農(nóng)村生活污水源分離系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

侯艷鋒，何 謙，張 健

（1.北京萬(wàn)若環(huán)境工程有限公司；2.萬(wàn)若（北京）環(huán)境工程技術(shù)有限公司，北京 100083）

我國(guó)環(huán)境污染形勢(shì)嚴(yán)峻，新建城區(qū)、產(chǎn)業(yè)園區(qū)、村鎮(zhèn)等的生活污水采用混合排放，末端治理模式存在諸多限制和問(wèn)題。針對(duì)目前我國(guó)生活污水收集配套設(shè)施不完善和生活污水處理技術(shù)不適用的問(wèn)題，本文通過(guò)負(fù)壓收集技術(shù)、生活污水源分離技術(shù)等新技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，探尋適合我國(guó)農(nóng)村綠色發(fā)展的新模式，實(shí)現(xiàn)高濃度污水的密閉收集與再利用，達(dá)到節(jié)水、除臭、源頭分質(zhì)回收的效果，與此同時(shí)修復(fù)和完善廢物-肥料-農(nóng)業(yè)-食品的物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)[1]。

農(nóng)村生活污水治理是新農(nóng)村建設(shè)的一個(gè)重要課題。農(nóng)村生活污水治理的新技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用可以進(jìn)一步改善鄉(xiāng)村環(huán)境衛(wèi)生，減少環(huán)境污染；最大限度地提升農(nóng)村居住舒適度，改善農(nóng)村衛(wèi)生條件；從源頭治理入手，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村生態(tài)循環(huán)模式。人糞尿是生活污水中污染物、病原菌和營(yíng)養(yǎng)鹽的最主要來(lái)源，其有機(jī)污染物含量占污水有機(jī)污染物總量的60%，氮磷含量占氮磷總量的90%以上，鉀含量占鉀總量的約70%[2]，所以農(nóng)村生活環(huán)境治理的核心是農(nóng)村生活污水的污染控制和資源化。下面分析基于負(fù)壓排水技術(shù)的農(nóng)村生活污水源分離收集及資源化系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用情況。

1 農(nóng)村生活污水源分離系統(tǒng)

1.1 農(nóng)村生活污水負(fù)壓排水技術(shù)

負(fù)壓排水技術(shù)是利用負(fù)壓管道內(nèi)負(fù)壓產(chǎn)生的高速氣流輸送污水，負(fù)壓管網(wǎng)與自來(lái)水供水管網(wǎng)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、管網(wǎng)鋪設(shè)、運(yùn)行上很相似，只是介質(zhì)的流動(dòng)方向相反。負(fù)壓超節(jié)水生態(tài)廁所可實(shí)現(xiàn)高濃度污水的密閉收集與排放，與重力排水的最大區(qū)別是可以實(shí)現(xiàn)水往高處流[2]。

負(fù)壓排水技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)村生活污水收集中，可以通過(guò)3個(gè)基本單元組成農(nóng)村生活污水負(fù)壓收集系統(tǒng)，如圖1所示。一是負(fù)壓收集單元，其由負(fù)壓便器、負(fù)壓收集器、負(fù)壓地漏等組成，主要功能為收集污水；二是負(fù)壓管網(wǎng)單元，其將分散的負(fù)壓收集單元以網(wǎng)絡(luò)形式連接，并將污水匯集于負(fù)壓站單元，主要功能為傳輸污水；三是負(fù)壓站單元，主要功能為生成并保持用于服務(wù)全系統(tǒng)的負(fù)壓，暫時(shí)存儲(chǔ)污水。

圖1 農(nóng)村生活污水負(fù)壓排水技術(shù)原理

1.2 農(nóng)村生活污水源分離技術(shù)

