长江水系农村水污染防治设计思路综述.pdf

收稿日期:2 0 2 2-1 2-1 1作者简介:张卉(1 9 8 4-),女,陕西神木人,本科,2 0 0 6年毕业于天津城建大学,市政工程专业。2 0 0 6年至今,工作于中冶西北工程技术有限公司(原包头钢铁设计研究总院),给排水专业高级工程师。曾荣获2 0 1 6年度全国冶金行业优秀工程设计一等奖,2 0 1 7、2 0 1 8、2 0 1 9年度全国冶金行业优秀工程设计三等奖,2 0 2 0年度内蒙古自治区优秀工程勘察设计一等奖(优秀水系统工程)。长江水系农村水污染防治设计思路综述张 卉(中冶西北工程技术有限公司,内蒙古 包头 0 1 4 0 1 0)摘要:农村水污染防治项目和城市水污染治理相比有其自己的特点,如何能因地制宜针对不同项目进行设计,是一件有着巨大社会价值和经济价值的事情。针对长江中游农村地区,列举了常见的水污染防治项目所采取的技术措施,对其进行了分析比较,对此类的项目提出了指导性意见。关键词:农村污水;水污染防治;一体化污水处理设施小微水体;水厂提标中图分类号:X 7 1 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 6-7 9 8 1(2 0 2 3)0 6-0 0 5 6-0 4 长江中下游水系所处地域,为我国经济发达地区。地表径流水系众多,水资源相对丰富,优良的水资源为经济的繁荣发展、人民的安居乐业提供了得天独厚的物质条件。但是,近年来,随着城市范围逐步扩大、国民经济和人民生活水平的大幅提升,工业废水和生活污水排放量也随之增加,导致长江及其支流污染严重,这给当地的居民生活和生态环境造成了严重威胁,因此长江中下游水系及其支流的水污染防治工作迫在眉睫。1 长江流域农村水污染特点就目前水环境治理市场现状而言,城市地区的水污染防治项目已基本饱和。各大中型城市都已设有较为完备的雨污水收集管网,污水处理厂设计管理技术都已经很成熟。而农村水污染问题则日渐突出,随着农村生活水平的不断提升,农村污水的污染程度不断加剧。相比北方地区而言,由于长江流域多位于我国南方地区省份,水温在冬季较北方流域要高。水质情况比黄河流域复杂,受沿岸居民影响更大。总体来说,长江流域农村污水和城市污水相比有其自身的特点:1.1 水质变化大、可生化性强农村污水的污染主要来自农田灌溉、畜禽养殖和生活污水,其污染物还多保持着“原生态”。没有城市工业废水所产生的重金属、高浊度等有毒性污染物,仍以能造成水体富营养化的营养性污染物和需氧污染物为主,有机物含量高、氨氮、总磷含量高,可生化性强。由于冬季温度相对北方而言更高,菌种活性有一定的保证,所以长江流域的农村污水采用生化处理方式有其独特的优势。同时水质变化大是农村污水的又一特征。基于我国农村排水体制现状,雨污分流较少,大部分还是合流制为主。灌溉农忙时节,生活污水、农田退水、雨水都混合排出。其中生活污水影响较小,雨水起到稀释作用,农田退水水量较大,所以这个时节农村污水污染以农药、化肥残留为主。而到过年期间,正是农闲的时候,此时农村污水的污染则以生活污水为主。1.2 水量波动规律化城市特别是大中城市,人口众多,生活污水水质水量均比较稳定。而农村污水则水量变化很大,规律性强。由于居民生活规律相近,导致农村生活污水排放量非常集中。早晚比白天大,夜间排水量很小,甚至可能断流,水量变化明显;上午、中午、下午都有一个高峰时段。农村污水季节性差异也非常明显。雨季农忙浇灌期间排水量较大,甚至比农闲季节多出数倍。同时由于城市化的发展,农村青壮年人口多外出打65 内蒙古石油化工2 0 2 3年第6期 工,日常农村人口多以留守儿童和老人居多,生活污水排放量很小。但到了过年期间,外地返乡人员剧增,生活污水排放量翻倍增多。1.3 管网收集差、分流处理难城市污水的污染之所以可以得到较为有效的控制,就是因为城市有较为健全的污水收集管网和与之配套的污水处理厂。