文獻(xiàn)綜述
1. 前言
水是寶貴的自然資源，是人類賴以生存的必要條件。當(dāng)今世界面臨著人口、資源與環(huán)境三大問題，其中水資源是各種資源中的一種重要資源。人類生存離不開陽(yáng)光、空氣和水。“水”這個(gè)曾被認(rèn)為取之不盡，用之不竭的生命之源，在人類步入現(xiàn)代文的21世紀(jì)，卻向人類發(fā)出了警報(bào)，已成為舉世矚目的重要資源問題之一[1]。
1.1 污水的定義
污水是生活污水、工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)廢水、被污染的雨水的總稱。其中，生活污水是人類在日常生活中使用過的，并被生活廢料所污染的水。主要包括生活廢料和人的排泄物，包括廚房洗滌、沐浴、洗衣等廢水以及沖廁所等污水污水的成分及其變化取決于居民的生活狀況、生活水平及生活習(xí)慣。污染物的濃度與用水量有關(guān)[2]。
1.2 農(nóng)村生活污水的主要來(lái)源
農(nóng)村污水是農(nóng)村村莊和小鎮(zhèn)的居民生活污水和生產(chǎn)廢水的總稱。它的來(lái)源很多，通常有[3]：
(1)農(nóng)村居民日常生活產(chǎn)生的污水。
(2)中小學(xué)、當(dāng)?shù)?、民俗旅游、旅店排放的污水?br /> (3)農(nóng)民養(yǎng)殖的畜禽排泄物。
(4)鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)排放的各種污水。
其中，農(nóng)村生活污水一般來(lái)源于以下三方面[4]：
是廚房污水，多以洗碗水、涮鍋水、淘米和洗菜水組成。淘米洗菜水中含有米糠菜屑等有機(jī)物，其他污水中含有大量的動(dòng)植物脂肪和鈉、醋酸、氯、碘等多種元素。由于生活水平的提高，農(nóng)村肉類食品及油類使用的增加，使生活污水的油類成分增加。
第二是生活洗滌污水，洗滌用品的使用使洗滌污水含有大量化學(xué)成分。比如，太湖洗衣廢水占生活污水的21．6％，巢湖、滇池大約為17．9％[5]。有調(diào)查顯示，92％的農(nóng)村家庭一直使用洗衣粉，6％的家庭同時(shí)使用洗衣粉和肥皂，只有2％的家庭長(zhǎng)期使用肥皂[6]。洗衣粉的大量使用加重了磷負(fù)荷問題。
第三是沖廁水。部分農(nóng)村改水改廁后，使用了抽水馬桶，產(chǎn)生了大量的生活污水。部分農(nóng)村仍在使用旱廁，且有的農(nóng)戶養(yǎng)家畜家禽，產(chǎn)生了沖圈水，糞料還田，糞水溢流。畜禽糞尿所含的N、P及BOD等濃度很高，沖洗水中的COD、BOD5和SS濃度也很高。資料顯示，養(yǎng)殖一頭豬產(chǎn)生的廢水是一個(gè)人的7倍，而養(yǎng)殖一頭牛則是22倍[7]。
1.3 農(nóng)村生活污水水質(zhì)水量的特點(diǎn)
由于農(nóng)村的特殊性，一般沒有固定的污水排放口，排放比較分散，其污水水質(zhì)水量有自身特點(diǎn)。
1.3.1 總量且逐年增加
2008年統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，全國(guó)農(nóng)村生活污水日排放量達(dá)320.5萬(wàn)噸，其中總氮日排放量約為283.1噸，總磷日排放量約為56.6噸，基本上未經(jīng)任何處理便直接排放[8]。隨著“十二五"國(guó)家政策向中小城鎮(zhèn)和農(nóng)村地區(qū)傾斜，我國(guó)中小城鎮(zhèn)和新農(nóng)村建設(shè)快速發(fā)展，城鎮(zhèn)和農(nóng)村地區(qū)居民生產(chǎn)、生活污水的排放量也以數(shù)倍、甚至十幾倍的速度增長(zhǎng)。