利用净化槽处理农村生活污水的研究进展

     随着我国农村经济的发展和厕所革命在全国的推进，污水处理需求也随之增大。目前我国农村生活污水每年排放量约80多亿t，但处理还处于起步阶段。据统计96%的村镇没有排水沟渠和污水处理系统［1］。污水的直接就地排放,造成了周边河流、水塘、地下水等水环境的污染,对农村环境构成了重大安全隐患。因此,研发适用于农村的污水处理技术,是解决农村环境问题的关键之一。 
     由于我国农村地区并不适合引进集中式污水处理系统，而应选取需要低成本、高效率、分散式的污水处理技术来解决污水处理问题。而在这方面，日本有着成熟的污水净化槽和分散式污水处理的技术和经验值得我国借鉴。
1 日本分散式污水处理设施 
     日本的生活污水处理系统(图1)主要分为集合处理和个别处理两大类。其中，集合处理是指公用下水道和农村集落排水设施。公用下水道主要用于城市污水的处理，通过管道将家庭污水和工业污水收集到污水厂进行集中处理;农村集落排水设施主要用于农村村落生活污水的集中处理，二者分归国土交通部和农林水产部管理。个别处理是指单独处理净化槽和合并处理净化槽，净化槽主要用来处理一家一户或楼房排放的生活污水，是不同于下水道的一种分散式污水处理设施，分归生活环境部管理。截至2007 年末,日本公用下水道的平均覆盖率已经达70%以上，净化槽的平均覆盖率在9%左右，农村集落排水设施的平均覆盖率约为3%。
1.1 净化槽类型 
     净化槽作为分散式生活污水处理的有效手段，在日本有着广泛的应用，并且随着技术的不断革新。可以满足不同的水质处理要求。1983年日本出台了“净化槽法”，对净化槽的生产、安装、维护和管理都作出了统一的规定，明确了净化 槽产业中企业和个人的责任与义务，同时建立了净化槽技术人员资格认定制度[4]。 
     净化槽作为与厕所相连，对粪便以及冲洗用水进行处理后排放到下水道以外地方的设备或设施，可分为单独处理净化槽和合并处理净化槽两种。单独处理净化槽只是处理厕所出水，洗澡、做饭等生活用水并不流入净化槽，未经处理直接放流。单独处理净化槽是一种吸取式厕所，本身只是一种贮水容器，并没有净化机能［5］，每年大概清理10次其中的污水，运至专门的屎尿处理设施进行处理。2001 年4月开始,日本已经禁止新建单独处理净化槽。合并处理净化槽可分为主要用于处理小至一家一户生活污水的小型净化槽和用于处理楼房、住宅小区生活污水的 中大型净化槽。小型净化槽基本上是在工厂批量生产，适合于安装在各种地形，而且经过处理的水可以就地直接排放水体。与下水道相比，净化槽有安装投资小、占地小、时间短、见效快的特点，具有比较强的抗震和抗灾性能。
1.2 净化槽的处理工艺 
    净化槽通过合理的空间设计, 集传统污水处理工艺的各部分功能于一体, 装置内包括预处理、生物处理、沉淀、消毒、污泥处理5个单元[ 6]。净化槽的出水水质标准是BOD 在20 mg/L以下,且去除率达到90%以上[7]。主要处理工艺包括: 标准活性污泥法、A /O法、沉淀分离接触曝气法、厌氧滤床接触曝气法、生物转盘法、散水滤床法等。 
    但随着处理工艺的不断发展和处理需求的不断变化,目前净化槽处理工艺的发展趋势主要体现在2个方面:一是在增强生物处理效率的同时进一步实现设备的小型化；另一个是在去除BOD的同时达到处理N、P和SS的目的,实现污水的深度处理。 
    生物流化床法是目前最为广泛使用的处理工艺。其槽的容量只有接触曝气法的1 /2; 与普通的活性污泥法相比, 生物流化床法微生物浓度高, 且不易产生污泥膨胀。通过生物流化床与两级厌氧生物滤床、P去除装置的组合, 净化槽出 水质可达BOD < 10 mg /L, SS< 10 mg/L, N < 10 mg /L, P< 1mg/L。据统计, 2007年新设净化槽中, 生物流化床法净化槽在5-50人规模中所占比例是96.8%, 在51 人以上规模中占了87.5% 。
1.3 应用实例 
    由于日本居民住宅主要以独门独院的房屋为主，所以净化槽产品的主要市场是家用小型净化槽，在院子里有一个车位大的地方就可以铺设净化槽，铺设工作一般7d就可以完成[8]。小型净化槽制造工厂分成型车间和组装车间两个部分。成型车间主要是将原材料切割，在树脂外层喷涂玻璃纤维，然后将裁剪成片的原材料放置模具上，高温压制成型后进行人工整理，从而完成半个槽体的制作。组装车间主要是在加工好的外壳里面涂黏合剂,将各个部分的部件进行组装、合并槽体及密封性检测，每台净化槽的整个生产过程约耗时6min[9]。
2 农村集落排水设施 
2.1 我国农村污水处理存在的问题 
