基于源分離的農(nóng)村分散式生活污水處理技術(shù)探討

陳凱倫

（息烽縣水務(wù)管理局，貴州 貴陽(yáng) 551100）

前言

在對(duì)農(nóng)村生活污水進(jìn)行處理的過(guò)程中，源分離技術(shù)是當(dāng)今最為常用且有效的一種處理技術(shù)。因此，在具體的處理過(guò)程中，相關(guān)單位一定要明確農(nóng)村生活污水的主要分類及其特征，然后根據(jù)其實(shí)際情況，對(duì)其源分離過(guò)程中的方案及技術(shù)進(jìn)行深入分析。然后再將源分離處理技術(shù)作為基礎(chǔ)，對(duì)農(nóng)村分散式的生活污水進(jìn)行處理。這樣才可以有效確保農(nóng)村生活污水的處理質(zhì)量，進(jìn)一步提升其回收與再利用率，促進(jìn)農(nóng)村水資源的良好節(jié)約。

1.農(nóng)村生活污水的主要分類及其特征分析

在農(nóng)村的生活污水中，主要包括尿液、糞便污水以及灰水，其中，灰水主要包括生活中洗滌和洗浴等產(chǎn)生的污水。由于農(nóng)村生活污水的種類不同，其具體的特征也有所不同。以下是幾種主要農(nóng)村生活污水的特征分析：

1.1 尿液

尿液中的鉀、磷和氮等的營(yíng)養(yǎng)元素濃度較高，其中，鉀主要以離子的形式存在；磷主要以磷酸鹽的形式存在；氮主要以氨氮的形式存在。這些都屬于營(yíng)養(yǎng)元素，其回收和再利用都具有較高的可行性。同時(shí)，健康人的尿液里幾乎不會(huì)有致病菌和重金屬元素存在，即使存在，其含量也會(huì)比糞便污水和灰水等這些生活污水含量低很多。但是因?yàn)槟蛞褐写嬖谥蟛糠炙幬锎x物，這些物質(zhì)會(huì)加大尿液的應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)，如果這些物質(zhì)大量積累在土壤或者水體中，便會(huì)對(duì)自然環(huán)境以及人體健康造成不良影響。另外，由于尿液中具有較高的含鹽量，氯離子、鈉離子、硫酸根離子、鎂離子以及鈣離子等，這些都會(huì)對(duì)生活污水的再生利用造成不利影響，因此，如果將其和其他污水分離出來(lái)，便可實(shí)現(xiàn)灌溉用水質(zhì)量的進(jìn)一步提升。

1.2 糞便污水

在糞便中，有將近50%的氮具有水溶性，在這些水溶性的氮中，有20%左右是氨氮，這些氨氮主要是從氨基酸、肽和尿素等物質(zhì)中生化降解所產(chǎn)生的氨氮。同時(shí)，糞便中也含有磷、鉀等元素，其中，磷的主要成分是沒(méi)有消化的礦物質(zhì)磷酸鈣，鉀主要為離子形式。另外，糞便中也含有各種類型的病毒、細(xì)菌以及寄生蟲(chóng)等病原體，和人體內(nèi)排出的激素、藥物等。具體分離處理中，相關(guān)單位一定要對(duì)這些特征加以綜合分析，然后采取合理的措施來(lái)進(jìn)行處理。

1.3 灰水

灰水是農(nóng)村居民洗滌和洗浴等方面產(chǎn)生的生活污水，其中的氮、磷和尿素等含量會(huì)比尿液和糞便污水低很多，但是此類污水中卻有較高的重金屬含量。經(jīng)研究與分析可知，農(nóng)村灰水中的重金屬主要來(lái)自廚房中應(yīng)用的化學(xué)品等，其中的磷和鉀主要來(lái)源于洗滌劑。因此，在對(duì)此類污水進(jìn)行處理的過(guò)程中，相關(guān)單位一定要對(duì)其中的重金屬加以高度重視，并采取有效的措施來(lái)做好其中的重金屬處理。

2.農(nóng)村生活污水源分離方案與技術(shù)分析

2.1 分離方案

根據(jù)農(nóng)村生活污水的主要特征，結(jié)合目前我國(guó)農(nóng)村居民的實(shí)際生活習(xí)慣，在通過(guò)源分離技術(shù)進(jìn)行農(nóng)村生活污水分散處理過(guò)程中，其主要分離方案包括以下兩種：