據(jù)第六次全國(guó)人口普查，我國(guó)農(nóng)村人口約8.88億，占人口總數(shù)的70.1％，可以預(yù)見農(nóng)村污水的排放量之大。隨著鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村的進(jìn)一步發(fā)展和農(nóng)民生活水平的提高以及農(nóng)民生活方式逐步城市化，如抽水馬桶和洗衣機(jī)的普及，農(nóng)村生活污水的排放量不斷增加，2010年，我國(guó)村鎮(zhèn)污水排放量約270億噸[9]。
1.3.2 水質(zhì)、水量波動(dòng)大
農(nóng)村生活污水水質(zhì)水量因地區(qū)性經(jīng)濟(jì)程度、生活習(xí)慣與習(xí)俗、生活方式以及季節(jié)的差異而有著較大的不同。經(jīng)濟(jì)水平低的農(nóng)村衛(wèi)生潔具或衛(wèi)生間的排水較少，主要是洗滌、沐浴等生活污水，人糞尿大部分用于還田，少部分由于沒有衛(wèi)生潔具或合理的集水系統(tǒng)，收集難度較大。經(jīng)濟(jì)水平高的農(nóng)村還包括衛(wèi)生間的生活污水。不含糞便污水的氮磷含量較低；含糞便污水的磷氮含量特別高[10]。農(nóng)村生活污水水質(zhì)不穩(wěn)定，不同時(shí)段的水質(zhì)不同，可生化性好，一般不含重金屬和有毒有害物質(zhì)，但含有較多的合成洗滌劑以及細(xì)菌、病毒、寄生蟲卵等[11]。與城市用水不同，農(nóng)村用水一般以河水、井水和自來(lái)水結(jié)合使用，自來(lái)水為飲用水源，河水、井水作為輔助用水用于衣物洗滌、沖刷地面、飼養(yǎng)家禽等。一般農(nóng)村生活污水量都比較小，污水排放不均勻，水量變化明顯，瞬時(shí)變化較大，日變化系數(shù)一般在3.0-5.0之間，在某些變化較大的情形下甚至可能達(dá)到10.0以上。由于農(nóng)村居民生活規(guī)律相近，農(nóng)村污水的排放一般在上午、中午、下午各有一個(gè)高峰時(shí)段，夜間排水量小，甚至可能斷流，即無(wú)水排放呈不連續(xù)狀態(tài)。當(dāng)該村鎮(zhèn)為旅游地區(qū)時(shí)，不僅晝夜變化系數(shù)大，而且季節(jié)性變化系數(shù)亦較大。
1.4 農(nóng)村污水的排放特征及途徑
農(nóng)村生活污水一般呈粗放型排放，顯著特征是間歇排放、排水量少且分散、遠(yuǎn)離排污管網(wǎng)及大水體、水環(huán)境容量小、污水處理率低、管理水平低和瞬時(shí)變化較大。另外，因受人口密度、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、作物組成、節(jié)水水平、水資源條件等多種因素的影響，各省農(nóng)村的用水指標(biāo)值差別很大，從而導(dǎo)致不同地域農(nóng)村生活污水的產(chǎn)生和排放特點(diǎn)也存在很大的差異。沖廁污水的排放量與給水方式和水平直接相關(guān)，一般自來(lái)水普及率越高，沖廁污水的排放量越大；洗米、洗菜、洗澡污水沿排水管道或害溝排放，然而，如果滲漏情況非常嚴(yán)重，污水沿排水溝渠幾乎全部就地下滲[12]。