人糞尿中含有大量的氨氮及有機(jī)磷化合物，其通常隨著污水排放而白白流失。氨氮和磷酸鹽是水體中氮和磷的主要形態(tài)，是導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要物質(zhì)。而磷屬于不可再生資源，是舉足輕重的工業(yè)原料和緩釋肥料。目前，高濃度污水原位減容和尾水處理中，營(yíng)養(yǎng)鹽氮磷的去除一直是污水處理廠凈化排水的難題。由此看來(lái)，將這兩種資源從人糞尿中分離并利用，對(duì)國(guó)家可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。目前，我國(guó)農(nóng)村排水系統(tǒng)還不完善，很多地方剛剛開(kāi)始進(jìn)行建設(shè)，所以農(nóng)村不需要一成不變地沿用城市的傳統(tǒng)排水系統(tǒng)，可以通過(guò)新技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，選擇合適的排水系統(tǒng)[3]。

農(nóng)村生活污水可分為黑水、褐水、黃水和灰水。黑水是指糞、尿及其沖洗水；褐水是指糞便及其沖洗水；黃水是指尿液及其沖洗水；灰水是指除人糞尿及其沖洗水以外的生活污水，主要包括洗衣、洗澡、廚房產(chǎn)生的污水。

農(nóng)村生活污水源分離技術(shù)可以將各類污水分別收集、輸送和處理。通過(guò)調(diào)研我國(guó)農(nóng)村不同地形、農(nóng)戶用水習(xí)慣、污水不同水質(zhì)收集要求等條件，歸納出黑水、褐水、黃水和灰水四類水分開(kāi)收集的不同組合模式。

1.3 生活污水源分離系統(tǒng)設(shè)計(jì)

生活污水源分離系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)排水綠色節(jié)能，組團(tuán)配置靈活。對(duì)于已經(jīng)有污水處理廠的地方，除了節(jié)水和污水再生利用的優(yōu)勢(shì)外，該系統(tǒng)還可與人口規(guī)模擴(kuò)大、污水排放量等比例增長(zhǎng)同步，避免城市建設(shè)初期污水處理廠建設(shè)、處理能力必須按預(yù)定城市人口一步到位地設(shè)置而造成時(shí)序上的矛盾和浪費(fèi)。它既改善了衛(wèi)生環(huán)境，又使得延續(xù)數(shù)千年的農(nóng)家肥返田方式得以存續(xù)，不再有混合污水處理難、投資高和監(jiān)管難的問(wèn)題，突破了目前農(nóng)村照搬城市模式所存在的瓶頸，推進(jìn)了新農(nóng)村建設(shè)。源頭分離得到的氮、磷、鉀是理想的有機(jī)肥，其可取代高能耗的傳統(tǒng)化肥生產(chǎn)方式。生活污水源分離系統(tǒng)可以減少供水管網(wǎng)建設(shè)規(guī)模，替代長(zhǎng)距離、大口徑、高成本排水管網(wǎng)[4]。

1.3.1 負(fù)壓排水終端產(chǎn)品設(shè)計(jì)

負(fù)壓便器負(fù)責(zé)收集廁所糞便及沖廁水，設(shè)計(jì)如下：負(fù)壓便器包括模塊化負(fù)壓小便器、模塊化負(fù)壓蹲便器和模塊化負(fù)壓坐便器；對(duì)黑水與灰水進(jìn)行分離式排水，可使用混合式負(fù)壓便器；糞尿分離式負(fù)壓便器沖廁水用量參考實(shí)際產(chǎn)品指標(biāo)。

負(fù)壓收集器負(fù)責(zé)收集廁所除糞便及沖廁水以外的污水，如洗手池廢水等，設(shè)計(jì)如下：污水管或負(fù)壓收集器須設(shè)進(jìn)氣裝置，保證污水順暢流入；負(fù)壓收集器的液位控制不宜采用浮球開(kāi)關(guān)，液位檢測(cè)應(yīng)為抗干擾的非接觸式；負(fù)壓收集器的連接元件、配件和箱體須采用防腐材料制作，連接處要結(jié)合嚴(yán)密；用于室外的負(fù)壓收集器宜布設(shè)在綠化區(qū)等受外界干擾較小的區(qū)域，盡可能避開(kāi)車(chē)輛、行人通行區(qū)域；如需布設(shè)在道路或車(chē)輛通行區(qū)域，負(fù)壓收集器上方應(yīng)增加井圈、井蓋與井座。

