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'草海国家级自然保护区周边农村污水处理技术初探-V2张锋摘要：草海周边农村污水污染将对草海生态系统产生影响，为保护草海国家级自然保护区的高原湿地生态系统及各种珍稀鸟类，确保农村水源安全及农民身体健康，农村污水处理刻不容缓。本文通过列举主要农村生活污水处理技术，研究草海及其周边农村的自然环境，提出了适合草海周边农村特点的污水处理技术。关键词：草海污染农村污水处理技术正文：贵州草海国家级自然保护区位于贵州省西部威宁彝族回族苗族自治县县城西南面，保护区面积96平方公里，其中水域面积25km，辖区内有一个乡镇，14个行政村，89个村民小组，居住着7000余户30000余人。随着经济的持续快速发展，大量未经处理的工业废水和生活污水排入草海，造成草海水体污染，目前草海水体主要受砷、铅、铬、汞、铜、锌等重金属污染，均属严重污染。其污染源来自城镇工业废水、废气、废渣、生活废水，造成渔业资源衰退，使黑颈鹤到草海过冬的数量年年在递减， 如果用污染的水质灌溉农作物，同样也会使农作物产品产生残毒，人和牲畜吃有残毒的农产品后引起慢性中毒（1）。中国十一五规划提出了建设社会主义新农村的重大历史任务，中共十八大报告中提出要大力推进生态文明建设，加大自然生态系统和环境保护力度，因此，治理草海周边农村生活污水污染刻不容缓。重视与加强周边农村的污水排放收集和处理设施建设工作,避免因污水未经处理直接排放而对草海保护区的水体、土地、湿地生态系统等自然环境产生污染影响,确保周边农村水源安全和农民身体健康,既是新农村建设中加强基础设施建设,推进村庄整治工作的一项重要内容,同时也是推进生态文明建设的积极实践,具有重要的现实意义。1、农村水环境的基本情况1.1、农村污水概念及其特点农村污水是指农村地区居民在生活和生产过程中形成的污水。具体范围包括生产污水和生活污水两个方面。农村生活污水是指居民生活过程中厕所排放的污水、洗浴、洗衣服和厨房污水等。农村生产污水是指畜禽养殖业、水产养殖业、农产品加工等产生的高浓度有机废水有机废水：以有机污染物为主的废水，有机废水易造成水质富营养化，危害比较大。（2）。农村污水主要特点有:(1)主要为生活污水和农产品原料加工污水的混合体,基本不含重金属及有毒有害物质, 含一定量的氮和磷,可生化性好,但水质水量变化大;(2)农村地区人口居住较分散,基本没有排水管网,污水集中收集处理难度大成本高。1.1、贵州省农村水环境基本情况贵州高原山地居多，素有“八山一水一分田”之说。全省地貌可概括分为：高原、山地、丘陵和盆地四种基本类型，其中92.5%的面积为山地和丘陵。境内山脉众多，重峦叠嶂，绵延纵横，山高谷深。贵州省经济在全国处于中下水平，农村人口众多，少数民族众多。随着近年来经济发展、生活习惯的改变以及旅游业的发展，农村污水总量迅速增长，大量未经处理的生活污水直接排放，引起周边环境的污染。贵州省又是农村水污染控制技术较为薄弱的地区。根据贵州省的区域特征和水污染控制的特征，农村污水处理技术应选择投资较低、运行费用较低、便于运行管理的技术，并综合考虑污水治理与利用相结合；在对水环境要求较高的农村，应采用生物生态结合的工艺（3）。1.2、草海周边农村水环境基本情况草海国家级自然保护区范围内农村水环境还具有以下特征：(1)耕地资源紧缺，农民人均耕地仅0.6亩，宜采用占地面积少的污水处理技术。 (2)地势存在一定的高差，雨水汇集快，宜采用污水雨水分流制，用管道排除污水，雨水可采用明渠收集排放。