農(nóng)村一般很少有完善的污水收集系統(tǒng)，居民基本上將生活污水通過房前屋后的小溝或小渠排放到附近的水體，有時(shí)會(huì)直接將污水灑向地面，或?qū)⒉糠挚捎玫纳钗鬯脕?lái)喂豬等。農(nóng)村生活污水的排放途徑主要有：直接灑向地面、就近排入河道、通過下水道入河等。建設(shè)部的《村莊人居環(huán)境現(xiàn)狀與問題》調(diào)查報(bào)告，對(duì)我國(guó)具有代表性的9個(gè)省43個(gè)縣74個(gè)村莊的入村入戶調(diào)查表明，96％的村莊沒有排水渠道和污水處理系統(tǒng)，生產(chǎn)、生活污水隨意排放。89％的村莊將垃圾堆放在房前屋后、坑邊路旁甚至水源地、泄洪道、村內(nèi)外池塘，無(wú)人負(fù)責(zé)垃圾收集與處理。農(nóng)村污水直接排放，造成河流、水塘污染，影響村民居住環(huán)境，嚴(yán)重威脅農(nóng)民的身體健康[13]。
2．國(guó)外農(nóng)村污水處理現(xiàn)狀
2.1 美國(guó)
1972年 ，美國(guó)國(guó)會(huì)頒布了全國(guó)個(gè)完整的清潔水法(The Clean Water Act-CWA,USEPA,1972)以響應(yīng)公眾對(duì)嚴(yán)重而蔓延的水污染日益強(qiáng)烈的擔(dān)憂。1987年，國(guó)會(huì)通過了清潔水法的修正案，并增補(bǔ)了非點(diǎn)源污染的控制大綱。該修正案促使人們重視小社區(qū)的生活污水問題。在這個(gè)修正案頒布后，聯(lián)邦撥款以尋找除傳統(tǒng)集中處理系統(tǒng)之外的可行的污水處理辦法，鼓勵(lì)各州及地方在國(guó)家的協(xié)助下，根據(jù)地方具體條件和地貌狀況試用各類不同的分散處理系統(tǒng)。它的基本的目標(biāo)如下:消除污染物排入水環(huán)境:改善水質(zhì)以便魚類生存和人游泳。分散污水處理系統(tǒng)主要用于就地或聚集處理和處置來(lái)自戶或相對(duì)集中的一小片住宅及商業(yè)區(qū)的少量生活污水。它常被用在人口密度較小的社區(qū)或鄉(xiāng)村，因?yàn)檩斔瓦@些地方的生活污水到一個(gè)較遠(yuǎn)的集中式污水處理廠將需要格外高的費(fèi)用。在今天的美國(guó)，仍然約有114的人口和1/3的新建社區(qū)在使用這種處理設(shè)施。實(shí)踐證明在恰當(dāng)?shù)牟僮骱凸芾硐拢稚⑻幚硐到y(tǒng)在環(huán)境和經(jīng)濟(jì)上是可接受的且技術(shù)上是可行的。從此，分散處理系統(tǒng)對(duì)貫徹清潔水法所起到的作用也受到了重視。分散處理系統(tǒng)不再是暫時(shí)地安裝而后逐步被集中系統(tǒng)所替代，而是作為其中一種性的選擇來(lái)處理和再生利用生活污水，從而保護(hù)環(huán)境。尤其是就地處理系統(tǒng)，如果計(jì)劃、設(shè)計(jì)、安裝、操作和維護(hù)得當(dāng)，更被視為極其重要的污水處理手段(USEPA,2003a)o為此，美國(guó)分別于2000年和2003年發(fā)布了分散處理系統(tǒng)管理指南[14]。
2.2 澳大利亞
澳大利亞科學(xué)和工業(yè)研究組織(CSIRO)的于近幾年提出一種“過濾、土地處理與暗管排水相結(jié)合的污水再利用系統(tǒng)”，稱之為“非爾脫”(Filter)、持續(xù)性污水灌溉新技術(shù)，其目的主要是利用污水進(jìn)行作物灌溉，通過灌溉土地處理后，再用地下暗管將其匯集和排出。該系統(tǒng)可以滿足作物對(duì)水分和養(yǎng)分的要求，同時(shí)降低污水中的氮、磷等元素的含量，使之達(dá)到污水排放標(biāo)準(zhǔn)。其特點(diǎn)是過濾后的污水都匯集到地下暗管排水系統(tǒng)中，并設(shè)有水泵，可以控制排水暗管以上的地下水位以及處理后污水的排出量?！胺嵌摗毕到y(tǒng)對(duì)生活污水的處理效果好，其運(yùn)行費(fèi)用低，特別適用于土地資源豐富、可以輪作休耕的地區(qū)，或是以種植牧草為主的地區(qū)。該系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是以土地處理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合污水灌溉農(nóng)作物。這種處理方法受作物生長(zhǎng)季節(jié)的限制，非生長(zhǎng)季節(jié)作物不灌溉，污水處理系統(tǒng)就不能工作[15]。
