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论农村生活污水处理是否需要考核氮磷
点击数:346  发布时间:2015/12/8

1前言

随着人口的增长和社会经济的快速发展,我国水环境污染的问题越来越突出。尤其是在广大的农村地区,污水处理基础设施建设落后,大量的生活污水没有经过任何处理就直接排入河流、湖泊,严重污染受纳水体及周边生态环境。据估算,全国农村每年产生的生活污水量为80多亿吨,已成为广大农村地区面源污染的重要来源。农村生活污水具有量少、分散、远离排污管网、水环境容量小、污水处理率低和管理水平低等特点,已成为农村发展的主要难题。

“十三五”规划强调农村是重中之重,环境是突出短板。农村环境既是最薄弱的难点,也是最有潜力的突破点和创新点。随着城乡统筹步伐加快和新农村建设的全面推进,农村污水治理取得了一定进展,我国各地陆续建设了一批乡镇和农村污水处理设施,大幅度提高了农村污水治理水平。但目前尚无针对农村污水处理的国家标准,各地污水处理执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)。执行上述标准意味着农村污水处理需要实现氮和磷的去除。然而,氮和磷本身作为化肥的主要组成元素,若能加以回收利用,不仅可以降低污水处理能耗,同时又能实现变废为宝,对于广大农村的可持续发展具有重要意义

农村生活污水可持续处理的必要性

我国农业整体水平发展不高,氮肥、磷肥和钾肥是农业生产中最主要的化肥。“以增产为核心”的农业发展模式导致农业生产中过量依赖化肥。据相关统计,2015年我国氮肥和磷肥的使用量分别将达到6000万吨和2400万吨,且有逐年增加的趋势。表1为氮、磷肥的主要介绍。

氮肥、磷肥介绍

肥料

存在形式

功能

氮肥

尿素、氨水、铵盐(碳酸氢铵、硫酸铵和氯化铵)和硝酸盐等。

促使作物的茎,叶生长茂盛,叶色浓绿。

磷肥

(1)水溶性磷肥,如过磷酸盐(普钙)、重过磷酸盐(重钙)(2)枸溶性磷肥,如沉淀磷酸钙、钢渣磷肥等。

促使作物根系发达,增强抗寒抗旱能力;促进作物提早成熟,穗粒增多,籽粒饱满。

污水中的总氮包括硝酸盐、铵态氮等无机氮以及蛋白质、氨基酸和有机胺等有机氮,在污水处理过程中微生物通过氨化反应将其转化为氨氮(游离氨态氮NH3和铵态氮NH4+),这是氮肥的主要存在形式,若直接实现利用,将无需固氮或者通过曝气作用实现氮元素的回用。另外,污水中以磷酸根形式存在的磷也是磷肥的重要组成部分,而且在地球上是一种稀缺元素,如何在处理过程中考虑磷的回用或回收成为全世界相关领域的研究热点。

农村生活污水中含有大量氮、磷,若未经处理排放,一方面造成环境污染,另一方面也是严重的资源浪费。目前,农村污水处理率仅为8%,若按污水中NP的含量分别为50mg/L4mg/L计算,则每年农村未经处理排入自然水体中N36.8万吨,P的含量为2.94万吨,相当于78.8万吨尿素和24.54万吨磷肥,因此农村生活污水可谓是丰富的二次资源。污水中蕴含的巨大资源不禁让我们去思考如何能以合理的方式实现资源回收利用,同时也让我们反思城镇生活污水排放标准这种“一刀切”的方式对于农村生活污水是否适用?

3农村可持续污水处理新思路

1)基于排放对象,考量排放标准。

对于自然保护区、饮用水源地和重点水库、湖泊等特殊保护水体的上游农村排水,需要严格的控制水体中NP的排放是毋庸置疑的。然而对可用于农田灌溉的上游农村排水,是否必要通过执行相关标准值得商榷。

污水处理脱氮是通过氨化细菌将有机氮转化为铵态氮,随后通过硝化和反硝化转变为氮气;除磷则是通过聚磷菌的厌氧释磷、好氧吸磷将磷转移到污泥中。对于农田灌溉,排水中以适当形式存在的N(游离氨态氮NH3和铵态氮NH4+)和PPO43-)可作为一种肥料,从而减少农民化肥的使用量,这种情况下可考虑不限制出水中NP的排放。

2)完善工艺过程,实现高效节能。

传统的脱氮处理工艺,是通过曝气使得污水中的氨氮等转换为硝态氮,然后通过反硝化菌实现硝态氮向氮气的转移,这过程中曝气将产生一定的能耗。若通过氨化细菌将氮更多的转化为氨氮,无需后续的脱硝过程,能大大减少污水处理过程由于曝气产生的能耗,并且氨氮更是化肥的主要存在形式,可以直接作为废料实现回用,在减少能耗的同时产生经济效益,一举多得。