(3)地形复杂，庭院布局多种多样，宜根据不同布局调整污水收集或污水处理设施的位置。(4)生活习惯落后，卫生观念淡薄，除了污水处理设施的硬件建设外，宜加强保护生态环境的宣传。1、农村污水处理技术介绍2.1、土地处理技术土地处理技术是以土地作为主要处理系统的污水处理方法，是在人工调控下，把污水有控制地投配到土壤中，利用土壤系统的物理过滤、物理化学吸附、微生物降解等净化功能，对可降解污染物加以净化，对污水中的有机物和氮磷等污染物加以利用，实现污水无害化、资源化的生态工程技术。贵州省进行了大量的开发推广工作，积累了较多的经验目前该技术已经比较成熟。2.2.1、土地处理技术的优点（1）运行费用低,处理吨水只需0.1-0.2元。（2）由于土地的过滤和吸附，除臭功能较强,同时对细菌的去除效率较高。（3）运行管理方便。 2.2.1、土地处理技术的缺点（1）占地面积大，在设置强化预处理措施时每天处理吨水仍然需要占地5㎡左右；（2）由于占地面积大，土方工程量大，导致单位投资较高。一般每天处理吨水投资需要3000元左右。2.1、生物膜技术生物膜污水处理技术是以附着在填料上的微生物膜为主要处理基质，净化有机废水的一种高效水处理工艺。特点是在池内设置填料，池底曝气对污水进行充氧，并使池体内污水处于推流推流：污染物进入水体后的一种运动形式，污染物由于受水的推动而沿水流方向的运动，这种水流输运污染物的方式，称为推流。与完全混合共存的状态，以保证污水与污水中填料上附着的微生物膜充分接触。该法中微生物所需氧由鼓风曝气供给，生物膜生长至一定厚度后，填料壁的微生物会因缺氧而进行厌氧代谢，产生的气体及曝气形成的冲刷作用会造成生物膜的脱落，并促进新生物膜的生长，此时，脱落的生物膜将随出水流出池外。 生物接触氧化法在工程实际应用过程中，一般前面设置水解酸化池，先将大分子有机物降解为小分子有机物，通过接触氧化池去除CODcr、BOD5、NH3-N及部分P，后续通过沉淀池去除悬浮物及化学法脱磷，确保水质达标。目前贵州省大多数厂矿企业生活污水处理采用该技术，该技术非常成熟，并且运行稳定。2.3.1、生物接触氧化法的优点（1）容积负荷高、处理时间短、耐冲击负荷能力较强；（2）占地面积小，厂址选择的局限性较小；（3）投资省，建设周期和调试周期短。2.3.2、生物接触氧化法的缺点（1）运行费用较高。与上述土地法污水处理技术和人工湿地污水处理技术相比，由于风机曝气需要耗电，运行费用较高，一般在0.4-0.6元/吨。（2）运行管理与土地法和人工湿地比较，相对复杂。2.1、生态处理技术生态工程涉及生态学、生物学、工程学、环境科学、经济和社会等领域,原理众多。我国学者马世骏、颜京松在系统生态学理论的基础上,对生态工程的原理作了精辟论述和提炼。把生态工程原理总结为整体、协调、自生、再生循环等基本原理。孙铁珩,周启星等提出污水生态工程是指运用生态学原理,采用工程学手段,把污水有控制地投配到土地上,利用土壤-植物-微生物复合系统的物理、化学等特征对污水中的水、肥资源加以回收利用,对污水中可降解污染物进行净化的工艺技术,是污水治理与水资源利用相结合的方法。  主要的生态污水处理技术包括污水生态塘处理系统，家园人工湿地等。2.3.1、生态处理技术的优点（1）结构简单，运行方便，投资少。（2）能耗低，管理维护方便，运行费用低。（3）出水水质稳定，处理效果有保障。