2.3 日本
日本農(nóng)村污水處理協(xié)會(huì)主要負(fù)責(zé)日本鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理的技術(shù)發(fā)展工作，研究了一系列適合于農(nóng)村城鎮(zhèn)中應(yīng)用的污水處理設(shè)備。設(shè)計(jì)了15種不同型號(hào)污水處理裝置，主要采用物理、化學(xué)與生物措施相結(jié)合的處理過程，取得了很好效果。這15種不同型號(hào)的處理裝置可分為兩大類。一類采用生物膜法，污水通過塑料制成的濾層，上面附有微生物。通過生物膜后可使污水中的生物耗氧量下降到20mg/L以下，懸浮固體物下降到50mg/L以下，總氮含量在20mg/L以下。另一類是采用浮游生物法，通過漂浮在污水中的微生物氧化作用，可使BOD下降到10-20mg/L,SS下降到15-50mg/L,COD下降到5mg/L以下，TN下降到10-15mg/L以下，TP下降到1-3mg/L以下。采用生物膜處理技術(shù)處理生活污水。日本石井勛教授發(fā)明的“石井法”，是利用用過的乳酸飲料瓶作曝氣池填料。濾料表面積越大，生物膜數(shù)量越多，但濾料之間的空隙太小，影響通風(fēng)和水流。利用各種塑料和化學(xué)纖維制成的纖維球和蜂窩式濾料等，使每立方米濾料的表面積大大增加，空隙率提高到3%-95%.如日本尤尼奇卡公司用聚醋纖維制成的纖維球?yàn)V料的密度為1.38g/cm3，充填密度為50Kg/m3，空隙率達(dá)6%，比表面積達(dá)3000m2/m3;濾速高，水頭損失小，經(jīng)反沖洗后，濾料可以反復(fù)使用。
日本從1977年實(shí)行農(nóng)村污水處理計(jì)劃以來(lái)，至19%年底已建成約2000座小型污水處理廠。日本農(nóng)村污水處理協(xié)會(huì)設(shè)計(jì)、推廣的污水處理裝置體積小、成本低、操作運(yùn)行簡(jiǎn)單，十分適用于農(nóng)村。一般每1000人農(nóng)村人口可建立一個(gè)污水處理廠，大的廠可處理10000人左右的污水。處理后的污水水質(zhì)穩(wěn)定，大多灌溉水稻或果園，或?qū)⑵渑湃牍嗯徘溃♂尯笤俟喔绒r(nóng)作物。污水中分離出來(lái)的污泥經(jīng)脫水、濃縮和改良后，運(yùn)至農(nóng)田作肥料[16]。
3. 我國(guó)農(nóng)村污水處理現(xiàn)狀
我國(guó)對(duì)農(nóng)村污水的研究起步較晚，且規(guī)模較小。目前在太湖流域及滇池流域的農(nóng)村地區(qū)進(jìn)行了農(nóng)村污水處理示范工程建設(shè)，但由于種種原因，這些研究未能大規(guī)模推廣。目前在浙江、江蘇、青島、武漢等省市建設(shè)了相關(guān)的農(nóng)村污水處理示范工程。