无论是雨污分流体制,还是对降雨后期大雨量的弃流形式,都可以使污水得到较为有效的处理。而农村污水则不同,首先没有健全的雨污分流的管网收集系统。我国农村经济水平、教育程度都普遍低于城市,农村居民生活习惯也与城市居民大不相同,管网截污工程在农村设施起来难度远大于城市。农村土地私有化程度远高于城市,当管网截污类项目需要占地时,占地问题、扰民问题就成为了项目实施过程中的拦路虎。其次由于农村居民居住较分散,管网收集投入资金过大。常常有分散居住的居民,为了收集此户生活污水,需要多增加好几百米的管道和十多个排水检查井。使得这样的散户居民如同“鸡肋”,难以抉择是否要放入到整体的污水收集项目中来。即使投入大量经历和资金完成了排水管网的敷设,对污水的收集效果也远不如城市理想。农村居民生活习惯与城市不同,特别是在南方地区,农户家中很少产生厕所排污的“黑水”。即使家中已安装了抽水马桶,仍习惯在户外或村中公厕如厕。农户家中的排水多以做饭、洗衣、淋浴等产生的“灰水”为主。因此即使完成了各家各户的排水管网敷设,对污染最严重的“黑水”仍无法做到有效收集。特别是在南方地区,农村所产生的大量“黑水”,往往会被农户用于浇地种菜,仍以面源污染的形式排放入水体。同时收集到的污水,因水量小、管网分散等因素也很难被输送至污水处理厂。2 农村水污染的类型农村水污染的类型根据污染源所在领域的不同、污染程度不同、依据污染的区域不同都会有不同的分类,本文根据设计工作的实际需要、为方便采取防治措施,将农村水污染分类为点源污染、面源污染及混合污染。2.1 点源污染点源污染即有固定排污口的污染。比如不达标的污水处理厂排口、偷排的工业企业排污点、村镇中污染严重直接排入下游水系的沟渠、甚至各家各户的生活排水点都可以算作点源污染。只要对这一“点”进行了截污,污水就可以被截住。只要把很多个“点”治理好,我们的水污染状况就会大大改善。2.2 面源污染面源污染,可以说是相对点源污染而言的,是指污染物没有固定的排口,而是通过雨雪冲刷、土壤侵蚀、农田退水等方式通过地下、地表径流的方式排入水体的污染。比如畜禽养殖厂,大量的粪便、垃圾等污染物通过雨雪冲刷进入到附近的地表径流,同时通过土壤侵蚀有大量的污染物通过地下水径流进入到自然水体中。此类污染物的防治比较困难,这类污染物有分散性、隐蔽性、随机性、潜伏性、累积性和模糊性等特点,因此不易监测、难以量化,研究和防控的难度大。12.3 混源污染有些污染是既包含点源也包含面源的,比如农田退水,本身是有多个具体的排口排入受纳水体的,这些排口可以算作点源污染。但同时,过量的化肥、农药仍会通过土壤侵蚀进入到地下从而污染地下水,而这些被污染了的地下水则会通过地下径流进入到受纳水体中造成面源污染。3 常见农村水污染防治措施3.1 管网截污管网截污是最传统的点源污染的收集方法,将有具体排口的污水进行管网收集,收集到的污水根据水量、管网分散程度、地势等多因素综合考虑进行统一处理。管网截污的最大优点是对污水的收集比较全面,但凡明确了排口的污水都可以被统一收集,不容易出现漏网之鱼。但同时缺点也非常明显,我国地域辽阔,地形地貌丰富多样。在相对平缓的地区,管网截污投资较少、施工简单。但地形高低起伏明显的地区,难免会在设计中大量使用跌水井,排水管网敷设的投资会大大增加,并且施工难度也会增大。这对普遍投资较少、技术要求不高的农村工程非常不利,这就造成了很多工程中管道敷设逆坡、接口渗漏严重。特别是在很多雨污分流不彻底的地区,管网截污收集到的都不是生活污水,而是雨水、地下水。所以虽然在政府的大力倡导和重点帮扶下,许多乡村都进行了管网截污、雨污分流的75 2 0 2 3年第6期张 卉 长江水系农村水污染防治设计思路综述利民工程,但实际却远不如城镇的管网截污的效果显著。工程成了面子工程,钱花成了冤枉钱。所以以我国目前的国情而言,切实有效地在农村污水开展管网截污仍是一项艰巨的工程。