2.3.2、生态处理技术的缺点（1）长期运行存在堵塞和板结的问题2.1、生物+生态组合技术东南大学李先宁针对低处理成本、高氮磷去除要求,在江苏省宜兴市大浦镇沿太湖农村生活污水处理示范区14个村,具有明显的冬冷夏热气候特征等条件下,采用“生物”和“生态”相结合的处理方式,以开发和研究“厌氧水解、跌水充氧接触氧化、折流人工湿地组合技术”、“塔式蚯蚓生态滤池组合技术”及“厌氧发酵、生态土壤及蔬菜种植组合技术”3项污水处理核心技术为中心,结合7项辅助技术,把污水处理与农村村落微环境生态修复、生态堤岸净化、农田灌溉回用和景观用水需求等进行了有机的结合,把在示范区复杂条件下研发的针对性较强的各单项技术,根据不同实际条件进行优化组合与系统化,形成适合河网区农村生活污水和初期地表径流的“生物+生态” 处理及综合利用技术的集成系统。2.4.1、生态处理技术的优点（1）可根据不同的现场条件及要求，进行各种处理技术的优化组合。2.4.2、生态处理技术的缺点（1）目前没有在贵州地区实施的案例，根据贵州地区条件经行针对性的优化组合后，需要实际运行验证性能。1、农村污水处理技术选择选取国内应用的19项污水处理技术及案例，概括分析其出水标准、投资概算、处理成本、运营管理、优点及使用范围、存在问题（详见下表《农村污水处理技术分析表-1》），初步甄选出一次性投资较低、能耗较低、运行较稳定、运行费用较低、维护管理较方便、占地面积较小的实用技术8项，再从工艺流程、出水标准、投资成本、运行成本、管理难度五个方面评分对比（详见下表《农村污水处理技术分析表-2》），得到3项实用处理技术：厌氧+接触氧化+湿地技术，厌氧池+梯式生态滤池技术，家园人工湿地技术。经过对此三项技术的实用案例进行研究分析，推荐此三项技术作为草海国家级自然保护区周边农村污水处理的主要应用技术。 农村污水处理技术分析表-1序号类别技术名称出水标准案例地点工程概况运营管理优点及适用范围存在问题初步甄选原因处理能力投资概算处理成本1生物膜技术地埋式拔风溅水充氧生物滤池一级A标准无法除P江苏省宜兴市大浦镇浦南村2.5吨/天5740元/吨0.14元/吨村民定时清理沉淀工艺流程简单，维护简便。地埋式、分级处理，适用用地紧张、高差大的农村1.处理效果、稳定性有待考证2.高浓度污水处理困难3.无法除磷4.长期运行会堵塞待选　2厌氧池+梯式生态滤池一级A标准去除N，P江苏省宜兴市张渚镇善卷村15吨/天1707元/吨0半年更换一次植物180元针对存在高差的场地，显著降低处理能耗。1、植物对N、P吸收需进一步确认2、长期运行会堵塞待选　3小型合并处理净化槽BOD达到20mg/L大连市金州区6吨/天（30人）1.67万元/吨0.6元/吨兼职设备人员管理设计合理，水质稳定，效果可靠1、投资和运行成本高2、我国不具备运营、监管体系排除成本太高4生物膜接触厌氧化处理一级B标准常熟市海虞镇汪桥村100吨/天9000元/吨含管网0.65元/吨一人专职二人兼职技术简单、易行。小型城镇污水处理厂工艺1、构筑物繁多，不易管理，运行成本高2、集中式处理，需收集管网3、无去除N、P工艺排除成本太高不易管理5自然跌水曝气下水道处理工艺二级标准重庆市武隆县仙女山镇3500吨/天缺0.05元/吨清理预处理池浮渣处理效果好工艺流程短，无能耗，便于维护运行费用低，在山地小城镇有推广价值1、未考虑山洪、雨水对沟渠影响2、为提及建设成本及长期运行如何清理泥渣排除技术处于试验阶段，不够成熟 6生态处理生态净化床符合标准江西省九江市九江县富民村240吨/天（750人）2708元/吨无清理渠道管理作物投资省能耗低、维护简便。