3)结合最新技术,发展氮磷回收。

对于需要严格控制NP排放的重点保护区域,是否能以更加合理的方式来实现资源的回收而非去除也是目前污水可持续处理领域研究的热点,在国内外也有相关的一些尝试,如表2

磷回收工艺现状

磷回收工艺

原理

特点

鸟粪石法

当溶液中含有Mg2+NH4+HnPO4n-3且离子浓度积大于鸟粪石的溶度积常数时便会出现自发沉淀。

鸟粪石是一种缓释肥,其磷含量比其他含磷化合物高。

强化生物除磷(EBPR)与化学沉淀结合工艺

聚磷菌(PAOs)将污水中磷酸盐积聚到微生物体内,以剩余污泥形式予以排除。对于污水中低碳源情况,可通过抽取一

定量厌氧池上清液,以侧流方式将其中部分磷酸盐沉淀回收后再引回主流线。

利用了化学沉淀效果好的特点,而且上清液回收磷相对提高了进水的C/P比,对生物除磷微量效果好的特点得以充分利。

结晶法

从主流厌氧池上清液、污泥消化上清液或污泥脱水上清液中进行结晶磷回收。

减少沉淀反应所需药剂投加量,提高富磷溶液浓度,减少结晶反应器容积,从根本上降低生产成本。

吸附/解吸附法

通过选择合适的吸附剂对富磷溶液进行磷回收的一种物理化学过程。

依靠其中的基团和腐殖酸等活性基团与磷酸根离子发生化学沉淀反应,去除污水中的磷,后经酸或碱处理而回收其中的磷。

4)探索工艺路线,发展分散式一体化污水处理设备

农村生活污水的治理是今后发展的重点。目前有一些较为成熟的设备对污水中总氮、总磷进行一定程度的处理,但是处理的效果并不是非常理想。随着对农村污水治理的关注,涌现了一批高科技型的环保公司,它们不仅关注于农村城镇低成本一体化污水处理设备的研发、生产,而且根据实际需求控制氮磷的去除情况。例如深圳合续环境科技有限公司,作为一家专注于农村、城镇环境治理系统解决服务的高科技环保企业,提倡农村生活污水可采用分户或户联的方式就地处理、就地回用,从治污走向节水的环保理念。该公司潜心研发的耐斯污水净化箱采用多段“厌氧+好氧”的生物降解技术,通过使用高效改性生物填料,使出水水质稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级排放标准(其中总磷除外,即处理后的水更适合农村使用),见其中耐斯-600重力自流型,运行功率17瓦,可服务1-21,耐斯-900重力自流型,可服务2-3户,运行功率35瓦(见下图1)。更可与雨水收集系统合二为一,实现水资源化利用。














1单户及多户处理模式

4总结

从可持续发展的理念来看,每一种污染物在适当的条件下可转变为资源,这种思想的转变可实现经济效益与环境效益的双赢。在资源与能源高度紧缺的时代,只有抢占从废弃物中回收二次资源的先机,才能在世界能源这场硬战中取得胜利。

农村生活污水处理是否需要考核氮磷,这是个见仁见智的问题。无论答案肯定与否,都需要基于目前农村生活污水的特点,以及国家政策、技术手段下而进行论证。农村的现状与城镇的现实有很大差别,要综合考虑技术的同时兼顾农村的发展思路,寻求一种可持续农村污水处理处置的全新方案。

对于未来农村污水处理氮磷的发展,立足于“十三五”的具体规划,提出以下几点思路:

1)出水水质标准应满足水环境变化和水资源可持续循环利用的需要

出水水质标准是根据受纳水体的水质要求,结合环境特点和社会、经济、技术条件,对排入环境的废水中的水污染物和产生的有害因子所作的控制标准,其应包含面向水环境保护需求和面向水资源可持续循环利用的两类标准。其中,第一类是指根据当地环境和社会可持续发展要求而需达到的出水水质标准,应在顶层设计、长远规划的基础上提出。第二类是满足农村水资源循环利用,针对农村经济发展水平、污染物排放特征和环境影响评价等因素,科学确定污染控制指标和排放限值,制定地方农村排放标准,这类标准可考虑其用途放宽NP的排放要求。

2)追求资源合理回收,实现变“废”为“宝”

农村污水处理过程的资源回收应该引起重视,未来农村生活污水的处理应成为资源的重要载体。除水资源循环利用外,污水处理过程还应实现有机质、氮、磷的循环利用。特别是磷,我国的磷储量也只能有效供给20~50年,因此,构建磷的持续循环体系在农村生活污水的处理中需要引起重视。

3)追求高效节能低成本一体化技术的研发,推进农村环境连片整治

我国农村生活污水的处理尚处于起步阶段,发展空间大。对农村生活污水的处理尤其是对氮和磷等资源的回收与利用应立足长远,制定适合我国农村生活污水处理的方案。同时,完善政策措施,狠抓项目建设和管理,促使农村环境综合整治取得明显成效。在未来的发展中应着重寻求具有高效节能的分散式污水处理新工艺、低成本处理新技术、一体化新装备以及运营模式在农村生活污水处理中的应用。

4)继续加大“以奖促治”政策的落实,加快农村试点示范建设

由于我国农村居民对污水处理技术及污水资源化处理了解的不多,大部分村民缺乏环保意识以及对污水处理的基本认识。通过科普教育的形式,让村民更多了解农村污水处理的重要性,加深他们对污水中氮磷资源回收利用的认识。在今后的发展中,响应“十三五”最新规划,继续加大“以奖促治”政策的力度。同时,政府可优先在经济相对发达的农村地区引进低成本分散式污水处理设备,推广适用于我国农村的污水处理标准及技术,加快试点示范工程平台建设,开展全国覆盖拉网式农村污水处理工作。

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