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探索农村污水治理 促进美丽乡村建设

作者:未知

  摘 要:国外独立屋污水处理系统操作简单,维护成本低,占地面积小,对我国农村的污水治理有较大的应用推广价值。本文详细介绍了国外独立屋污水处理系统的结构和维护措施,以期对我国农村污水分散式处理技术提供借鉴。
  关键词:农村生活污水;污水处理系统;化粪池;渗滤场
  一、农村生活污水特征
  生态环境部、住房和城乡建设部,在2018年9月联合印发了《关于加快制定地方农村生活污水处理排放标准的通知》,标志着国家对农村生活污水处理有了明确的要求。目前在我国农村地区中,污水治理对于如何解决农村整体环境问题尤为重要。我国农村大部分地区居住分散,地广人稀,一般农村生活污水量低于城镇。农村生活污水包括洗涤、冲厕、厨房等。根据研究统计,农村污水中富含有机物、氮磷,可生化性好,但是城乡排水水质差异很大,不同地区用水量不同,所以排放系数也不统一[1]。由于经济、政策以及环保意识的因素,国内农村污水处理还处在初级阶段。农村污水处理应考虑技术的实用性和工艺流程的简易性。目前,常用的技术手段有生物处理技术、生态处理技术以及物化处理技术。国外许多国家农村污水治理发展多年,积累了很多经验和成熟的技术手段。例如,本篇文章里介绍的国外独立屋污水处理系统,与我国农村人口数量和房屋分布现状相似。因此,对我国农村污水的分散式处理具有很好地借鉴意义。
  二、国外就地污水处理系统的组成
  常见的污水系统是由化粪池(septic tank)和沥滤场(leaching bed)组成(图1),将房屋内所有的污水(来自马桶、淋浴、水池、洗碗机、洗衣机等),处理到安全的水平,最后释放到地下水体系里。
  1.化粪池
  化粪池的功用是把污水的液体部分和固体部分相分离,一定程度上化解污水中的有机物。化粪池是一个埋在地下的水密容器,以前的化粪池是由钢和木头做成,但是很容易生锈和腐烂。所以现在加以改进,由水泥、聚乙烯和玻璃纤维制造而成。化粪池的体积取决于房屋的大小、房间的数量、水的用途和用量。根据所居住的省份而定,体积从1800L到3600L,有些化粪池会分成两个单元。
  房屋里的水排入化粪池后,水流速度变缓,密度高的固体部分沉淀到化粪池底部,密度小的物质漂浮在上层。沉积在底部的固体部分称作污泥(sludge),质量较轻的浮油和脂肪形成一层表面物质,称作浮渣(scum)。污水中的厌氧细菌对水里一部分有机物进行消化。经过净化的污水,随着更多污水的注入而被排出化粪池,流进沥滤场,作进一步的净化。
  2.沥滤场
  瀝滤场通常是一个由多条穿孔的塑料运送管道构成的网络,铺设在砂砾建成的壕沟里,覆盖在一层特殊土地之上。国外多数省份规定,这层特殊土壤必须离地下水位,至少有0.7到1.2m的距离,并且要有一定程度的渗透性。在我国农村,这层特殊的深层土壤距地表,大约有30-50cm。沥滤场管道过去是用粘土瓦砖制成,现在是由塑料空腔代替砂砾壕沟来放置管道。沥滤场具体的尺寸、设计、和布局都由所在省份的规章制度来决定,更取决于污水水量、土壤的渗透能力以及离地下水位的距离。化粪池排出的污水一般是在重力的作用下,流到沥滤场里。但是,如果沥滤场的地势较高,污水则先聚集到泵房,再由排水泵输送到沥滤场里。
  沥滤场通过土壤来净化污水,是一个天然的过滤场。污水里的污染物包括固体、溶解的有机物、氮磷、细菌和病毒。细菌粘液层附着在每一条运送壕沟的底部和四壁,并担当了净化污水的主要任务。粘液层里的细菌和其周围的土壤,分解污水中的有机物,并把对水生物有毒的氨态氮转化成无毒或毒性较小的硝酸盐。污水里有害的细菌和病毒通过过滤、暴露在环境中、或被其它微生物吞噬等方式被清除干净。有些沥滤场的土壤里含有少量的铁、铝和钙,这些金属可以有效地吸收污水中的磷。土壤里的细菌都是需要氧气才能生长的,因此,沥滤场所在的专用土壤不能被地表径流所饱和,也不能离地下水位太近,更不能被沥青铺砌。沥滤场的专用土壤需要有一定的蓄水能力,给予净化过程足够的时间。同时,还需要有一定的渗透性,便于让水逐渐渗入地下水体系。我国农村人均用水量约100L/天,人均污水产量约80-100L/天。其中,北方农村用水量相对少一些。因此,按平均每户4-5人来计算,沥滤场的面积大约需要3-4m2。