水质稳定，可与景观结合建设，适应各类地形，施工简单，复合填料承受更高污染1、冬季处理效果难以保证2、生态床存在堵塞问题3、缺乏长期运行水质数据排除威宁冬季太冷，无法处理7塔式蚯蚓生态滤池符合标准宜兴大浦镇、太仓市、常州、东阳市尚侃村、苏州上林村10~150吨/天2500元/吨不含管网管网4500元/户0.3元/吨管理简单结构简单，运行方便，能耗低，技术费用低，管理简单，水质净化效果有保障，蚯蚓池可延缓堵塞1、需建立污水收集管网待选　8家园人工湿地农业灌溉水标准成都市安德镇安龙村3吨/天（两户15人）2000元/吨含管网0.05元/吨每年清理一次适合有庭院的农村的杂排水处理，成本低1、长期运行存在堵塞和板结问题2、处理水用于回用应考虑卫生安全问题待选　9土地处理沟式土地处理一级标准贵阳市花溪石板镇隆昌村80吨/天3117元/吨无基本无需管理比较适合农村污水处理所需土地面积大，易污染地下水排除因农村土地资源紧张，土地处理方式需大量土地10高负荷地下渗滤符合标准江苏省靖江市利民村70吨/天4600元/吨含管网2700元/吨0.06元/吨基本无需管理工艺简单，易于操作，投资运营陈本低，处理效果好，维护方便1、各工艺单元连接有问题2、土地处理系统饱和有，净化效果下降，难以改造或处理容量再生排除11多介质土壤层一级A标准浙江省安吉县60吨/天（500人）4166元/吨无定期检查工艺简单，易于操作，维护成本低土壤吸附饱和后，处理能力会降低，难以长期保证出水水质排除 12生物+生态组合人工湿地1符合标准宜兴市大浦镇湖滨新村5吨/天2100元/吨0.2元/吨基本无需管理处理效果好，有一定推广价值1、效率低，缺乏规范性2、生物转盘机械部分多，易出故障，冬季保温存在问题3、水耕蔬菜管理复杂排除效率低，易出故障，冬季保温存在问题13人工湿地2一级B标准无锡市惠山区铁路桥村90吨/天（600人）8888元/吨含管网3333元/吨0.12元/吨定期维护水泵，清理植物技术成熟，节省能耗，运行操作简单，适合有高差的农村使用跌水有臭味逸散的问题待选　14小型循环间歇处理一级A标准江苏太仓市双风镇勤力村50吨/天6600元/吨含管网1300M0.2元/吨无需维护设计规范，运行维护自动化程度高，水质稳定投资运行成本高待选　15人工湿地3一级B标准上海市松江区曹家滨村60吨/天（900人）5200元/吨不含管网0.1元/吨兼职一人定期检查工艺简单，维护简便，技术成熟，处理效果好，运行费用低投资较大待选　16沼气池+生态组合一级B标准南京市江宁区石埝村52.5吨/天2190元/吨0.03元/吨一人监管工艺简单，运行成本低出水水质不稳定，冬季效果差排除出水水质不稳定，冬季效果差17厌氧+接触氧化+湿地二级标准南京六合区雄州镇钱仓村42吨/天2285元/吨无基本无需管理工艺易行，处理效果好，维护简单氧化渠自流充氧效果没有说明待选　18组合式无能秏处理一级B标准重庆市渝北区古路镇王家场1000吨/天700元/吨不含管网0.03元/吨植物收割和清理建设、运行费用低，维护简单，美化环境1、污染物去除能力有限2、三级湿地会占用大量土地3、长期运行效果需确认排除 技术不够成熟，且该技术适用于千吨以上的污水处理厂，占用土地多19立体循环一体化地表水三类标准云南丽江泸沽湖里格村200吨/天缺0.4元/吨一人专职维护水质标准高，水质稳定，处理单元配置合理，运行维护方便对水质要求低的地区，应适当删除单元以节省投资排除处理成本太高农村污水处理技术分析表-2序号技术名称工艺流程出水标准投资成本运行成本管理难度合计1厌氧+接触氧化+湿地53555232厌氧池+梯式生态滤池35554223家园人工湿地52544204地埋式拔风溅水充氧生物滤池5533319 5小型循环间歇处理45225186人工湿地254233177人工湿地344233168塔式蚯蚓生态滤池5221414 3.1、厌氧+接触氧化+湿地（1）技术概要此技术主要由厌氧池部分和人工湿地部分组成，并根据不同的出水水质要求，在厌氧池和人工湿地之间设置氧化渠部分。