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我国不同区域农村污水处理技术应用探讨

2024年04月12日

 

  由于不同地区的地形、气候、经济、生活习惯差异巨大,农村污水处理技术的选择需针对各地区的实际情况做出调整以最大发挥其功效。根据我国六大地区的基本地理特征,对比分析了各地域内农村生活污水的产生特征,及各大主流农村污水处理技术在我国不同地区农村的应用条件。

  01 我国农村污水处理的区域特征

  根据住房及城乡建设部印发的《分地区农村污水处理技术指南》,我国的农村生活污水处理工作被划分为六大区域:东北、华北、西北、东南、中南、西南。六大区域适用本地化的生活污水水质参考指标是农村污水处理设施建设的基本参考。各区域的农村污水产生特点与面临的主要问题如下。

  1.1东北地区

  我国东北地区一般指狭义上的东北三省(黑龙江、吉林、辽宁)及广义上的内蒙古东五盟区域。地区整体位于中温带和寒温带,属温带季风气候,夏季温和多雨,冬季寒冷干燥。地形条件以广阔的东北平原为主,也分布有大小兴安岭、长白山脉、辽东丘陵等山地丘陵地带。

  东北地区农村多在经济不发达地区,村屯分布疏散,污水处理水平较低,如吉林省2018年只有4.9%的农村建设了集中或部分集中处理设施。受冬季寒冷气候影响,东北地区农村污水的日平均排放量较少,水中氮、磷的含量较高,极寒气候会大大制约污水处理生化过程的效率。因而,东北地区的污水处理技术选择应以低温适应性、低成本、易维护、高除氮磷效率为主要考虑目标。

  1.2华北地区

  华北地区主要指华北平原一带的北京、天津、内蒙古、河北、山西、山东、河南等省市的大部分地区。整体属于温带季风气候,夏季高温多雨,冬季寒冷干燥。地形以平原为主,水资源较为紧缺。

  华北地区是我国的主要农业产区,农村人口密集,村落众多,污水产生量巨大,但人均污水产量少于南方地区。地区内经济发展水平较为不平衡,一些干旱地区的基础配套设施相对落后,乱排现象常见,部分农村的污水处理水平较低,出水中有机物、氮、磷、悬浮物等指标较高。华北地区全年整体较为干旱,降水往往集中在夏季,污水处理技术的选择应重点考虑水资源的循环调配。

  1.3西北地区

  西北地区主要包括新疆、青海、甘肃、宁夏、陕西等省份的大部分地区。区域内主要为中温带和暖温带大陆性气候,局部为温带季风气候,整体较为干旱,年均气温偏低。地形以高原、山地和荒漠为主,人口主要聚集在河套平原及绿洲处。

  西北地区的农村传统上生活用水量较少,大部分村庄仍在使用旱厕,缺乏人工排水系统。且由于农村人口流失程度较大,许多污水处理设施难以正常运行。对于西北部干旱地区,污水处理设施应尽量采用经济适用、简单化的技术路线。

  1.4东南地区

  东南地区主要是我国东南部沿海的各省份,东南丘陵贯穿整个区域,内部河流密布,农村通常分布在山间河谷地带。整体基本属于亚热带季风气候,夏季高温多雨,冬季温和湿润。

  东南沿海地区的农村经济发展水平不均衡,长三角、珠三角地区的经济发达,农村人口密度较大,水环境污染与水质性缺水问题明显。福建、广东、海南等省份存在较大面积的欠发达山区,农村人口众多,且丘陵地带建设污水管网的成本偏高,早期普遍将污水直排河道。考虑到东南地区的农村水环境问题与经济发展水平差异,实践中应选择有针对性的污水处理技术。

  1.5中南地区

  中南地区指秦岭-淮河线两侧的大部分区域,地域内地形地貌高度复杂,山地、丘陵、平原普遍存在,河网密布,且大多位于重要水系。整体位于暖温带至中温带季风气候区,夏季高温多雨,冬季少雨。

  地域内农村经济发展水平较为不均衡,且由于位于习惯上的南北方交界,农村生活习惯差异明显。秦岭-淮河线北侧农村往往有旱厕及堆肥习惯,污水产生量较少,可采用化粪池等较简单的处理技术。秦岭-淮河线南侧农村多傍水而建,污水往往直接排入池塘等水体,适合采用人工湿地或利用现有池塘的多塘技术。

  1.6西南地区

  西南地区包括四川、贵州、云南、重庆、西藏、广西等省市,区域跨度较大,地形以高原、山地、丘陵为主。区域内气候条件多样,季风气候、高原气候、高山寒带气候皆有存在。

  除地势平缓的四川盆地自古以来便是农业要地外,其他地域皆以山区农村为主,经济发展水平较为落后,居民传统上的污水处理意识较为淡薄。随着近年农村旅游业发展,西南地区农村的污水产生量快速增长,对农村地区污水处理基础设施的配套建设的需求也与日俱增,适合根据人员聚集规模与地形地貌,采取相应的分散式或集中式处理设施。

