农村生活污水生态处理技术应用研究
作者: 王彩虹0引言
农村生活污水主要来源于农村居民的日常生活,如洗涤、烹饪、冲厕等,其成分复杂,含有大量的有机物、氮、磷等污染物。过去,农村地区基础设施建设相对滞后,缺乏完善的污水收集和处理系统,大量生活污水未经有效处理直接排放到周边水体,导致河流水质恶化、水体富营养化等问题,严重破坏了农村生态环境,影响了居民的身体健康和农村的可持续发展1。近年来,国家高度重视农村生态环境保护,加大了对农村生活污水治理的投入。生态处理技术作为一种符合农村实际应用情况的污水处理方式,逐渐得到广泛应用。其利用自然生态系统的自净能力,通过物理、化学和生物的协同作用,对污水中的污染物进行去除和转化,具有投资少、运行成本低、维护管理简单等优势,特别适合在农村地区推广,对于改善农村生态环境、提高居民生活质量具有重要的现实意义。
1常见农村生活污水生态处理技术
1.1 人工湿地技术
1.1.1 技术原理
人工湿地是基于天然湿地生态系统而构建的污水处理设施,由人工基质(如砂石、沙子等)、水生植物及微生物菌群组成。在该系统中,污水中的污染物经由基质过滤和吸收后,再由水中植物的吸收和转化作用以及微生物的生物化学过程进行去除。由于水生植物会吸收掉废水中的氮和其他营养物质作为食物,并为植物下面的微生物提供栖息场所,因而增加了微生物对于有机物的降解作用。同时,微生物能在好氧和厌氧条件下将废水中的有机物转化为 和
,同时将氨氮转化为硝酸盐[2]。
1.1.2 技术特点
人工湿地对水体中的有机物、氮、磷等污染物具有良好的净化能力,可使水体中的COD、BOD、氨氮等指标达到国家排放指标。相对于传统的污水处理方法,人工湿地的建设费用低,在运行过程中不需要耗用大量电能,只需定期收割水生植物及简单维护就可以,故运营费用低[3]。人工湿地既能改善环境质量,又能创造出与乡村自然环境相协调的生态景观。人工湿地结构灵活,可以根据农村的地理结构、地形以及污水的排出特性进行相应的规划与建制,具有良好的适应性。
1.1.3 应用实例
在某农村社区内,采用人工垂直流湿地系统对日常生活污水进行处理。该系统的总面积约为 ,基底层采用碎石和沸石混合作为基础填充物,种植芦苇、菖蒲等水生植物,并使用网格去除污水中大块物质。日常生活污水预先流入调整池(调节水质和水量)中,再用抽水泵将污水抽进垂直流人工湿地。经检测出水口的COD去除率在 80% 以上,NH3-N去除率在 75% 以上,出水清澈干净,达到农业用水标准,可灌溉附近的农田。
1.2 稳定塘技术
1.2.1 技术原理
氧化塘又称稳定塘,是利用天然或人工建造水塘中的微生物(如藻类、细菌、浮游生物等)作用对污水进行净化的一种装置。在氧化塘中,污水中的有机物被氧化菌消耗,这些细菌产生的 等非化合元素也可作为藻类光合作用的原料,藻类再通过光合作用产生
,供给好氧菌进行呼吸与代谢,污水中的氮、磷元素也被藻类和水生植物所吸收利用,这就形成了一个生态环境链[4]。
1.2.2 技术特点
第一,操作过程简单。稳定塘建造方法简单,建造成本低,无须采用复杂的设备和技术手段。稳定塘主要利用生物自然净化作用运行,在运行过程中几乎没有耗能。第二,管理维护方便。稳定塘的管理维护主要包括定期的水质分析、杂物清理及水生生物的控制等,管理简便,对管理人员的要求不高。第三,处理效果稳定。稳定塘在恰当条件下能够有效去除有机物、氮、磷等污水中的污染物,处理效果也十分稳定[5]。
1.2.3 应用实例
某村庄中建立了一个连排式污水处理池。其分为3种不同类型的处理池:首先是厌氧池,对整体生活废水起到过滤作用,将水中大部分的有机质排尽。其次是兼容池,将水中剩下的有机质进一步清除,如氮、磷等。最后是好氧池,对其他遗留物质进一步处理,使污水达到深层处理要求,其中BOD的去除率在 90% 以上,总氮去除率在 60% 以上。经过3道工序处理后,将废水供应给村周边用于环境灌溉,美化村庄的自然环境。