厌氧部分作为前处理，截留大部分颗粒较大的有机物，并在厌氧发酵的作用下，被分解成稳定的沉渣，同时避免后续人工湿地填料的堵塞；溶解性有机物在附着于弹性填料上的生物膜的作用下被吸附降解。人工湿地通过模拟和强化自然湿地功能，将污水有控制的投配到湿地填料，湿地表面种植水生植物，污水沿一定方向流动过程中，在填料、植物及微生物的物理、化学和生物三重协同作用下，污水中污染物质通过填料过滤、植物吸收、微生物吸附降解来实现对污水的高效净化。根据不同出水水质要求，氧化渠部分可灵活设置，底部铺设填料，利用自然复氧，跌水充氧和藻类光合输氧等，提高厌氧池出水中的溶解氧。溶解氧环境的改善有利于提高后续人工湿地的有机物和氮磷的去除率。（2）案例概况厌氧+自流充氧接触氧化渠+人工湿地工艺，应用地点为 南京市六合区雄州镇钱仓村，服务对象为该村集中居住区住户150户，服务人口约520人，设计水量42吨/天，污水主要来源于各户洗浴用水、日常生活中产生的粪便及厨房用水。工程实际占地面积300m²。工程于2008年5月建成并投入运行，污水处理设施总投资9.6万元，户均投资640元。资金主要来源于财政拨款。该村排水管网为雨污合流制，采取明渠的形式。目前该工程运转正常，处理效果稳定，能够达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》的二级标准，有些质变甚至优于二级标准。（1）优点a)投资省、运行费用低。就地建设，可节省管道建设费用。若地势允许，则无需动力设备投资与能耗；若地势高差不允许，只需架设水泵提升，运行费用低。b)占地少、可做成景观。利用河塘边坡、绿化地，不占或少占良田。一般每户占地１ｍ２；人工湿地可与小区绿化有机结合，栽种观赏植物。c)维护管理简单。只需定期清理格栅、厌氧池内垃圾和沉积淤泥，冬季收割枯萎植株即可。d)建设方式灵活。厌氧池、接触氧化渠和人工湿地可以分建或合建，可以随住户迁入，分期分批建。（2）缺点a) 出水水质波动较大。从水质检测数据来看，各时间段内人工湿地最终出水水质波动较大，但整体上可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（ＧＢ　１８９１８—２００２）二级标准。a)接触氧化渠易出现澭水。接触氧化渠内鹅卵石外露且颗粒较大，孔隙率较小，杂草、塑料袋、纸张等垃圾落入后若不及时清除，将导致污水无法流畅通过，从而出现澭水。3.1、厌氧池+梯式生态滤池（1）技术概要此工艺是针对丘陵山区或存在一定地势落差的农村地区而开发的，充分利用势能，不仅脱磷氮效果好，而且无动力运行，使投资和运行费用大为降低。农村生活污水经管网收集后，自流进入厌氧池，厌氧池出水经半管式溢流布水管自流入梯式生态滤池，滤池内填充滤料，可为煤渣、珍珠岩和陶粒等。梯式生态滤池阶梯式分布为四级，第一、二级为好氧滤池，第三级为缺氧滤池，第四级为好氧滤池，生态滤池出水流入沉淀区进行固液分离后排出。同时一部分厌氧池出水直接分流至第三级缺氧滤池，作为反硝化反硝化：也称脱氮作用。反硝化细菌在缺氧条件下，还原硝酸盐，释放出分子态氮（N2）或一氧化二氮（N2O）的过程。