負(fù)壓閥為收集端與負(fù)壓管網(wǎng)的閥門(mén)開(kāi)關(guān)，設(shè)計(jì)如下：負(fù)壓閥所有過(guò)流部件須采用耐腐蝕材料制造；閥體應(yīng)由堅(jiān)固、耐腐蝕材料制成；負(fù)壓閥宜采用氣動(dòng)隔膜閥；負(fù)壓閥的控制器可為電控或氣控，如控制器為電控，須采用安全電壓；負(fù)壓閥在關(guān)閉時(shí)需要密封嚴(yán)密；負(fù)壓閥進(jìn)出口端需要活絡(luò)連接，便于拆卸；在開(kāi)啟狀態(tài)下，其管徑不應(yīng)小于40 mm。

1.3.2 負(fù)壓排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)

一是管道連接與固定設(shè)計(jì)。負(fù)壓排水管道室內(nèi)部分的連接與固定應(yīng)按照以下規(guī)定進(jìn)行：負(fù)壓排水管道的最小設(shè)計(jì)坡度為0.002，除提升管外，管道方向不得出現(xiàn)倒坡，具體根據(jù)施工要求確定；管道不得穿越煙道、沉降縫和抗震縫；管道不宜穿越伸縮縫，當(dāng)需要穿越時(shí)，應(yīng)設(shè)置伸縮節(jié)；管道穿越地下室外墻時(shí)，應(yīng)采取防止?jié)B漏的措施；管道安裝完畢或中斷施工時(shí)，應(yīng)及時(shí)將管道敞口處封堵。管道穿墻體、地面或樓面時(shí)，應(yīng)采用套管。

二是管道連接方式設(shè)計(jì)。負(fù)壓污水管道之間的連接和轉(zhuǎn)向宜使用45°斜三通和45°彎頭；負(fù)壓支管道連接到主管道時(shí)，支管道接頭處應(yīng)高于主管道，從主管道上部接入，接入方向與排污方向一致；負(fù)壓管道穿越障礙物時(shí)，應(yīng)采用乙字彎和45°彎頭連接，繞過(guò)障礙物；繞過(guò)障礙物時(shí)，管道沿污水流動(dòng)方向，由障礙物的下方或旁邊繞過(guò)，避免從上方繞過(guò)[5]。

2 農(nóng)村生活污水源分離系統(tǒng)應(yīng)用案例

天津市寧河區(qū)實(shí)施了農(nóng)村生活污水收集及資源化項(xiàng)目，惠及4 200戶村民。該項(xiàng)目采用源分離模式收集農(nóng)村生活污水，村民家中安裝負(fù)壓氣沖便器和負(fù)壓收集器，從源頭上分離黑水（糞便污水）和灰水（生活雜排水），分質(zhì)處理，資源回用。污水從負(fù)壓收集中心分別排入黑水、灰水處理設(shè)備分質(zhì)處理。

改造前，當(dāng)?shù)仄毡榇嬖谟晡?、糞污合流現(xiàn)象，農(nóng)村生活污水處理設(shè)施難以有效運(yùn)行。該項(xiàng)目以負(fù)壓節(jié)水器具產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及負(fù)壓管道化收集系統(tǒng)構(gòu)建為抓手，著力突破重力流輸送排泄物的傳統(tǒng)模式，應(yīng)用負(fù)壓排水技術(shù)和負(fù)壓收集系統(tǒng)，減少常規(guī)重力流用水器具的用水量，構(gòu)建適用于農(nóng)村環(huán)境和衛(wèi)具的管道化分質(zhì)收集體系，并進(jìn)行示范工程建設(shè)與運(yùn)行數(shù)據(jù)收集，進(jìn)而制定農(nóng)村生活污水負(fù)壓管道收集系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

農(nóng)村生活污水源分離系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用是農(nóng)村生活污水治理的新技術(shù)嘗試。當(dāng)前，人們可以通過(guò)綜合測(cè)評(píng)技術(shù)指標(biāo)的方式，反饋技術(shù)選型和決策的匹配性，進(jìn)一步優(yōu)化農(nóng)村生活污水治理的新技術(shù)和新產(chǎn)品系統(tǒng)。