3.2 一体化污水处理设备管网截污收集到的污水如何处理,是设计人员需要根据项目实际情况考虑的问题。只有把这部分收集到的污水处理好,才不会白收集。如果是在城市,收集到的污水往往会随着市政排水管网输送至城市污水处理厂,处理后的污水达标排放。而对农村污水而言,由于管网分散、污水水量较小,如果把污水统一输送至污水处理厂,所需要耗费的资金是非常大的。在这种情况下,小型一体化污水处理设备就脱颖而出,成了目前应对农村污水较为常见的处理措施。一体化污水处理设施从外观上看更像是一个集装箱,在这种长方体或椭圆体外壳的里面,是基于进出水水质而设计的污水处理设施。根据 城镇污水处理厂污染物排放标准(G B 1 8 9 1 8-2 0 0 2),处理后的出水如果作为回用水或者排至地表水类功能水域,需达到一级排放标准。所以目前市面上的一体化污水处理设备出水低一些的也可以达到一级B、一级A,好一些的可以达到地表水类或准类。常见的工艺有A/O、A 3/O、MB R、MB B R、A2/O+MB B R等。根据不同的进出水质要求,采用不同的工艺组合,调整停留时间等设计参数,最终实现出水水质的达标。一体化污水处理设备占地小,管理维护远比传统的污水处理厂简单。而且可以根据业主需要,设计成地埋式,这样就更加节省占地,非常适合农村污水治理项目的使用。但是一体化污水处理设备也有自己的缺点,一体化污水处理设备如同其配套管网一样非常分散,零星布置在各个村庄中。对于村民而言,没有专业的知识和能力来进行设备日常的维护监管。如果雇佣专业运维公司,则因为设备设置分散、投入人工较多而导致的运维费用过大。所以很多一体化污水处理设备都处于闲置、废弃状态,污水收集处理的长效机制很难设立起来。特别是在北方地区,冬季气温低,一体化处理设施里的生化处理单元很难高效运行。再加上断流和水质冲击的风险,如何保证一体化污水处理设施的日常运维,也是个要根据工程实际情况需要思考的问题。3.3“农村小微水体”改造基于现状管网截污措施的不足,近些年来很多南方农村地区出现了利用现有池塘、水渠、库湾而进行的“农 村小微单元”改造技术,来 处 理 农 村污水。和管网截污类项目适合于平坦或同一坡降的地势不同,这类“农村小微单元”改造的措施正好适用于高低起伏的地势。在长江流域很多山区地带的农村,在村落的各个低点分布着一个个的“风水塘”。除了“黑水”往往被农户收集用于种菜浇地,农村生活污水中的“灰水”往往会通过各个途径汇聚到“风水塘”中。大部分农户家都有排水用的出户管,将家中所产生的生活污水排至户外。此部分“灰水”有的通过家门口明渠类的自流沟自流至“风水塘”,还有的则直接散排至村中便道,通过降水过程中所产生的雨雪冲刷最终汇至到“风水塘”。所以如果说管网截污是人为的污水收集措施,那么可以说“风水塘”是自然的污水收集措施,构成了一个个独立的生态小微水体。通过实际调研,大部分的“风水塘”都被村民采用较为原始的方式利用着。比如有的村庄将“风水塘”当作村集体的鱼塘,进行渔业养殖,还有的当做附近农田的灌溉水源。所以对“风水塘”等农村现有非流动水体进行改造,不仅能有效地解决水污染的问题,还可以创造一定的经济价值并起到景观美化的作用。现阶段对农村“风水塘”这类的“农村小微水体”改造的方法,需要与实际工程的治理目标相结合。比如有的是为了提升感官,只需要加强水体的流动,“流水不腐”再与景观相结合。再比如有的“小微水体”有养鱼的功能,治理的时候就需要小心药剂对鱼群的影响。还有的“小微水体”位于饮用水源地保护区,这一类的治理要求就很高。常常采用的是塘内安装生态滤料模块,再与沉水植物相结合的方式。把改性生态滤料融入水体中后,它会很快将水和底泥腐质层中的黑臭物质化为氮气和水释放,不会产生二次污染。固体滤料中有许多纳米级孔道,能够吸附氨氮、重金属、总磷、C O D微粒,可以在其中进行离子交换,成为各种微生物集中生长、繁殖的温床,在这些生物的作用下,滤料吸附的污染物就会不断被消化释放,滤料的吸附和离子交换功能就会反复不断地持久发挥。