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罗安程:长三角区域农村生活污水治理的技术需求及思路

时间:2020-09-18  点击:172 次 字号+  字号-
2020年9月11日,“第十届中国农村和小城镇水环境治理论坛暨第四届村镇环境科技产业联盟论坛”在广州召开。浙江大学环境与资源学院资源科学系教授罗安程作题为《长三角区域农村生活污水治理的技术需求及思路》的报告。


浙江大学环境与资源学院资源科学系教授罗安程

我国早期的农村污水处理重点是以粪便无害化处理、人粪尿的合理施用、疫病防治为重点,对于COD、氮磷等污染并不关注。在医疗卫生、药品等发展后,常见传染病不再成为农村主要环境问题时,污水治理不再是农村工作的重点。在70~80年代,农村生活污水处理几乎无人研究。

农村污水的规模化达标治理工程始于本世纪初的安吉县。典型工程为浙江省环科院在山川乡设计的“阿科蔓”污水处理工程,首开我国规模化治理农村污水之先河。安吉县为全国第一个生态县,在生态县创建中,从2001开始,以每年10-20个村的速度推进。

从2003年浙江省提出社会主义新农村建设和生态省建设开始,开展农污治理达17年之久,农村生活污水处理设施经历了数量从无到有、从少到多,技术不断更新迭代,治理经验不断积累丰富的进程。2003年、2006年、2010年、2013年、2014-2016年是浙江省农村生活污水治理的关键节点。2013年11月,作出了“五水共治”重大决策。2014-2016年,全省共投入约400亿元资金用于农村生活污水治理。

农村生活污水处理设施存在问题分析

经过对浙江某县农村污水处理系统(总数2000余座)进行核查后发现总结,主要存在三方面问题:
设计阶段:存在问题占40%或更高。主要包括工艺缺陷、设备设计错误、选址不合理等。
建设阶段:存在问题占80%。包括漏水、无出水、开裂、无电、处理设施破损等。
运维阶段:占40%。部分运维不佳的原因是工艺与费用的问题。

一、设计阶段存在问题

通过对浙江省各地区工艺类型分布进行调查发现。厌氧+人工湿地工艺应用最多,其设施占比达到了34.3%;浙江省内应用范围最广的为A2O工艺,在80%的调研地区内均有分布,设施点位占比为32.7%;厌氧+生物转盘、厌氧+生物滤池、A2O +人工湿地工艺占比在5%-10%。各工艺特点及使用情况如下:

(1)A2/O池(罐)
A2/O工艺设计成熟,占地面积较小;施工方便、利于招标。但受出水水质的影响因素较多,如pH、DO、温度、污泥浓度、污泥泥龄、水力停留时间及二沉池的沉淀效果等。单独使用A2/O工艺需要有良好的运维管理,否则达标率很低。针对农村村生活污水处理规模较小的特点,当前也有部分成套化、装备式A2/O反应器应用。
(2)A2/O池(罐)+人工湿地、生物滤池、氧化塘、土地渗滤
在A2/O工艺加了后段人工湿地后,出水稳定性大大提高,尤其是总氮、总磷、SS,同时运维管理的便捷性提高,达标率增加明显。但需要注意后段人工湿地的设计负荷、布水方式、管理质量。
(3)厌氧池(罐)+人工湿地、生物滤池、氧化塘、土地渗滤
厌氧工艺设计成熟,无能耗,管理方便。加了后段人工湿地等后,出水进一步净化,同时运维管理便捷,可达标排放。关键是厌氧HRT及后段人工湿地等设计负荷、布水方式、管理质量。人工湿地的水力负荷不高于0.08m3/m2/d,其它后段处理负荷要明显低于AO/A2O+,不然难以达到处理效果。
(4)人工湿地
人工湿地工艺总体来看,出水水质达标率不高。原因不是因为人工湿地处理能力不足,而是设计负荷过大、布水方式不正确、基质类型与填充方式有问题。此外农村污水处理设施应进出水口同时采样,分析数据会出现负值问题。
(5)稳定塘技术
利用天然水体中的好氧、厌氧微生物和藻类物质,对废水中的有机物进行好氧、厌氧生物处理的人工或天然池塘的总称。在有条件的地方,是一种良好的污水处理工艺。 建议与厌氧、AO等工艺组合。
(6)MBR
膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor),是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术。处理后水质较好,尤其是感观上,清澈透亮。在经济条件好、水质要求高的地方有运用。

二、施工建设阶段存在问题

农村生活污水处理设施施工建设阶段的问题主要有:

(1)地面沉降及其问题.

