純水設(shè)備解析：農(nóng)村生活污水處置基本狀況及處理技術(shù)應(yīng)用
農(nóng)村生活污水是國農(nóng)村污染物的主要來源之一，而農(nóng)村污染物已成為影響水環(huán)境的重要因素，進(jìn)而影響整個農(nóng)村的生態(tài)環(huán)境，同時也制約著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展。社會主義新農(nóng)村建設(shè)方針的出臺，使我看到中國廣大農(nóng)村發(fā)展的新方向和美好前景。要實現(xiàn)這個美好愿景，對農(nóng)村生活污水治理技術(shù)現(xiàn)狀的科學(xué)認(rèn)識就顯得尤為重要。因此，對我國進(jìn)入21世紀(jì)以來的農(nóng)村污水治理技術(shù)進(jìn)行分析及評價具有重要的現(xiàn)實意義。筆者通過中國知網(wǎng)收集并總結(jié)了20002016年119篇有關(guān)農(nóng)村生活污水處置技術(shù)研究的文獻(xiàn)，分析農(nóng)村生活污水處置技術(shù)的現(xiàn)狀和態(tài)勢，綜述農(nóng)村生活污水處置技術(shù)的各種評價方法，旨在為各農(nóng)村根據(jù)實際情況及需求選擇適用的生活污水處置技術(shù)以及科學(xué)合理開展農(nóng)村生活污水治理規(guī)劃和工程實施提供參考，純水設(shè)備以期推動社會主義新農(nóng)村建設(shè)。
1農(nóng)村生活污水處置基本狀況
農(nóng)村生活污水包括生活洗滌污水、廚房和沖廁污水以及養(yǎng)殖畜禽污水等，具有污染面廣、來源多且分散不易收集，成分復(fù)雜，地區(qū)差異較顯著，懸浮物、有機(jī)物、氮磷濃度較高等特性。農(nóng)村生活污水量一般低于城鎮(zhèn)，但由于缺乏完善的下水和處理系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)單薄等原因，農(nóng)村生活污水的處置率遠(yuǎn)低于城鎮(zhèn)。污水沿道路邊溝或路面排至附近水體，造成地表水或地下水污染，影響周邊居民的飲用水平安，直接威脅水環(huán)境健康。
據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部數(shù)據(jù)，截至2015年，全國(西藏、港澳臺未列入統(tǒng)計)建制鎮(zhèn)共17848個，對生活污水進(jìn)行處置的建制鎮(zhèn)占全國建制鎮(zhèn)總數(shù)的25.3%全國有1.15萬個鄉(xiāng)、264.5萬個村莊，村莊戶籍人口7.65億人，對生活污水進(jìn)行處置的鄉(xiāng)僅為815個，占全部鄉(xiāng)的7.1%這2組數(shù)據(jù)充分說明，有大量農(nóng)村生活污水未得到處置，南通純水設(shè)備加強(qiáng)農(nóng)村生活污水處置顯得尤為緊迫和重要。
2農(nóng)村生活污水處置技術(shù)分類
目前國內(nèi)外應(yīng)用的農(nóng)村污水處置技術(shù)較多，按作用原理可分為物理法、化學(xué)法和生物法3種方法。物理法包括重力、離心和過濾等；化學(xué)法包括混凝、吸附和電解等；生物法包括活性污泥和生物膜法。依照主體技術(shù)單元構(gòu)成分類，主要分為生物處置技術(shù)、生態(tài)處置技術(shù)和組合處置技術(shù)3種。
生物處置技術(shù)指通過微生物在好氧或厭氧條件下分解吸收污水中的有機(jī)物、氮和磷。好氧生物處置需要動力給污水充氧培養(yǎng)微生物，常用方法有厭氧-好氧(AO法、序批式活性污泥(SBR法和生物轉(zhuǎn)盤等。厭氧生物處置不需要動力，主要是利用厭氧微生物的代謝活動將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為CH4和CO2等，常用方法有厭氧生物濾池和厭氧沼氣池等。
生態(tài)處置技術(shù)是利用土壤-植物-微生物復(fù)合系統(tǒng)共同作用的原理，通過過濾、吸收和分解作用使污水得到凈化，常用方法有人工濕地、土壤滲濾凈化系統(tǒng)和氧化塘等。