第一是按照黑水以及灰水這兩種類別對(duì)農(nóng)村生活污水進(jìn)行劃分，其中的黑水主要為尿液、糞便污水以及農(nóng)村居民生活中的各種沖洗水，這種生活污水具有較高的污染程度；灰水主要為廚房廢水以及洗浴廢水的混合水，其中污染物主要為有機(jī)污染物以及無(wú)機(jī)污染物，這種生活污水具有較低的污染程度。通過(guò)這種分離方案，便可將廁所中的尿液、糞便和其他形式的洗滌污水進(jìn)行有效分離。該方案屬于一種簡(jiǎn)單易行的分離方法。用一套單獨(dú)的管道系統(tǒng)對(duì)廁所中的尿液和糞便污水等進(jìn)行收集，這樣便可使其與其他生活污水之間達(dá)到良好的源分離效果。在北京市郊區(qū)某農(nóng)村通過(guò)源分離技術(shù)進(jìn)行生活污水的分散式處理過(guò)程中，便應(yīng)用了這種分離方案。以下是該農(nóng)村黑水主要的分離處理情況：

表1 某農(nóng)村生活污水處理中黑水的主要分離處理情況

第二是將尿液和糞便作為基礎(chǔ)的源分離技術(shù)，也就是進(jìn)一步進(jìn)行黑水細(xì)分，將尿液和糞便分開(kāi)收集。在這樣的情況下，農(nóng)村的家庭生活污水就需要按照三類來(lái)進(jìn)行劃分，其一是尿液，其二是糞便污水，其三是灰水。通過(guò)北京市郊區(qū)某農(nóng)村的實(shí)際分離處理情況來(lái)看，雖然糞便具有很低的排放量，它在整體生活污水中的占比不足1%，但是其中的有機(jī)物含量卻達(dá)到污水中有機(jī)物總含量的54%左右；而在生活污水中，有大約50%左右的磷和80%左右的氮都來(lái)自尿液。因此，從污水中將糞便和尿液分離出來(lái)，可實(shí)現(xiàn)其污染負(fù)荷與處理難度的顯著降低。而將尿液與糞便污水進(jìn)行分離，則可以讓尿液中所含有的磷和氮等資源得到良好的回收再利用。

2.2 分離技術(shù)

在對(duì)農(nóng)村生活污水進(jìn)行源分離處理的過(guò)程中，對(duì)于黑水與灰水，將獨(dú)立的管道系統(tǒng)安裝在居民住宅中進(jìn)行黑水收集，便可達(dá)到良好的源分離效果。而在尿液、糞便污水以及灰水形式的源分離處理中，糞尿分離形式的坐便器是一個(gè)至關(guān)重要的組成部分，這種坐便器可以將尿液與糞便直接進(jìn)行分離。在這種坐便器中，主要進(jìn)行了前后兩個(gè)排放口設(shè)置，前排放口為尿液排放口，后排放口為糞便排放口，中間是一個(gè)隔板，這樣便可達(dá)到良好的黃水褐水分離效果，然后再借助于重力收集或者是負(fù)壓輸送等方式對(duì)尿液以及糞便進(jìn)行分類收集。以下是目前常用的幾種糞尿分離便器及其主要應(yīng)用特征：

表2 目前常用的幾種糞尿分離便器及其主要應(yīng)用特征

源分離形式的便器在節(jié)水方面具有很大優(yōu)勢(shì)，其中，負(fù)壓分離形式的便器具有最好的節(jié)水效果，經(jīng)實(shí)踐應(yīng)用與分析發(fā)現(xiàn)，相比較傳統(tǒng)形式的便器而言，此類便器用水量?jī)H僅可以達(dá)到其3%。同時(shí)，通過(guò)源分離技術(shù)的應(yīng)用，也可以實(shí)現(xiàn)管道系統(tǒng)以及污水處理系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用的有效節(jié)約，通過(guò)北方某農(nóng)村生活污水源分離項(xiàng)目的運(yùn)行費(fèi)用來(lái)看，在應(yīng)用源分離污水處理技術(shù)之后，其平均每年的管道系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用較之前降低了67.51%，污水處理系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用較之前降低了50.53%。

3.以源分離為基礎(chǔ)的農(nóng)村分散式生活污水處理技術(shù)分析

3.1 屎尿營(yíng)養(yǎng)鹽回收技術(shù)

3.1.1 磷酸銨鎂結(jié)晶技術(shù)