(2)出水井缺失问题:出水井缺失时,污水经处理后直接下渗可能会污染地下水,也会引起终端沉降等问题。

(3)电力供应问题:终端在建设期没有接通电力或电力损坏,终端内设备都无法正常运行,罐体只能维持厌氧环境,处理效率低下。

(4)格栅安装问题:例如没有装配格栅或者格栅安装不规范或用材材质有问题。

(5)罐体问题:典型罐体问题包括罐体内各个区域连通、区域顺序错误、罐体破裂、罐体结构不合理造成短流、曝气位置错误等。

(6)填料填充度问题:在调查的650个前端工艺为A/O的终端中,厌氧池、好氧池填料填充度能同时达到适量的终端仅37个,占比5.7%;在1424个前端工艺为A2/O的终端中,厌氧池、兼氧池、好氧池填料充满度能同时达到适量的终端仅171个,占比12.0%。广泛存在着填料量不足的情况。

(7)风机安装问题:在设置了好氧区的工艺中,维持好氧池环境需要长期保持一定的曝气。在对2374个设置了好氧区的终端核查后,发现有65个终端没有为好氧区装配风机。

(8)回流设备安装问题:A/O、A2/O工艺中,共计606个终端装配率回流泵,832个终端加入了气提回流的管道,装配率为81.6%。

(9)管网建设问题:共明确判定67个终端的进水管网有问题,包括管网破裂的终端38个、管网未合理接入终端的29个;核查有进水的2326个终端中,共计651个进水感官判断为雨污混流,占比27.9%,造成此现象的主要原因也是管网建设问题。

(10)渗漏现象:在核查过程中,发现人工湿地有明显的渗漏情况。除此以外,核查人员还通过水位、水量、构筑物的观测,确定了64个有渗漏问题存在的终端,包括出水井渗漏20座、罐体渗漏29座、化粪池渗漏15座。另外,在全部终端中,共计182座终端有进水进入,却表现没有出水,这些终端疑似渗漏。

三、运维阶段存在问题

(1)运维管理交接问题
农村污水处理设施建设完成后的交接目前存在许多问题:例如验收交接前的工程质量如何认定、交接资料是否完整等等。目前存在许多污水治理工程 “被”交接或者工程验收“合格”而交接时不合格的情况。
(2)污水水源问题
农村污水处理设施运行过程中,哪些来水应该被接纳是一个很大的问题。设施运行中,本应该以合同约定、标准内容为准,但在实际运营过程中会出现许多难以预料的问题。例如有些因建设时期未考虑到的污染源的出现,如果遵循实事求是的精神,改造原有污水处理设施或截除污染源,则资金问题又难以解决。
(3)运维成本问题
农村生活污水第三方运维的成本构成与污水处理厂有极大不同。如果配件、材料另算,主要成本构成如下:人力成本,约占50-60%;电费成本,与工艺有关,通常占20-30%;交通成本,约占20%左右。浙江省第三方运维价格户均100-150左右,实际需要支出(含管网运维)250-300元。A2O、MBR等需要大量有经验的技术人员,人员工资是最大的一块支出。

几点思路

1.选择合适的工艺或工艺组合

不存在“包打天下”的“好技术”。企业在推广自己技术的同时,也要考虑到业主方的需求,尽可能减少业主的负担,尤其是运维的便捷便利性。在有条件的地方应该尽量采用无动力、少动力的生态方式处理。随意提高建设标准,盲目强制性提高能耗不值得提倡。

2.加强农村生活污水资源化利用的研究与技术推广

农村生活污水处理设施的第三方运维产生的经济负担极其巨大。从生态效益、环境效益、经济效益多方面考虑,农村生活污水的资源化利用是唯一的出路所在。浙江通过实地采样和问卷调查后发现,当地农村群众对生活污水资源化利用的可接受度其实很高,但也存在对污染物性质认识不够或者认为资源化产物不如肥料“有劲”等情况。
基于此,浙江大学特对农村生活污水资源化利用进行了可行性分析,认为应着重解决三方面的问题。一是安全问题:特别需要重视农村生活污水资源化利用过程中污染物迁移转化规律及生态风险评价,尤其是微量污染物的迁移规律。二是技术问题:要大力研究农村生活再生水灌溉高效利用与安全调控技术。三是方法问题:主要是农村生活污水处理与安全利用相关设备的研发。
目前,浙江大学研究组已经研究出多项农村生活污水水肥资源差别化利用技术,包括:
(1)基于灌溉的农村生活污水保氮保磷处理技术研究
在灌溉用水期,结合灌溉对养分资源需求,重点研究能够高效去除有机污染物、且最大限度保留污水中的氮磷养分资源的生物膜工艺。研发出满足灌溉安全的污水水肥资源利用技术。
(2)基于膜生物反应器的农村生活污水再生处理技术研究
在灌溉间歇期,研究去除有机物、氮、磷等污染物的高效低耗膜生物反应器工艺,将出水利用多功能生态塘深度处理后存储备用。重点开展膜孔径(微滤膜和超滤)、膜材质(聚乙烯中空纤维膜和陶瓷膜)、操作方式、水力特性等对膜生物反应器出水水质与通量的影响研究。
(3)农村生活污水新型联合消毒系统研究
开展臭氧、电化学和紫外消毒技术及新型联合消毒技术研究,通过测定大肠杆菌和抗生素的去除率,确定最佳条件,评价消毒效果。
(4)生态拦截-基质强化脱氮-微纳米曝气-健康水生态系统构建技术研究
研究多功能生态塘中水生植物的适配种植模式、强化脱氮基质配方与级配方式、曝气方式与时间以及水下森林-水生动物健康水生态系统构建。研发适用于灌溉间歇期的再生水处理与水资源蓄存利用技术,为灌溉、生态环境补水提供再生水源。
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主办:中国国际贸易促进委员会建设行业分会

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