組合處置技術(shù)指上述2種處理技術(shù)的結(jié)合或某一種技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)部不同工藝形式的結(jié)合，主要包括3種：生物+生物處置組合，如厭氧濾床-接觸氧化凈化槽、厭氧-缺氧-好氧生物脫氮除磷工藝(A2O-膜生物反應(yīng)器(MBR一體化工藝；生態(tài)+生態(tài)處置組合，如人工濕地+穩(wěn)定塘、生態(tài)浮床與人工濕地組合工藝；生物+生態(tài)處置組合，如厭氧消化+人工濕地+氧化塘、太陽能A2O+潛流人工濕地。每種技術(shù)都有各自的優(yōu)勢和特點，利用生物處置可以降低污水中污染物濃度；通過生態(tài)處置可以降低管理難度并控制運(yùn)行本錢；借助組合工藝可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)處置效能并探索改良方法。
3國農(nóng)村生活污水處置技術(shù)應(yīng)用狀況分析
通過文獻(xiàn)調(diào)研，純水設(shè)備收集了20002016年處置水量低于1000m3d-1全國各地農(nóng)村生活污水處置工程近150項，經(jīng)過篩選只有119項同時滿足以下2個要求：一是有明確處置水量；二是有具體的污染物去除率數(shù)據(jù)或有滿足的排放規(guī)范。采集農(nóng)村污水處置工藝案例的年份與工藝數(shù)量關(guān)系見圖1
從圖1可見，工藝案例數(shù)量隨年份呈波浪式變化，這可能是工藝案例采集的不完全性以及對采集文獻(xiàn)案例的條件限制所致，盡管如此，依然可以看出，20002016年農(nóng)村生活污水處置技術(shù)研究文獻(xiàn)總體呈逐年增長趨勢，說明對農(nóng)村生活污水的污染控制已引起學(xué)者們廣泛關(guān)注。對農(nóng)村生活污水分散處置工藝規(guī)模分布的調(diào)查(圖2標(biāo)明，57.26%工藝處置水量≤100m3d-1其次是>100~500m3d-1之間(32.47%而處置水量大于500m3d-1工藝只占7.69%說明農(nóng)村生活污水排放較分散，水量低。
對農(nóng)村生活污水119個工程案例進(jìn)行分類，可分別歸入生物處置、生態(tài)處置和組合處置這3種技術(shù)模式，占比分別為5.88%14.29%和79.83%生態(tài)處置技術(shù)中，人工濕地、氧化塘和土地滲濾工藝占比分別為72.22%11.11%和16.67%組合處置技術(shù)中，以生物+生態(tài)處置組合占比最多，為71.28%生物+生物和生態(tài)+生態(tài)處置組合占比分別為19.15%和9.57%由此可知，農(nóng)村生活污水處置技術(shù)中組合處置技術(shù)使用頻率最高，其次是生態(tài)處置技術(shù)，使用最少的單一的生物處置技術(shù)。說明農(nóng)村生活污水組成成分復(fù)雜化，單一的處置工藝出水難以滿足國家的排放規(guī)范和收納水體的環(huán)保需求，需要多種工藝組合以達(dá)到強(qiáng)化系統(tǒng)凈化能力的目的
組合處置技術(shù)中生物+生態(tài)處置技術(shù)模式使用最多，這種模式的前段生物處置主要去除有機(jī)物和局部營養(yǎng)物質(zhì)，后續(xù)生態(tài)處置進(jìn)一步脫氮除磷，前段生物處置可以彌補(bǔ)后續(xù)生態(tài)處置易受氣候變化影響、處置效果不穩(wěn)定等缺點，從而更高效地處理污水，提高出水水質(zhì)，增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。相比較于其他2種處理技術(shù)，生物和生態(tài)組合技術(shù)需綜合考慮農(nóng)村地區(qū)的經(jīng)濟(jì)地理環(huán)境條件、地域氣候差異以及當(dāng)?shù)貤l件、運(yùn)行管理、污泥產(chǎn)量和實際工程案例等因素，南通純水設(shè)備將污染控制與維護(hù)和改善當(dāng)?shù)氐乃h(huán)境和生態(tài)環(huán)境相結(jié)合，進(jìn)而實現(xiàn)農(nóng)村區(qū)域性的水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)。
4農(nóng)村生活污水處置出水執(zhí)行排放規(guī)范分析