  02 农村污水处理技术的区域选择

  我国目前的村镇污水处理模式包括分散处理、村落集中处理和纳入城镇排水管网处理。通常,单户或几户的小型聚落适用分散式的小型污水处理设备或自然处理模式,较大的村落可建设村级污水处理站进行集中处理,城镇近郊村庄则可以将污水排入城镇污水管网,输送至城镇污水处理厂。

  我国农村的分布面积广泛,但随着城镇化率的逐步上升,未来的农村人口将大幅减少,农村的污水处理技术势必会朝着分散、小型、低成本、高效率的方向发展。尽可能利用现有自然条件,与环境融合的生态化污水处理技术,将是我国未来农村污水处理设施建设的主要趋势。针对分散式和集中式污水处理技术的特点,我国六大地区在技术路线上存在差异。

  1.1分散式处理技术

  分散式污水处理技术包括小型人工湿地、土地处理、稳定塘、净化沼气池、小型一体化处理设备等。根据生态环境部发布的《农村生活污水处理项目建设与投资技术指南》,常用的分散式处理技术的基本建设成本主要在1500元/t-3000元/t,但小型一体化处理设备的建设成本可达10000元/t以上。大部分分散式处理设施的处理规模在10t/d以下,稳定塘技术对较大规模的分散式污水较为适用。各项分散式污水处理技术的技术特点、建设成本及处理规模如下表所示。

农村生活污水分散式处理技术对比

  在我国不同区域的工程实践中,分散式污水处理技术的选择应考虑当地的地形及气候条件。我国北方地区普遍气候干旱,水资源匮乏,污水排放量较小,适合采用土地渗滤、人工湿地、稳定塘等生态处理技术。但考虑到北方地区,尤其是东北地区冬季寒冷,常规生态处理技术效果会受到一定影响,需要针对地域的气候特征,对人工湿地、稳定塘等设施进行技术改进。我国西北地区常年干旱,水资源贫乏,生态条件较为脆弱,居民用水量较少,适合化粪池或沼气池处理,较大村庄可使用升流式厌氧生物滤池、沟式土地处理、低温氧化塘等工艺,还可充分利用干旱地带的废弃塘或洼地进行改造。

  我国南方地区山地、丘陵众多,河网密布,土地渗滤、人工湿地等技术可能会受到农村现有地形、坡度等条件的制约。因而在分散式污水处理技术的选择上,南方地区农村适合考虑现有地形因素,开发人工湿地、稳定塘、化粪池、沼气池、厌氧生物处理等技术单元的一体化复合工艺,如湖北山区的人工湿地结合厌氧和跌水接触氧化的复合处理工艺,云南滇池流域农村的厌氧生物处理+人工湿地+氧化塘复合工程设施等。

  1.2集中式处理技术

  常用的农村污水集中式处理技术包括活性污泥法、氧化沟法、生物接触氧化法、序批式活性污泥法(SBR)、膜生物反应器法(MBR)、大型人工湿地法。根据《农村生活污水处理项目建设与投资技术指南》编制组的调查,我国的农村集中污水处理设施处理规模一般在500m³/d以下,大部分设施服务的村落人口在5000人以下。集中式污水处理设施的处理规模变化幅度较大,一般日处理量超过20t时即可选用集中式处理技术,处理量最高可达2500t/d。SBR、MBR等新型技术的占地面积较小,操作管理方便,去除效率较高且不需要配套建设沉淀池,是较有前途的农村污水处理技术,但目前的投资建设成本仍偏高。各项集中式污水处理技术的技术特点、建设成本及处理规模如下表所示。

农村生活污水集中式处理技术对比

  我国的东北、华北、东南等经济发展水平较高的农村地区已对集中式污水处理设施建设进行了长期的探索。东北地区冬季气温偏低,适宜采用针对高寒气候改进的生物处理、生态处理及多元复合工艺,如黑龙江省某农村采用生物接触氧化与双层潜流人工湿地复合技术,成功应对最低可达-35℃的极端气温。华北及西北地区适合使用以人工湿地为核心的集中处理技术,并适当加入维护较为简单的无动力厌氧滤池进行预处理。华南地区的水资源较为充沛,农村居民产生的生活污水量较大,对于经济条件较好的区域,可以适当使用SBR、MBR等占地面积较少、处理效率较高的技术。一般南方农村则适合使用生物+生态处理工艺,如生物接触氧化与人工湿地结合的技术。对于依山傍水而建的村落,如果村庄附近有池塘,也可就地改造成人工湿地系统。

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