  当沥滤场管道和地下水位之间有足够高的距离时,可以不用专用土壤,而是将管道网络直接铺设在原有的土壤上或进口的沙子上。这种沥滤场称作常规系统(conventional system)(图2)。当地下水位离地表太近时,沥滤场必须抬高,垫在足够多的土壤之上。这种沥滤场叫做升高系统(raised system)或土堆系统(mound system)。
  3.有氧处理技术
  如果地下水位过高,地下有岩床,土壤条件不佳(粘土、泥沙),或无法达到离地表水、水井、和地产边界线足够的距离,是不宜于安装常规污水系统的。在这些情况下,可以通过有氧处理技术来净化污水。这些技术已经过证实,颇具成效,从1970年以来就被广泛应用于北美。有氧处理技术能将污水净化到比化粪池更高的水平,由此排出来的水只需注入较小的一片土地里,就能达到常规系统所需更多的土地,才能达到的净化水平。
  有氧处理技术依靠的是好氧微生物来分解污水中的有机物。有氧处理技术一般包含三大组成部分:一个沉淀水罐(比普通的化粪池小一些),有氧处理单位(负责清除污水里的有机物),和一个散布系统(一个小型的沥滤场)。为了优化完善净化过程,有氧处理单位的容器里,装有促进微生物生长的物质,以及保持微生物处于悬浮状态的搅拌装置。有些技术利用空气泵或鼓风机来给微生物输送氧气;有些技术则设计成一个“滴滤池”,从化粪池排出的污水被滴在一个未饱和的介质上,微生物吸取介质周围富含的氧气。之后,水从有氧处理单位排泄到一个小面积的沥滤场里。在国外有些行政区域,这一步被其它方法取代。例如,用压力系统把水传送到,靠近地表的区域或者直接排放到地表水里。   国外每个省和地区,都有自己的一套关于有氧处理技术的规章法则。在选用这些技术之前,应该咨询当地的政府部门,了解哪种技术是合格的。使用有氧处理技术的用户,必须与经法律认可的服务商签约,定期检视他们的系统。
  三、污水处理系统的维护
  1.竖管
  例行维护中关键的一点在于,能够方便地接近化粪池。因此,安装一个便于访问的竖管(riser),对于检视埋在地下的化粪池是很有必要的。竖管从化粪池向上延伸出来,使化粪池的盖子靠近地面,便于开启,尤其是冬天。竖管可以是塑料或水泥制成的,而且有保险锁。
  2.化粪池抽空泵
  随着时间的推移,化粪池底部的污泥会越积越多,如不加以控制,最终会溢出化粪池,堵塞通往沥滤场的输送管。输送管一旦堵塞,污水很可能渗出地表,更严重的情况是回流到房屋里。所以堵塞的输送管,不仅破坏了环境,对健康造成影响,更造成了经济损失。因此,化粪池每隔3-5年,或是池内固体达到1/3时(由合格的技术人员测算),就要抽空一次。化粪池抽空的频率取决于用水量和化粪池自身的容积。例如,一个拥有2300L化粪池的五口之家,每两三年就需要抽空一次化粪池。相比之下,一对拥有3600L化粪池的退休夫妇,可能5-7年才需要抽空一次。国外有些省市规定了化粪池需要抽空的年限。例如,魁北克省规定,每个永久住户每两年,就要抽空一次化粪池,季节性住户则是每四年抽空一次。
  化粪池抽空的最佳时间,是夏季至初秋。这段时间里,土壤尚未冻住,比较容易开启化粪池,而且此时抽空化粪池,能给予池内的微生物以足够的时间重新恢复生长。如果在春天,融化的积雪会造成地下水位上涨,从而给化粪池底部造成巨大压力,有时甚至能将化粪池从地里顶出来。对于轻型的化粪池,或是由聚乙烯和玻璃纤维制造的化粪池,这个问题尤其严峻。
  需要注意的是,检查和抽空化粪池时,需要注册的专业人员来操作。因为池内不仅没有氧气,还含有剧毒气体,可以在几秒钟之内,致人于死地。
  3.污水过滤器
  污水过滤器是一个简单的过滤装置,安装在化粪池排泄口,用来阻挡化粪池里的固体,流到沥滤场。它可以防止沥滤场的输送管道过早堵塞。市面上有很多种污水過滤器,购买前咨询一下当地的承包商,选择合适的尺寸。过滤器根据尺寸大小和家庭用水量,需要定期清理。有些过滤器配有铃声,用到一定程度时就会发出警告。
  4.沥滤场的维护
  沥滤场的土壤上应该覆盖良好的草皮。良好的通风和充足的阳光,都是加强蒸发的保障。因此,在沥滤场上,不应该建造任何东西。如果覆盖沥滤场,会阻碍氧气进入土壤中,进而威胁到土壤中微生物的生存。