隨著我國(guó)農(nóng)村建設(shè)的不斷完善，農(nóng)村污水處理率很低的嚴(yán)峻問題日益被提上日程。考慮到我國(guó)的國(guó)情與水處理技術(shù)的進(jìn)步，農(nóng)村地區(qū)的污水處理充分考慮到土地資源、土壤、氣候、作物與污水特性，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際使之健康、穩(wěn)定地發(fā)展。近年來(lái)，我國(guó)的環(huán)境工作者對(duì)生活污水處理進(jìn)行了大量的研究，但是這些常規(guī)的處理工藝運(yùn)行費(fèi)用往往較高，且運(yùn)行養(yǎng)護(hù)煩瑣，不適合農(nóng)村地區(qū)采用。根據(jù)我國(guó)農(nóng)村實(shí)際情況，污水處理應(yīng)“因地制宜"，采用經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)易、節(jié)能和有效的處理技術(shù)，可供選擇的有藻類塘、生態(tài)系統(tǒng)塘和土地處理系統(tǒng)等。其中，土地處理系統(tǒng)中的人工濕地技術(shù)應(yīng)用發(fā)展較快，該工藝具有運(yùn)行簡(jiǎn)單，處理效果良好，不僅能去除COD、BOD等有機(jī)物，而且有除磷脫氮功能[17]。
4. 研究目的及意義
農(nóng)村建設(shè)中的難點(diǎn)在于農(nóng)村居民的環(huán)保意識(shí)比較薄弱, 對(duì)于污水治理工作的必要性缺少了解和重視,在用水過程中沒有考慮過如何盡量減少污水排放的問題,也沒有考慮過怎樣更有利于污水處理的問題[18]。
目前農(nóng)村對(duì)污水都是采取直接排放的處理辦法，直接排入滲水井，污染地下水，久之將對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，危害到人類的健康生存。所以探尋合適的農(nóng)村污水處理辦法來(lái)改善農(nóng)村污水處理現(xiàn)狀意義重大。農(nóng)村污水完全可以采用城市污水處理辦法去處理，但是考慮到農(nóng)村實(shí)際情況，從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，我們要結(jié)合農(nóng)村特點(diǎn)，因地制宜，選取合適的辦法來(lái)處理農(nóng)村污水。隨著水體污染日趨嚴(yán)重，新農(nóng)村建設(shè)步伐加快，污水處理已成為我國(guó)新農(nóng)村建設(shè)的重大問題，應(yīng)從經(jīng)濟(jì)、生態(tài)價(jià)值等方面提出農(nóng)村污水處理的辦法[19]。
在設(shè)計(jì)農(nóng)村污水處理設(shè)施時(shí)，根據(jù)實(shí)際的農(nóng)村污水排放狀況和水量水質(zhì)資料進(jìn)行設(shè)計(jì)。但是，目前對(duì)污水水量水質(zhì)與排放狀況的調(diào)查尚不充分，以往的資料不夠全面。在當(dāng)前及遠(yuǎn)期農(nóng)村污水的水量、水質(zhì)變化情況了解還不夠的情況下，無(wú)法掌握農(nóng)村污水的增長(zhǎng)情況，無(wú)法準(zhǔn)確確定農(nóng)村污水治理所需的措施，設(shè)計(jì)的農(nóng)村污水處理設(shè)施會(huì)不合理，從而影響了農(nóng)村環(huán)境規(guī)劃和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的同步實(shí)施。
為了經(jīng)濟(jì)合理地處理保定市東五堯村地區(qū)的農(nóng)村生活污水，有必要對(duì)東五堯村生活污水的排放狀況和水量水質(zhì)進(jìn)行實(shí)地調(diào)查和監(jiān)測(cè)，以便推薦適宜的污水處理工藝。

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