1.3 生态沟渠技术
1.3.1 技术原理
生态净化渠是在原有渠道基础上进行生态改造而成,通过加入水生植物和微生物薄膜附着物等,使其具备污水净化能力。污水流经渠道后,水中杂质被渠中植物吸收、微生物降解、渠底及渠壁物理吸附,最终得以净化。同时,通过流水可防止渠道内污物沉积并保持渠道水流的畅通[]
1.3.2 技术特点
首先是配套农业灌溉。生态沟渠可以在净化废水的同时,为农田灌溉提供水源,实现污水资源化。生态沟渠建设成本低,主要利用现有灌溉沟渠进行改造,能节约建设成本。其次是生态系统功能多样。生态沟渠除了可对废水进行处理外,还能为水生动物提供栖息地,促进生态平衡。生态沟渠流速较慢,但对污水水质及水量变化的适应性强[7]。
1.3.3 应用实例
某一乡村地区对渠道展开生态型改造,在渠道内种植了一些水生植物(如美人蕉、水葱等),并在其底部铺设碎石便于微生物的吸附生长。该生态型渠道不仅能够对村落的生活污水进行吸收与净化,还能将其净化后的水用于农田灌溉。试验数据显示,该生态型渠道可以将COD的去除率提高到60% ,总磷的去除率达到 50% ,此举措能很好地改善农业用水的水质,降低废水的污染程度。
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2农村生活污水生态处理技术的优势
2.1 环境友好
污水生态处理是一种利用自然生态环境的净化处理方式,不会产生其他环境破坏问题。相对于传统水质净化处理方式可以有效减少化合物类药物的使用量,避免因此而导致的环境污染发生。此外,此方式中的水生物、细菌等物质能够维持生态链的稳定性,并保护物种多样性。
2.2 经济性好
2.2.1 建设成本低
生态处理工艺的装置较为简单,不需要过多的机械装置和复杂的构筑物,如人工湿地只需构筑最基本的池塘和覆盖基质,稳定池可以采用天然或者人工的池塘,极大地节约了建设成本。
2.2.2 经营成本低
湿地生态处理技术主要利用自然物质、动植物本身的净化作用,能量消耗很低。稳定塘基本上没有电耗,人工湿地的人工操作只需少量抽水设备,而且其维护与管理成本也远比其他技术低,只需修剪植物,对其系统进行简单维护。
2.2.3 可资源再利用
人工湿地和稳定塘内的水生植物是吸收污水中的营养物而生长起来的,收获的水生植物可以再作为肥料、饲料或生物质能源的原料,具有很高的经济效益。
2.3操作管理简便
生态处理相较于其他处理方式,技术性操作要求相对较低,无须专业技术人员参与。稳定塘和生态沟渠的维护仅仅需要进行水质监控和垃圾清理等工作,人工湿地只需定期观察植物长势并收获。这对于普遍缺乏专业技术人员的农村来说,具有较高的实用性和便利性。
3农村生活污水生态处理技术应用面临的挑战
3.1 污水收集困难
3.1.1 污水收集管网施工难
农村居民居住分散,污水来源较多、分布较广,难以集中收集。建设污水收集管网的造价高,施工难度大,尤其是地形起伏较大、交通不太方便的山区农村,污水收集管网的建设受到极大限制。
3.1.2 农村地区住房建设缺乏规划
部分农村地区,在进行住房建设时没有规划,使得房屋建设杂乱无章,污水排放路径不清楚,增加了污水收集的难度。
3.1.3 缺乏建设资金
污水处理系统工程建设需投人一定资金,农村地区经济水平较低,资金紧缺,无法承受大型污水收集管网的建设费用。
3.2处理效果受季节影响
3.2.1受气候变化影响
微生物活动和水生植物的生长受气候因素影响较大。特别是在冬季,气温降低,微生物代谢活动减缓导致水生植物生长缓慢或者停滞,会对生态处理系统产生不利影响。
3.2.2 受光照条件影响
在稳定塘和人工湿地等生态处理系统中,藻类和水生植物的光合作用都需要足够的光照,如果遇阴雨天,光照强度不足,光合作用就会降低,从而影响对污水中污染物的净化效率。
3.3维护管理水平低