119篇文獻(xiàn)中，有84篇文獻(xiàn)注明出水執(zhí)行的具體規(guī)范號，占70%注明排放規(guī)范的文獻(xiàn)中，依據(jù)最多的規(guī)范是GB189182002城鎮(zhèn)污水處置廠污染物排放規(guī)范》一級A和一級B規(guī)范分別占26.19%和40.47%未注明級別占8.33%其次是GB89781996污水綜合排放規(guī)范》一級和二級規(guī)范分別占5.95%和3.57%此外還有北京市地方規(guī)范的DB11/3072005水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A和一級B分別占1.19%和4.76%未注明級別占3.57%和GB50842005農(nóng)田灌溉水質(zhì)規(guī)范》5.95%
以上數(shù)據(jù)說明目前針對農(nóng)村生活污水處置技術(shù)的實踐中，研究者的關(guān)注重點主要在于污染處置技術(shù)，該現(xiàn)象與我國農(nóng)村生活污水治理起步較晚有關(guān)。截至目前，尚未出臺國家層面的農(nóng)村生活污水處置排放規(guī)范，造成各地農(nóng)村在工藝選擇和建設(shè)規(guī)范中面臨許多實際問題，也使得各項技術(shù)在研發(fā)過程存在無明確規(guī)范可以參照的問題。
5各處理技術(shù)污染物考核指標(biāo)分析
5.1水質(zhì)指標(biāo)分析
查閱的119篇文獻(xiàn)中，有91篇文獻(xiàn)注明具體水質(zhì)指標(biāo)值。考核的水質(zhì)指標(biāo)主要包括COD氨氮、總氮、總磷、SS和BOD5這6項指標(biāo)。圖3這6項主要水質(zhì)指標(biāo)在有數(shù)據(jù)實例文獻(xiàn)中的涵蓋比例情況。
從圖3可以看出，對COD氨氮、總氮和總磷這4項指標(biāo)的考核率均超過60%其中，純水設(shè)備考核COD指標(biāo)的農(nóng)村污水處置技術(shù)文獻(xiàn)數(shù)量最多，占92.31%說明農(nóng)村生活污水處置的首要任務(wù)是降解有機(jī)物，以解決水體黑臭問題；其次是總磷和氨氮，考核比例分別達(dá)82.42%和75.82%而對總氮的考核比例略低，僅為68.13%SS和BOD5考核比例相近，分別為42.86%和40.66%指標(biāo)組合的綜合考核中，同時考核COD氨氮、總氮和總磷4個指標(biāo)的文獻(xiàn)比例要遠(yuǎn)高于其他組合，占比達(dá)34.07%這說明各地農(nóng)村生活污水處置出水指標(biāo)考核中對氮去除的重視水平加強(qiáng)。但不容忽視的其他任意組合指標(biāo)的考核比例也較高，說明目前農(nóng)村生活污水排放指標(biāo)不統(tǒng)一，隨意性較大。
5.2污染物去除率分析
不同地區(qū)農(nóng)村由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、居民生活習(xí)慣、文化背景以及水文等自然條件的差別，生活污水的排放特征也大相徑庭。不同農(nóng)村生活污水處置技術(shù)對水質(zhì)指標(biāo)的去除效率也不盡相同。所考察的污水處置技術(shù)中，6類主要污染物指標(biāo)的去除效率分布如圖4所示。
從圖4可以看出，COD去除率為>80%~90%工藝所占比例最高，為38.55%總體上74.7%工藝COD去除率都達(dá)70%以上；BOD5去除率>70%工藝所占比例高達(dá)97.22%普遍較高的COD和BOD5去除率說明農(nóng)村生活污水中的有機(jī)物比較容易去除，符合農(nóng)村生活污水可生化性較好的特點。氨氮和SS去除率也相對較高，去除率>70%工藝所占比例分別為75.35%和87.18%;其次是總磷，去除率>70%工藝比例為68.91%,但總氮的去除率相對較低，去除率>70%技術(shù)占比僅為50.0%而去除率≤60%工藝占比也達(dá)35%提高總氮去除效率可以作為未來農(nóng)村生活污水處置技術(shù)的研發(fā)重點之一南通純水設(shè)備。
農(nóng)村生活污水處置是否一定要求做到脫氮除磷，需要根據(jù)處置后的出水用途進(jìn)行具體判斷。若經(jīng)處理后的農(nóng)村生活污水選擇直接排放至附近受納水體中，污水處置技術(shù)應(yīng)當(dāng)實現(xiàn)以上4類主要污染物的削減排放，以達(dá)到環(huán)境維護(hù)的目的若經(jīng)處理后的生活污水用作農(nóng)田灌溉、漁業(yè)、沖廁等回用用途，則應(yīng)適當(dāng)放寬污水脫氮除磷的處置要求，以實現(xiàn)對污水中富含氮、磷的資源化利用。
