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黨的“十八大”確立了經濟建設、政治建設、文化建設、社會建設、生態文明建設“五位一體”的發展戰略,保護水環境是生態文明建設的基本要求。盡管我國大中城市的污水處理能力已經超過80%,但城市黑臭河湧依然大量存在,河湖水系的污染問題依然十分嚴重,其原因主要包括:(1)污水管網的建設投資很高,有時甚至需要拆遷,致使城市污水收集管網建設滯後;(2)大型處理廠難以實現城市污水處理的全覆蓋,因此,集中處理與分散處理相結合是世界各國城市污水處理的共同選擇;(3)農村生活污水排放量約佔我國生活污水總排放量的55%,難於集中,需要建設小規模污水處理設施(日處理數噸至數千噸)就近處理,但處理率很低,已成為區域水環境的重要污染源。由此可見,因地制宜地采用小規模污水處理設施,使分散點源生活污染得到有效控制,已成為我國水環境保護的重點。
大圩村污水處理站地表景觀(地表綠化)
環保部2010年將農村污水處理列入環境保護重點領域之一,並且在“十一?五”農村環境綜合整治的基礎上,“十二?五”進一步增大投入開展農村環境連片整治。環保部近日發布的《農村生活污水處理項目建設與投資指南》,進一步表明以農村為主體的分散點源生活污水處理已經在國家層面引起了重視。另一方面,導致農村污水處理率低的原因除了經濟發展不平衡、村鎮污水處理設施建設投入較少外,更重要的是所采用的污水處理工藝不符合中國國情,致使已建成的污水處理設施的正常運行率很低。
我國的基本國情是人口密度大,土地資源珍貴,經濟欠發達,缺少分散型污水處理設施的運行保障機制,氣候條件變化大,為了保障小規模污水處理設施的建設和可持續運行,要求處理設施的用地面積小,投資小,尤其是運行費用低,管理維護簡便,氣候適應性強。
廣州市水務局專家和領導現場考察
雖然城市大型污水處理廠普遍采用的生物處理技術工藝(活性淤泥法、CASS等及其衍生技術)佔地面積小,技術成熟,但運行能耗大、設備多,需要不同專業領域技術人員共同維護,采用這類技術的小規模污水處理設施往往因運行能耗太大和維護困難而被閑置,因此,我國農村和小城鎮污水處理中大量采用土地生態處理技術,其中以人工濕地應用最廣。
我國的人工濕地污水處理系統以潛流式為主,由於沒有動力曝氣,氧氣在水中的溶解度很低、擴散速率小,植物根系泌氧量≤3g/m2濕地,供氧能力差。國內外大量研究和實踐證明日處理1噸污水需濕地面積10m2以上(美國環保署建議15-20m2)。然而,為了減少用地和控制投資,我國的應用案例幾乎都是日處理1噸污水僅有2-3m2的濕地面積,並由此得出“人工濕地投資小”的錯誤論點,其結果是系統正常運行的時間很短(除非污水量很小),後因氧氣供應不足使厭氧菌大量繁殖而變成黑臭污水潭,成為集中排污點,危害周圍環境和居民生活。此外,人工濕地系統在冬季低溫條件下不能正常運行甚至失效已是共識。因此,采用人工濕地進行污水處理在大多數情況下是不適用的。
由此可見,佔地面積小、投資小、運行能耗低、管理維護簡便、氣候適應性強的污水處理技術為我國所急需。為此,中國科學院廣州地球化學研究所陳繁榮博士的科研團隊經過10多年的努力,研發了“高負荷地下滲濾污水處理復合技術”,它包括沈淀厭氧、地下滲濾和深度處理三個處理單元。其中,沈淀厭氧單元主要去除污水中的懸浮物和提高可生化性,地下滲濾單元為好氧處理,去除污水中的有機物、氨氮等還原性物質和部分磷酸鹽,深度處理單元主要用於反硝化脫氮和深度除磷。該技術通過結構創新,合理控制污水在地下滲濾單元中的運移路徑,在使污水與濾料表面生物膜充分接觸的同時,避免水流受阻,保障系統的長期穩定運行;通過優化濾料配方提高系統的污染物去除效果;通過集成創新,實現了各處理單元之間的功能互補和協同耦合,保障污水處理效果;在此基礎上,采用間歇性進水、落乾期間適量通風,避免淹水曝氣的運行模式,實現了對地下滲濾單元的高效低耗供氧。
陳繁榮研究員現場進行技術介紹
采用高負荷地下滲濾污水處理復合技術,日處理1m3污水需土地面積1.5-2.0m2,且地表可規劃為綠地公園、休閑場地等;設備簡單,且均為間歇短時工作制設備,故障率很低,維護簡便;投資與城市污水處理廠常用的生物處理技術相近,運行能耗僅為城市污水處理廠的1/5;處理系統位於地下,且可以調節地下滲濾單元的溫度,系統運行受氣候條件影響小。因此,該技術克服了污水生物處理及其衍生技術運行成本高、管理維護復雜的缺點,克服了傳統地下滲濾技術和人工濕地技術佔地面積大的缺點,克服了人工濕地運行受氣候條件限制且容易滋生蚊蟲的缺點。該技術獲5項中國發明專利授權,2009年入選住建部“全國農村生活污水處理優秀案例”,2010年入選住建部和科技部“村鎮宜居型住宅技術推廣目錄”,並先後入選環保部2010年度和2012年度“國家鼓勵發展的環境保護技術目錄”。2008年以來采用該技術在江蘇、廣東、福建、湖南、安徽、浙江、江西、山西、吉林、天津、四川和河南建成示范和應用工程近200項,日處理污水10m3至2000m3,證明了其技術經濟指標符合國情要求,具有很強的適用性。