与之配合的沉85 内蒙古石油化工2 0 2 3年第6期 水植物是水下景观的重要组成部分,是实现从浊水态到清水态转变的关键,植物能够高效地吸收氮磷等营养物质,促进氮的硝化、反硝化作用及磷的沉降;能够产生大量的氧,增强生态系统对浮游植物的控制和系统的自净能力。3.4 污水处理厂提标改造因为按照目前我国排水规范 城镇污水处理厂污染物排放标准(G B 1 8 9 1 8-2 0 0 2)要求,污水处理厂的排放标准基本执行一级A或者一级B的指标。但是对于国家对环保工作的越加重视、特别是“水十条”颁布以后,很多地表水系要求水质达到地表水类标准。对于这样的水系而言,一级标准的排水就成为了污水,污水处理厂就成为了巨大的点源污染。鉴于以上这种情况,污水处理厂提标改造迫在眉睫。水厂的提标改造一般会有两种方式。一种是在原厂里进行,在原有的工艺流程上,增加处理措施或者修改设计参数,从而达到出水水质的提升。另一种方式是保留污水处理厂原有流程不变,针对污水处理厂排出的尾水再进行水质提升。这两种方式都各有利弊。在原工艺流程上进行改造而言,首先是可以节省投资,不用重新建设尾水提标设施,仅仅是对原有流程进行改造,必定会节省大量投资。同时也会节省大量占地,在原有厂区进行整改,不用另外设置工艺主体和附属构建筑物,如值班室、管理用房等,会比新建全套的污水提升设施节省土地。同时也便于管理,因为污水处理厂原有的工作人员都是经过培训,有一定运行维护知识的专业人员。这些人员通过学习培训,了解了新改造的工艺设备、流程设施,就可以很容易地对新流程继续进行维护管理。而不用另外雇佣人员,从零基础开始进行培训。但是在原厂进行改造也有其自己的问题,因为按照目前我国的法律法规要求,污水处理厂出水只要达到一级标准就可以了。所以出水水质提标到地表水类标准只是环保工作的需要,而不是污水处理厂的要求。在这种情况下,大部分的污水处理厂都不愿意进行提标改造工作。特别是一些污水处理厂的运维公司,出水水质的提升意味着处理成本的提升。在缺乏相应鼓励机制的情况下,没有人愿意提高吨水投资即提升自己水厂的出水水质。而对污水处理厂尾水进行提标的优缺点正好和在原有工艺流程上进行改造的优缺点相反,对尾水水质进行提升会在资金、占地、人员上都有更大的投入。但是最大的问题并不是在钱上,而是在技术流程上。因为污水处理厂的排水是经过处理的,C O D的值都已经比较低了,一级A的值不大于5 0,一级B不大于6 0。如果出水对总氮指标不作要求,则可以通过加药、过滤等方式降低其他污染物指标。如果出水对总氮有要求,过低的碳源在污水处理中非常不利于微生物的生长繁育,使得所有的生化措施都受限,需要另外投加碳源。由以上分析可知,如果可以得到污水处理厂业主的支持,尽量在原厂工艺流程上进行改造提升。常见的提标工艺有如下几种,(1)如果出水不考虑降低总氮指标,可以简单地加药、过滤或吸附用以降低氨氮、总磷及C O D.(2)先经过曝气生物滤池氧化再过滤或吸附。(3)可以将尾水排至人工湿地,通过人工湿地的物理、生化等作用实现水质提升,同时还可以美化环境。但是处理水量较大时,人工湿地占地较大。(4)深床滤池工艺,同时具备过滤、反硝化脱氮和化学除磷功能,降低污水中的总氮、S S和总磷,但需要额外投加碳源。(5)复合型生态滤料,此项工艺是近两年新兴起的一项技术,和上文中所提到的“农村小微单元”改造中所提到的生物滤料模块属于同类产品。都是利用高性能的生物滤料模块,产生优势菌种,去除水体中的污染物。4 结论综上所述,长江流域农村水污染防治项目有着其自身的特点,单纯地把城市污水治理的方法照搬过来,并不能真正有利于此类项目的实施。只有因地制宜、量体裁衣,才能真的把水污染防治工作做到实处,打好我们的碧水工程保卫战。参考文献1 河海大学 水利大辞典 编辑修订委员会.M水利大辞典:上海辞书出版社,2 0 1 5,4 5 2.95 2 0 2 3年第6期张 卉 长江水系农村水污染防治设计思路综述