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西部山区农村生活污水处理与资源化利用试点探讨

2023-01-06李敏刘庆玲李燕林明奔谢凯夫张琪琦

当代化工研究 2022年22期
关键词:资源化污水处理污水

*李敏 刘庆玲* 李燕 林明奔 谢凯夫 张琪琦

(1.贵州省环境科学研究设计院 贵州 550081 2.贵阳市建筑设计院有限公司 贵州 550081 3.贵州环科环保咨询有限公司 贵州 550081 4.贵州德润环保产业有限公司 贵州 550002)

农村生活污水治理是实施乡村振兴战略的重要任务,是农村人居环境整治和农村环境综合整治的重要内容。2021年1月,国家发改委等10个部门联合发布了《关于推进污水资源化利用的指导意见》(以下简称《意见》)。《意见》中认为农业农村污水处理是污水资源化利用的三大重点领域之一,应积极探索符合农村实际、低成本的农村生活污水治理技术和模式。2022年1月,国务院印发《关于支持贵州在新时代西部大开发上闯新路的意见》,明确提出“持续实施农村人居环境整治提升五年行动,因地制宜开展农村生活污水处理与资源化利用”。

西部山区农村人口居住分散,经济欠发达,普遍比较贫困,旱厕使用普遍,生活污水随意排放,且雨污不分流,普遍没有排污措施。整体上西部山区农村污水处理技术仍处于探索阶段,仍然存在简单套用城市污水治理模式的现象,造成污水处理费用较高的同时也浪费了宝贵的水肥资源。在这种情况下,开展农村生活污水处理与资源化利用试点工作,探索适宜西部山区农村生活污水处理模式成为当今需要解决的重要任务。

1.我国农村生活污水处理资源化情况简绍

农村生活污水主要富含氮磷,一般情况不含有毒有害物质,污水治理融入到农业之中,可使氮磷营养盐成为农业种植的宝贵肥料,农村丰富的土地资源也完全具备消纳生活污水中氮磷的能力。从这一原则出发的农村生活污水治理模式应该从传统的“末端处理”转变为“就地处理就近资源化”。

我国对农村生活污水处理技术的研究较国外发达国家晚,经济发达地区采用了实用、合理、低能耗和低运行费用的技术—生态处理系统和生物处理系统来处理污水[1-3]。但在农村生活污水资源化利用方面实际应用较少,更多是在粪便和黑水的资源化利用方面[4-5]。

研究表明,生活污水直接灌溉会对土壤、农作物等带来不利的影响,而经过适度处理后有助于农作物的生长[6]。张春敏等人认为使用集中式化粪池、稳定塘、厌氧发酵技术(净化沼气池、生态沟渠)等适度处理,可以作为云南省山区半山区农灌用水[7]。

浙江省在安吉县开展了农村生活污水资源化利用研究和推广示范,控制好水力负荷,农村生活污水经过适当处理后资源化利用作为农灌途径可行[8]。河北省针对主要使用传统旱厕和无水式户用卫生厕所的村庄地区,粪污无害化处理后可就地就近还田循环利用水资源和氮磷资源[9]。

“十四五”期间,农村生活污水治理的关键在于是否基于绿色低碳、因地制宜的原则循环利用,采取正确的技术路线和治理方针,推动农村厕所、生活污水处理设施设备和村庄保洁等一体化运行管护,突出欠发达农村地区污水生态治理的方法,走资源化利用之路[10]。

2.农村污水处理资源化试点

(1)资源化利用遵循原则

①整个系统设计参照《贵州省农村生活污水资源化利用指南(试行)》等相关政策的要求,采取绿色低碳、因地制宜的原则;②结合各村组地形特点、周边院落及农田分布、现有污水处理设施及排水渠道的特点,选用适宜的资源化利用途径;完善村庄雨污分流,贯彻黑灰分离,保证用水安全;③尽量采用分散式处理方式,因地制宜,一户一策;④科学安排管网建设计划,尽量结合近期道路计划同步实施;⑤尽可能降低工程的总造价和运行管理费用;⑥为减少影响,并便于日后检修维护,污水管线尽量敷设于已建道路、规划道路及绿化带下;⑦为减少运行维护费用,新建污水管应最好采用自流形式。

(2)设计水质水量

①设计水量

根据现场调查,结合项目区村民的生活习惯及实际用水情况确定,用水量,一般在30-80L/人·日。

②设计水质

采用现场检测、水质类比及适当调整的原则,参考《贵州省农村生活污水处理适用技术指南》(试行),污水处理终端进水水质pH6.5~8.5,CODcr150~400mg/L,BOD5100~200mg/L,NH3-N 20~70mg/L,总磷2.0~7.0mg/L,总氮20~80mg/L、悬浮物100~200mg/L、动植物油10~50mg/L,其中厕所污水单独经化粪池处理后出水浓度高于表中参考值,动植物油仅针对含农家乐、民宿餐饮废水的设施。