磷酸銨鎂又叫作鳥(niǎo)糞石，其結(jié)晶技術(shù)的主要原理是將尿液中所含有的磷和氮以硫酸銨鎂晶體（MgNH4PO4·6H2O）的形式析出，這樣就可以讓尿液中含有的部分氨氮以及大部分磷得到回收利用。通過(guò)相關(guān)的研究與分析發(fā)現(xiàn)，很多方面的因素都會(huì)對(duì)硫酸銨鎂的結(jié)晶效率產(chǎn)生影響，比如沉降時(shí)間、反應(yīng)時(shí)間、攪拌速率、物料比以及PH 值等。而經(jīng)相關(guān)實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，在所有條件得到優(yōu)化的情況下，借助于該技術(shù)，可將尿液中95%以上的磷和氮回收。該技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單、能量消耗低，只需要將適量的鎂鹽加入即可；主要缺點(diǎn)是氮的回收率比磷的回收率低。

3.1.2 離子交換吸附技術(shù)

在通過(guò)離子交換吸附技術(shù)進(jìn)行尿液營(yíng)養(yǎng)鹽回收的過(guò)程中，主要是對(duì)其中的鉀離子以及銨根離子等進(jìn)行性能交換。該技術(shù)主要應(yīng)用原理是將不可溶的離子化合物中可以用來(lái)交換的離子和溶液中所含有的同性離子進(jìn)行交換，石灰石、活性炭以及沸石等在離子交換中屬于最常用的交換劑。通過(guò)該技術(shù)的應(yīng)用，不僅可對(duì)尿液中含有的氨氮進(jìn)行吸附回收，同時(shí)也可以將其中的正磷酸鹽進(jìn)行回收利用。經(jīng)實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，在該技術(shù)的具體應(yīng)用中，可對(duì)尿液中超過(guò)90%的正磷酸鹽進(jìn)行回收。該技術(shù)的主要應(yīng)用優(yōu)勢(shì)是具有較為簡(jiǎn)單的工藝和較低的能耗，且離子交換劑具有可再生使用的特點(diǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)處理成本的進(jìn)一步節(jié)約；主要缺點(diǎn)是需要通過(guò)添加酸的方式來(lái)提升氮的吸附率，處理中會(huì)伴隨著一些有機(jī)污染物的釋放，且依然需要通過(guò)相應(yīng)的方法來(lái)去除磷。

3.1.3 氨氮吹脫再吸收技術(shù)

在尿液中，氨氮大多會(huì)以游離氨或者是銨根離子的形式存在，其中，游離氨很容易以氨氣的形式在尿液中逸出，因此，在具體的處理中，可借助空氣吹脫氨氮與酸液吸收相結(jié)合的方式對(duì)其進(jìn)行回收。但是在通過(guò)該方法進(jìn)行氨氮回收過(guò)程中，因?yàn)闅庖罕?、布水?fù)荷、水溫以及PH 值等都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生直接影響，所以需根據(jù)實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行相應(yīng)因素的合理控制，以此來(lái)確保氨氮的回收效果。該技術(shù)主要應(yīng)用優(yōu)勢(shì)是具有很高的氨回收率和十分穩(wěn)定的處理效果，且操作也十分簡(jiǎn)單，控制起來(lái)十分容易；主要缺點(diǎn)是需要應(yīng)用到泵、需通過(guò)添加堿的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)PH 值控制，且處理之前需要對(duì)沉淀進(jìn)行預(yù)處理。

3.2 黑水處理和資源化利用技術(shù)

在黑水中，磷、氮以及有機(jī)物都具有較高的含量，而在對(duì)這些物質(zhì)進(jìn)行處理過(guò)程中，最佳的一種處理技術(shù)就是厭氧消化技術(shù)。相比較好氧技術(shù)而言，該技術(shù)并不需要進(jìn)行曝氣通氧處理，這樣便可實(shí)現(xiàn)能耗的進(jìn)一步節(jié)約；同時(shí)，厭氧消化處理中不僅會(huì)有含甲烷沼氣所產(chǎn)生的能量，同時(shí)也會(huì)有氮磷含量很高的有機(jī)肥產(chǎn)生。因此，如果站在可持續(xù)發(fā)展這一角度來(lái)看，厭氧處理技術(shù)在未來(lái)具有非常好的發(fā)展前景。

經(jīng)相關(guān)實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，在通過(guò)源分離技術(shù)進(jìn)行黑水處理過(guò)程中，如果將黑水和固體廚余垃圾結(jié)合起來(lái)，并通過(guò)厭氧消化技術(shù)來(lái)進(jìn)行處理，廚房中的垃圾將很容易得到良好的生物降解效果，且具有和黑水相似的有機(jī)負(fù)荷。近年來(lái)，糞便和廚余垃圾形式的真空管道源頭收集和現(xiàn)場(chǎng)生物處理技術(shù)已經(jīng)得到了合理開(kāi)發(fā)，經(jīng)實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，真空便器每一次的抽水量大約是1L，而在對(duì)1kg 的垃圾進(jìn)行破碎時(shí)，其用水量在0.4-0.6L 之間，總體停留時(shí)間是28d；對(duì)于混合形式的上清液，厭氧折流板反應(yīng)器可將其中91%左右的COD 去除。將馴化所獲得的解鉀、解磷菌株和消化污泥相混合，便可進(jìn)行菌肥制取。經(jīng)實(shí)踐應(yīng)用與研究發(fā)現(xiàn)，解鉀菌可使土壤中的有效鉀提升33.4%，解磷菌可使土壤中的有效磷提升67.5%。