在污水处理中用来降低污水中的氮含量。的碳源。 厌氧滤池与梯式生态滤池集成组合，各单元分工明确，发挥了各自的特点：厌氧发酵担负预处理、有效降低有机物浓度的功能，降低好氧滤池的需氧量；梯式生态滤池第一、二级好氧滤池主要是进行碳氧化去除有机物，并进行硝化去除氨氮；第三级缺氧滤池则进行反硝化脱氮；最后一级好氧滤池进一步去除污染物，起到水质保证作用（见下图）。好氧滤池表层种植植物主要担负氮、磷营养物质的去除，植物可以因地制宜选择本土植物。（1）案例介绍厌氧池+梯式生态滤池工艺，应用地点为宜兴市张渚镇善卷村。设计处理能力为15吨/天，实际污水处理量约为5吨/天，占地面积70m²，费用总计25612元。污水主要来源于各户洗浴用水、日常生活中产生的粪便及厨房用水。滤料选择煤渣，植物冬春两季种植水芹，夏秋两季种植空心菜。该工艺无动力运行，流程简单，基本实现无人管理式运行，基本无运行费用。 实际运行期间，梯式生态滤池工艺对污染物有较好的去除效果，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。（1）优点a)针对丘陵地区农村提出的污水处理工艺，具有地域特点，可显著减低处理能耗和成本。b)无动力运行，流程简单，日常管理维护简单，基本实现无人管理式运行。（2）缺点a)生物滤池上期运行存在堵塞情况。3.1、家园人工湿地（1）技术概要农户日常产生的生活污水经引水管道进入调节池作沉淀等预处理，由于两池高差自然流入湿地系统布水管进入人工湿地系统单元中，处理后出水经过集水池作短暂停留后排入农田灌溉用水。（2）案例介绍家园人工湿地工艺，应用地点为成都市安德镇安龙村，服务对象为该村全总志、全大林两户，常住人口5人，设计服务人口（含流动人口）15人，设计水量3吨/天，实际处理污水量不足1吨/天。污水主要来源于两户排放的除粪便以外的所有生活污水和收集的屋面及地坪雨水 。工程实际占地面积23m²。污水处理设施总投资6000元，户均投资3000元。资金主要来源于成都市城市河流研究会出资赞助，农户出土地、劳动力和部分材料。工程平面图及照片见下图。 目前该工程运转正常，处理效果稳定，根据2009年2月17日、3月17日、4月14日委托程度预防医学会监测的数据，出水达到国家农业灌溉水标准（GB5084-92）。（1）优点a)不需要建设污水综合收集管网，造价、运行成本低。b)对农村生活污水污染物有较好的净化效果，在运行稳定期间，平均出水浓度达城镇污水处理厂排放标准（GB18918-2002）一级A标准，能在农村生活污水处理中发挥很好的作用（4）。（2）缺点a)长期运行，垂直流湿地表层将发生板结及堵塞问题。1、结论及建议草海周边农村污水处理宜根据排水要求选择技术及其适宜的组合工艺，不仅要满足村民对水质改善的需求，而且还要注重景观美化。按规模可分为散户（单户或多户）和村庄污水治理：对于便于统一收集污水的村落，经技术经济和环境评价后，宜采用厌氧池+接触氧化+人工湿地或者厌氧池+生态滤池的处理技术；对于散户（单户或多户）可采用家园人工湿地的处理技术。 参考文献：（1）刘国柱，谢峰，涂成龙，《草海水体的理化性质及其污染状况检测与研究》。（2）张克强.农村污水处理技术[M].北京:中国农业科学技术出版社,2006。（3）西南地区农村生活污水处理技术指南（试行），2010.9。（4）龙翠芬唐晓丹朱太涛.农户庭院型人工湿地对农村生活污水的净化效果.1673-9108(2012)08-2560-05（5）李兵弟，《村庄污水处理案例集》，中国建筑工业出版社，2010.5。'