(3)资源化利用途径

目前,农村生活污水资源化利用的途径主要有村民自用、生态消纳、农田灌溉三类。

对于贵州山区,喀斯特地貌发育,地下水和地表水互为补给,生态消纳受限,农田灌溉是较好的资源化利用方式。本文主要从农田灌溉方面探索资源化利用途径,可选择以农业产业为主的村庄作为试点开展,逐步全省推进。村庄选择为非生态敏感区且农业用水的需求较大,农业灌溉用水大多以引流等方式从外部取水。村民组(聚居区)500m范围内无农村黑臭水体,地表水、地下水和土壤环境质量满足相关质量要求,不涉及农村生活污水治理相关环境信访案件。

(4)技术合理性分析

①农田需水量和水质要求

A.常规水量水质要求

以村民组(聚居区)为单位,按照其土地面积,进行土地需水量测算,取值参考《贵州省行业用水定额》(DB52/T 725-2019)。

B.特殊行业水量水质要求

烟叶产业是贵州省“八大支柱”产业和重点培育的“五张名片”之一,猕猴桃种植面积全国第三[11],试点村寨可选择烤烟种植和猕猴桃种植区,便于以后推广应用。

a.烤烟灌溉水质要求

根据全国烟草种植区划报告,农灌水中氯离子含量超过30mg/L时会影响烟叶的燃烧性[12]。如果烤烟使用农灌用水,需要定期监测水质,采取措施控制氯离子。

b.猕猴桃种植

《中华人民共和国农业行业标准:猕猴桃产地环境条件(NY5107-2002)》标准中规定了灌溉水质,其中氯化物不能超过250mg/L。

②处理工艺

A.方案1:格栅+“灰水”沉淀池

工艺说明:“黑灰”分离,“灰水”水质较普通生活污水好可经由简单处理去除SS 及固体垃圾后即可作为农田用水;黑水通过在化粪池中适当添加高效菌剂,实现无害化。优点:投资和运行费用极低;维护简单,无需管理;占地面积小,抗冲击负荷能力较好。缺点是处理效率低。

B.方案2:三格净化池+人工滤料级配土地快滤池

工艺说明:采用三格净化池可使污水分格沉淀、厌氧消化去除粪便污水或其他生活污水中悬浮物、有机物和病原微生物,人工滤料级配土地快滤池可利用在地表下面的土壤中栖息的土壤动物、微生物、植物根系以及土壤所具有的物理、化学特性将污水净化。优点:投资和运行费用低;维护简单,管理简便;适合小规模分散式污水处理系统。缺点是占地面积过大,处理效率低。

C.方案3:多格厌氧化粪池

图1 多格厌氧化粪池处理工艺

工艺说明:对于农村黑灰分离不彻底,或需对黑水进行收集引流,对灰水进行收集完善情况,可采用多格厌氧化粪池,经过水解酸化-折流厌氧-接触氧化等过程中,将污水中的大部分污染物质去除。优点:投资低、运行费用低;维护简单,管理简便;适合小规模分散式污水处理系统。缺点是占地面积过大,处理效率低。

D.化粪池(改良型生态调节池)+人工湿地

工艺说明:为节约土地资源,可做成单户式垂直流人工湿地或多户式集中灌溉系统,配合改良型三级生态调节池分置于各民居的院内,降低传统工艺对大面积土地的需求。优点是小型化和分散式,增设化粪池由厕改工程实施。缺点是垂直流湿地系统容易堵,需要农户后期多养护。

若无化粪池,则采用新建改良型生态调节池—污水利用厌氧微生物分解污水中的有机物,主要将污水中的大分子有机物通过厌氧反应分解成小分子有机物,为后续环节降低处理难度。

图2 单户式化粪池(改良型生态调节池)+人工湿地系统剖面图

3.农村污水资源化利用管理建议

(1)加强全过程的监督管理

开展试点,全过程管理,在开始前、进行中、完成、持续运营中定期监测,保证污水处理设施正常运行。

(2)加强经费保障

试点工作应有资金保障,应严格资金监管。污水处理设施正常运行后,维护费用要结合乡村“五治”和乡村振兴工作,可设立治理设施运营管理财政资金专项,同时建议市、县两级财政要把经费纳入年度预算,拓宽资金筹措渠道。建议出台政策,治理设施运营管理资金可来源于饮用水源保护区生态补偿专项资金、城镇集中供水排污费等[13],同时发挥绿色金融支持作用,引导社会资本投入,解决融资难、融资贵问题。

(3)增设环境风险控制单元,做好防范措施

由于农灌具有明显的季节性和非持续性,且农田接纳量有限,可能造成二次污染。因此,在资源化利用项目的实施过程中,应重视潜在风险,增设环境风险控制单元,做好防范措施[6],在进行还田灌溉时,设置收集池,间断农灌。喀斯特地区要加强防渗。农业灌溉时,加强生物安全性指标的监测(如出水大肠菌群),特别是在公共卫生特殊期间期间,处理设施增加消毒工序,如采用二氧化氯,条件有限的区域应配有临时消毒装置[14]。

(4)加强运行维护

农村生活污水管道做定期检修排查,定期对污水处理站内的建筑物进行检修和维护。农村生活污水处理设施管理工作应按照当地排水设施管理相关部门已建立的岗位负责制、安全操作等管理规章制度模式进行管理。结合村规民约,以制度性的管理方式,规范和约束村民对于自家污水系统的维护和运营,避免形成新的污染点。

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