  沥滤场上不可以开车或开机器,因为车和机器的重量,会把地下的输送管道压垮。尤其是在冬天的时候,会压缩土地上的雪,降低雪的天然保温作用,使地下的输送管道更容易冰冻。
  沥滤场上不能栽种树木,有些树(柳树和杨树)的根部会在地下延伸很长的距离,寻找水源。这些树根会穿透或堵塞地下的输送管道。另外,不要给沥滤场上的草地浇水。还要确保地面上所有的排水渠都朝着沥滤场四周的方向。因为任何多余的水,都会加重沥滤场的工作负担。一般情况下,污水系统的沥滤场,能够维持二十年正常运转。但是,输送管道最终会被积累的有机物堵塞,需要修补。
  5.污水系统防冻
  (1)造成污水系统冰冻的原因
  管道泄水不畅。任何存积在管道中的水都会结冰。造成存水的原因,可能是安装管道时坡度不够、地陷、或霜冻。解决这个问题只有挖掘并更换坏掉的管道部分。
  用水量少。慢慢滴流的水(像漏水的水龙头一样),会逐渐形成一层容易结冰的水膜。用水量过少或零用水量,都会造成化粪池冰冻。如果冬天零用水量,则应将化粪池的水抽空。
  系统水涝。由于设计上的缺陷或管道堵塞,导致沥滤场水量饱和,污水系统冰冻。解决方法是,暂时把化粪池当作储水池用。直到春天沥滤场冰冻融解后,修补或更换沥滤场管道。这意味着,在此期间,化粪池每次水满后就必须抽空,抽空的频繁程度可以达到每周两次。建议给排水泵安装一个警报装置,以便化粪池水位升高时,发出警告。
  (2)污水系统防冻
  温度是影响污水处理系统正常运行的重要因素。气温较低时,会使土壤中微生物的活性下降,甚至死亡。从而导致处理效果下降,甚至系统堵塞。国外地区气温较低,与我国北方相似。阻挡冰冻的第一条防线就是要有足够的保温。所以一般将管道埋于冻土层之下。有以下几种方法可以参考:给污水系统上面的土地加盖0.3m厚的覆盖物(树叶、稻草);在秋天时让原有的草生长,可以加强土地的保温层;在污水系统上堆雪,给连接房屋和化粪池的管道保温;在化粪池上面铺泡沫塑料;在污水系统上加盖土壤。
  其次,找专业技术人员修理冰冻问题。很多承包商用高压蒸汽机来给管道解冻,并且可以安装保暖带和化粪池暖器。
  6.日常注意事项
  污水系统依靠细菌消解水中的废物。油漆、溶液、稀释剂、洗甲水和其它常用的家庭液剂,会伤害或杀死用来分解有机物的细菌,因此,要避免排入污水管道。少量的家用消毒水和漂白水,不会影响污水系统的正常工作,过量就会杀死污水系统中的细菌。
  避免将不易分解或分解过程很慢的物质倒进下水道里。例如,油脂、脂肪、一次性尿布、纸巾、面巾、塑料、香烟过滤嘴、咖啡渣、鸡蛋皮等。
  污水停留在化粪池里的时间越长,留存在水里的有机物和悬浮分子就越少。相反,如果污水在污水系统里逗留的时间太短(比如用水量大、频率高),那么水中的有机物和固体就没有足够的时间分离和沉淀,而是直接排泄到沥滤场里,进而影响系统水力负荷。土壤的渗透速率一般与土壤的孔隙度、饱和水力传导性能以及介质的植物种类有关。为了防止堵塞,可以实行间歇排放,干湿交替的运行方式,给土壤的天然净化能力留有充分的恢复时间。因此,在平时可以有节律地用水,例如,积攒足够的衣服或者碗盘一起清洗;给卫生器具安装节水装置等。多留意漏水的水笼头或马桶,特别是漏水的马桶会浪费很多水。可以通过一个污水排泄泵装置,来自动控制水流进沥滤场的容量和时间。此外,地基排水系统(如排水泵)和暖炉冷凝液排泄管,不能与化粪池相连。
  随着我国城镇化,城乡一体化进程的加快,农村环境污染问题越来越突出。据统计,我国农村每年产生超过80亿吨的污水[2]。由于各种原因,并没有完善的污水处理系统和措施。国外独立屋污水处理系统,简便适用,对于我国农村分散式污水处理有很好的启发和借鉴意义。
  参考文献:
  [1]谢林花、吴德礼、张亚雷.中国农村生活污水处理技术现状分析及评价[J].生态与农村环境学报,2018.34(10)865-870
  [2]王丽媛、孙洁梅、叶锴.农村生活污水分散式处理现状与思考[J].四川环境,2015.34(2)73-75
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