    我国农村污水处理存在的主要问题: 一是由于污水收集系统不完善,居住分散,导致污水难以收集；二是污水来源主要以生活杂排水为主,不同时段水质水量变化大；三是缺乏针对农村污水特征的污水处理工艺；四是由于没有健全的管理维护制度,从而造成设施建设滞后,已建成的污水处理设施不能正常运行,难以达到设计的处理目标。综上所述,受农村经济发展水平有限、基础设施薄弱、缺少适用技术、运营管理体制不完善等因素的影响,目前我国村镇污水处理水平还比较低。因此,应开发适用于农村分散式污水处理需求、低成本、易管理的污水处理工艺[10-13]。 
2.2 日本农村集落排水设施 
    1973年日本政府开始发展农村集落排水工程，主要用于集中处理农村生活排水，用于缓解由于不适当处理的生活排水而造成的非点源污染。农村集落排水工程污水处理能力多在1万t/d 以下，每个工程平均覆盖193 户,受益人口979 人［14］。截止到2001 年，日本农村集落排水工程普及率达到了71%。对于不能纳入农村集落排水工程的分散农户，要求采取必要的污水处理措施。此外，污水处理产生的污泥可以用来制作肥料、建材、沼气等进行能源化再生产，但是从农村生态环境保护和经济性的角度考虑，将污泥进行农地还原是最佳出路［15］。日本地域环境资源中心网站上提供具体各种关于农村集落排水设施的信息，包括污水处理工艺、设施建设、管路铺设、维护管理、灾害应对等，近年来，更是着力于低成本化的研究与技术开发［16]。 
3 日本分散式污水处理设施在我国应用的前景
3.1 净化槽技术的应用前景 
3.1.1 气温较低的地区可以使用净化槽技术 
    净化槽技术在日本的北海道地区和俄罗斯南部沿海地区都有成功的应用。净化槽采用树脂材料作为主要原料,不需要额外的防腐措施,使用寿命约为30年。而且,可以采用隔热板或者深埋等方式进行保温处理。 3.1.2 本土生产可有效降低净化槽成本 
    净化槽生产成本投入较高，普通的10人槽成本约为100万～250万日元( 尚未包含施工技术费用),50人槽成本约为600万～700万日元(2009年价格)。目前国内多家研究机构已经引进净化槽并业集落排水设施的处理水可以与农业水利系统相结合,有望实现农业用水的反复使用。  3.1.3 污泥有多种资源化途径
由于农村生活污水中几乎不含有重金属等有害物质，所以污泥可以作为有机肥料或者土壤改良材料进行农地还原，还可以用来制作肥料、建材、沼气等进行能源化再生产，但是从农村生态环境保护和经济性的角度考虑，将污泥进行农地还原是最佳出路。 
3.1.4 经济成本有一定的优势 
    日本农村集落排水设施设备和管网成本高达几亿日元，但是农村集落排水设施(服务口470人,总成本约5亿日元)与另一处小型下水道设施(服务人口2000人,总成本超35亿日元)相比仍具有一定的成本优势。可见,农村集落排水设施更适用于人口密度偏低、用户呈分散状态、铺设下水道困难的农村、山区或偏远地区[2]。
3.2 在国内的应用实例
3.2.1 天津市农委净化槽项目 
天津市农委、天津科技大学、日本东京大学等合作,开展了小型高效家庭生活污水净化槽的开发与应用项目。处理工艺采用平推流二段厌氧和全混流好氧一体化回流技术以及生物滤床技术[17],出水水质优于国家污水排放一级标准。在天津市西青区辛口镇第六埠村的3家农户开展了示范工程。
3.2.2 无动力式生物净化槽 
中国医药研究开发中心有限公司应用无动力式生物净化槽技术处理生活污水,出水COD、BOD、SS达到城市杂用水水质标准（GB/T18920-2002)和北京市水污染排放标准(DB11 /307-2005)一级限制B级标准。该工艺厌氧单元采用混合流膨胀床厌氧滤池,好氧处理采用跌水曝气技术。现已在北京市延庆、门头沟、昌平、顺义等地的20多个排污点源投入使用[18]。
3.2.3 太湖水环境修复示范项目 
太湖水环境修复示范项目是中日两国政府间的技术合作项目,引进了由日本大器(大连)公司制造的6种类型共12台净化槽,在无锡太湖湖滨的山水城污水处理厂附近进行试验运行,出水BOD低于5mg/L,COD基本达到50mg/L以下[19-20]。
4 结语 
    由国外实践经验证明，在人口分散的居民区，适当管理下的分散污水处理系统要比集中处理系统更具经济效益，同时有效地保护了公众健康和环境。在我国尚有广大的农村地区因为管网铺设过长、投资过大、处理负荷不足而缺乏因地制宜的新形态的污水处理技术。借鉴国外先进成熟的分散处理技术的同时，更重要的是要逐步建立符合国情的管理体系、技术体系、标准体系和服务体系，才能确保农村污水处理设施的长效运行，最终达到改善农村水环境、保护水体的目的。