如果將厭氧消化處理之后的產(chǎn)物排放到環(huán)境中，或者是將其應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，通常都需要做進(jìn)一步處理，以此來(lái)將其中所含有的病原菌以及剩余激素、藥物和有機(jī)物等去除，并將其再利用情況作為依據(jù)，對(duì)其中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行回收或者是去除處理。具體處理中，可借助于蘆葦床系統(tǒng)、土壤吸附場(chǎng)、折流塘系統(tǒng)柜、活性污泥、滴濾池、生物轉(zhuǎn)盤以及穩(wěn)定塘等來(lái)進(jìn)行處理。

除了和廚余垃圾混合來(lái)進(jìn)行資源化處理之外，黑水也可以和其他形式的有機(jī)液體、固體等共同進(jìn)行資源化處理。比如，可將糞便和鋸末混合在一起，借助于反應(yīng)箱來(lái)進(jìn)行堆肥處理，通過(guò)合理的溫濕度控制，便可為微生物的繁殖提供良好環(huán)境，使其在其中快速繁殖，以此來(lái)加速尿液、糞便以及其他垃圾的分解，并將其產(chǎn)物用作土壤改良劑或者是有機(jī)肥料。

3.3 灰水處理技術(shù)

灰水處理技術(shù)在我國(guó)發(fā)展十分迅速，就目前來(lái)看，其處理方法主要包括生態(tài)處理、生物處理以及人工強(qiáng)化物化處理等。就其處理工藝而言，主要的工藝包括生物流化床、生物接觸氧化法、膜生物反應(yīng)器、凈化槽、生物轉(zhuǎn)盤、曝氣生物濾池、生物濾池等，在這些處理工藝中，除了生物轉(zhuǎn)盤之外，其他的所有處理工藝都需要曝氣，所以具有較高的運(yùn)行成本，且管理維護(hù)也較為復(fù)雜。

因?yàn)檗r(nóng)村地區(qū)具有較為豐富的土地資源，所以在具體灰水處理中，可借助于人工濕地來(lái)進(jìn)行處理，這種處理方法不僅在設(shè)計(jì)和操作方面都十分簡(jiǎn)單，同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)農(nóng)村景觀環(huán)境進(jìn)一步優(yōu)化，是農(nóng)村灰水處理中最為適用的一種處理工藝。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與源分離技術(shù)的應(yīng)用，越來(lái)越多的專家學(xué)者開(kāi)始重視人工濕地處理技術(shù)的應(yīng)用研究，且該技術(shù)在我國(guó)很多農(nóng)村分散式生活污水源分離處理中都已經(jīng)開(kāi)始投入應(yīng)用，實(shí)踐應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，相比較傳統(tǒng)的灰水處理工藝項(xiàng)目建設(shè)而言，人工濕地處理系統(tǒng)的建設(shè)成本僅僅可以達(dá)到其三分之一，其主要的運(yùn)行成本是水泵電費(fèi)。在水泵運(yùn)行中，每噸水消耗的電費(fèi)大約在0.05-0.1 元之間。由此可見(jiàn)，人工濕地處理技術(shù)的運(yùn)行成本也十分低廉。加之該技術(shù)的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)農(nóng)村景觀環(huán)境的良好改善，所以在農(nóng)村灰水處理中，該技術(shù)具有良好的適用性和推廣價(jià)值。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在通過(guò)源分離技術(shù)進(jìn)行農(nóng)村生活污水的分散式處理過(guò)程中，相關(guān)單位一定要根據(jù)農(nóng)村生活污水的實(shí)際特征，對(duì)其分離方案以及分離技術(shù)加以合理的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。然后以此為基礎(chǔ)，通過(guò)合理的技術(shù)措施來(lái)進(jìn)行農(nóng)村生活污水的回收及其再利用。這樣不僅可以有效確保農(nóng)村生活污水的處理效果，盡最大限度防止自然與生態(tài)環(huán)境受到污染，同時(shí)也可以讓農(nóng)村生活污水中所含有的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)成分得以充分利用，從而為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)村生活質(zhì)量提升奠定良好的技術(shù)基礎(chǔ)。