6農(nóng)村生活污水處置技術(shù)評價
農(nóng)村生活污水處置技術(shù)有很多種，選擇時不只要考慮技術(shù)自身的適用性，還要考慮經(jīng)濟(jì)、管理以及環(huán)境等因素。通過調(diào)研，發(fā)現(xiàn)層次分析法是農(nóng)村生活污水處置技術(shù)較為常用的評價方法(表1
定量分析方法相結(jié)合的多目標(biāo)決策分析方法。該方法將復(fù)雜問題分成若干層次和若干指標(biāo)，把這些指標(biāo)按支配關(guān)系分組并鏈接成有序的遞階層次結(jié)構(gòu)，構(gòu)建一個層次結(jié)構(gòu)模型。對同一支配指標(biāo)下的所有指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，建立兩兩比較的判斷矩陣，通過計算判斷矩陣的最大特征值和對應(yīng)的特征向量，確定每一層次中指標(biāo)相對于其上支配指標(biāo)的重要性(即權(quán)重)然后逐層合成指標(biāo)權(quán)重，得到最低層相對于最高層的綜合指標(biāo)權(quán)重，根據(jù)綜合權(quán)重按最大權(quán)重原則確定最優(yōu)方案。
由表1可知，農(nóng)村生活生物污水處置技術(shù)的評價指標(biāo)體系一般分為技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和管理效能4個準(zhǔn)則層和若干指標(biāo)層。盡管存在工藝案例的地區(qū)差異以及評價體系中指標(biāo)層的指標(biāo)選擇差別，但依然明顯看出，無論是和其他工藝配合的組合工藝，還是單一工藝，包括人工濕地的工藝被確定為最佳可行工藝的次數(shù)最多，說明人工濕地處置工藝雖然占地面積較大，但是農(nóng)村生活污水處置中優(yōu)越性最強(qiáng)，體現(xiàn)了人工濕地工藝運(yùn)行可靠的優(yōu)點。同時，生物+生態(tài)組合技術(shù)也凸顯優(yōu)勢，標(biāo)明生物+生態(tài)和生態(tài)組合法將是國未來農(nóng)村污水處置的發(fā)展趨勢和主導(dǎo)力量，這與該研究前段的調(diào)研結(jié)論相符南通純水設(shè)備。
7總結(jié)
通過對119項農(nóng)村生活污水處置工程案例文獻(xiàn)調(diào)研、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析以及運(yùn)用層次分析法對處理技術(shù)的評價可以看出，國農(nóng)村生活污水處置技術(shù)目前主要可分為生物、生態(tài)和組合處置技術(shù)3種。生態(tài)處置技術(shù)中人工濕地工藝目前使用較廣。組合技術(shù)中的生物+生態(tài)組合處置技術(shù)因其符合農(nóng)村生活污水的特點以及農(nóng)村獨(dú)特的地理環(huán)境而得到更多的開發(fā)使用，將有更廣闊的發(fā)展前景。未來總的發(fā)展趨勢是多種技術(shù)的組合，而多種工藝單元組合的創(chuàng)新技術(shù)是國農(nóng)村生活污水處置技術(shù)發(fā)展的主要方向。
國農(nóng)村生活污水處置工藝多種多樣，但都缺少規(guī)模效應(yīng)以及規(guī)范建構(gòu)，目前我國農(nóng)村生活污水排放規(guī)范缺失，去除效能的評價指標(biāo)體系不完備，建議今后國家在開發(fā)各種污水處置技術(shù)、提升技術(shù)效能的同時盡快完善農(nóng)村污水排放規(guī)范，建立、健全對農(nóng)村污水處置技術(shù)的評價體系，對農(nóng)村生活污水處置鼓勵技術(shù)創(chuàng)新的同時，應(yīng)集中應(yīng)用和重點發(fā)展少數(shù)幾種技術(shù)成熟的生物處置技術(shù)，且要盡快使這些處置工藝及其技術(shù)形式規(guī)范化。
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