范学院体育馆污水（12m3/d