农村地区管理人员及村民对污水处理缺乏整体概念,不知道污水处理生态系统的运作机制与养护知识,给系统的保养管理带来一定的困难。部分农村地区对生活污水治理认识不到位,对生态处理系统缺乏维护管理和适时检测,致使该系统出现故障时不能得到及时处理。由于资金不足,生态处理系统运行维护难以得到保障,对系统运行的效果会产生一定的影响。
4农村生活污水生态处理技术推广应用对策
4.1完善污水收集系统
4.1.1 因地制宜选取合适的污水收集方式
人口密集型农村地区可采取集中收集方式,设置排水管道系统将污水集中输送到污水处理站;人口较少区域可采取分散收集方式,如设置小型污水处理设备或一体式污水处理设备,以适应每一个单体户或小部分家庭的污水处理需求。还可根据地貌地形,合理设计污水管网路线,降低建设成本。
4.1.2 强化规划引导
农村建设规划过程中需要综合考虑污水收集和排水的问题,合理布局房屋和污水排放管道。制定相关政策,引导农民按照规划标准建成污水排放管道,保障污水能够得到收集。
4.1.3 增加资金来源
一方面政府应当加大对农村污水收集设施的资金投入,另一方面也可以鼓励社会各界加入农村污水收集设施建设工程。建议通过财政奖补、银行贷款和采用PPP模式等方式吸引更多的资金加入农村污水收集设施的建设与运营中来。
4.2 提高生态处理系统的稳定性
4.2.1 优化设计理念
在进行环境修复工程的设计时,需要考虑到当地气候条件,选择合适生长的生态环境物种和细菌,如对于寒冷的冬季景区可以选择生长抗寒的湖泊植物,以及适当增加人造湖的深度和广度,提高其御寒能力。同时,合理布局相应生态处理单元,如将人造湖和人造池塘进行有效组合利用,提高系统的季相适应性和应对水量变化的弹性。
4.2.2 精细化调控运行
生态处理系统应结合季节变化和水量水质的变化,适当调控进水量和处理流程的停留时间,提高生物处理效率;在光照不足时,可以通过灯光促进水生植物的光合作用。
4.2.3 开发适用工艺
加大农村生活污水生态处理技术的研发力度,研发抗寒性更强、抗逆性更强的水生植物种和菌种,以及更加适应季节和水质变化的生态处理新工艺,提高生态处理系统的稳定性和处理效率。
4.3 加强维护管理
4.3.1 开展宣传教育和业务培训
定期组织村级管理人员、农民群众进行污水治理知识宣传教育,提高他们的职业能力和环保意识。宣传教育和业务培训内容包括生态处理工艺原理、维护模式、常见问题及解决办法等,使其熟悉掌握系统运行管理技能,
4.3.2建立健全的保养管理制度
建立完善的生态环境处理系统保养管理规程规定好保养管理的内容和流程。建立定期的巡查制度,及时解决生态环境处理系统运行过程中暴露的问题。同时,加强对保养管理工作任务的检查评价,确保保养管理工作任务得以落实。
4.3.3 保障运维资金
地方政府可以设立农村生活污水处理专项资金,支付污水生态处理系统涉及的机械维修、杂草修剪、化学产品购买等费用,并积极探索制定合理收费标准,从受益者(农户)缴费中征得部分水质处理服务费作为维护管理资金。
5结束语
农村生活污水生态处理技术具有环境友好、成本效益高、操作管理简便等优势,在农村生活污水治理中具有广阔的应用前景。通过人工湿地技术、稳定塘技术、生态沟渠技术等多种生态处理技术的应用,有效地改善了农村的水环境质量。然而,在实际应用过程中,农村生活污水生态处理技术也面临着污水收集困难、处理效果受季节影响、维护管理水平低等挑战。为了更好地推广和应用生态处理技术,需要采取完善污水收集系统、提高生态处理系统稳定性、加强维护管理等一系列措施,解决应用过程中存在的问题。未来,随着技术的不断创新和完善,农村生活污水生态处理技术将在农村生态环境保护中发挥更加重要的作用,为实现农村的可持续发展提供有力支撑。同时,还需要进一步加强对农村生活污水治理的政策支持和资金投人,提高农村居民的环保意识,形成全社会共同参与农村生态环境保护的良好氛围。
参考文献:
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