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农村生活污水源分离系统开发及应用

我国环境污染形势严峻,新建城区、产业园区、村镇等的生活污水采用混合排放,末端治理模式存在诸多限制和问题。针对目前我国生活污水收集配套设施不完善和生活污水处理技术不适用的问题,本文通过负压收集技术、生活污水源分离技术等新技术的开发应用,探寻适合我国农村绿色发展的新模式,实现高浓度污水的密闭收集与再利用,达到节水、除臭、源头分质回收的效果,与此同时修复和完善废物 - 肥料 - 农业 - 食品的物质循环系统 [1]。

前言

我国环境污染形势严峻,新建城区、产业园区、村镇等的生活污水采用混合排放,末端治理模式存在诸多限制和问题。针对目前我国生活污水收集配套设施不完善和生活污水处理技术不适用的问题,本文通过负压收集技术、生活污水源分离技术等新技术的开发应用,探寻适合我国农村绿色发展的新模式,实现高浓度污水的密闭收集与再利用,达到节水、除臭、源头分质回收的效果,与此同时修复和完善废物 - 肥料 - 农业 - 食品的物质循环系统 [1]

农村生活污水治理是新农村建设的一个重要课题。农村生活污水治理的新技术开发与应用可以进一步改善乡村环境卫生,减少环境污染;最大限度地提升农村居住舒适度,改善农村卫生条件;从源头治理入手,实现农村生态循环模式。人粪尿是生活污水中污染物、病原菌和营养盐的最主要来源,其有机污染物含量占污水有机污染物总量的 60%,氮磷含量占氮磷总量的 90% 以上,钾含量占钾总量的约 70%[2],所以农村生活环境治理的核心是农村生活污水的污染控制和资源化。下面分析基于负压排水技术的农村生活污水源分离收集及资源化系统的开发及应用情况。

1  农村生活污水源分离系统

1.1 农村生活污水负压排水技术

负压排水技术是利用负压管道内负压产生的高速气流输送污水,负压管网与自来水供水管网在系统结构、管网铺设、运行上很相似,只是介质的流动方向相反。负压超节水生态厕所可实现高浓度污水的密闭收集与排放,与重力排水的最大区别是可以实现水往高处流 [2]

负压排水技术应用在农村生活污水收集中,可以通过 3 个基本单元组成农村生活污水负压收集系统,如图 1 所示。一是负压收集单元,其由负压便器、负压收集器、负压地漏等组成,主要功能为收集污水;二是负压管网单元,其将分散的负压收集单元以网络形式连接,并将污水汇集于负压站单元,主要功能为传输污水;三是负压站单元,主要功能为生成并保持用于服务全系统的负压,暂时存储污水。

1.2 农村生活污水源分离技术

人粪尿中含有大量的氨氮及有机磷化合物,其通常随着污水排放而白白流失。氨氮和磷酸盐是水体中氮和磷的主要形态,是导致水体富营养化的重要物质。而磷属于不可再生资源,是举足轻重的工业原料和缓释肥料。目前,高浓度污水原位减容和尾水处理中,营养盐氮磷的去除一直是污水处理厂净化排水的难题。由此看来,将这两种资源从人粪尿中分离并利用,对国家可持续发展具有重要意义。目前,我国农村排水系统还不完善,很多地方刚刚开始进行建设,所以农村不需要一成不变地沿用城市的传统排水系统,可以通过新技术的开发和应用,选择合适的排水系统 [3]

农村生活污水可分为黑水、褐水、黄水和灰水。黑水是指粪、尿及其冲洗水;褐水是指粪便及其冲洗水;黄水是指尿液及其冲洗水;灰水是指除人粪尿及其冲洗水以外的生活污水,主要包括洗衣、洗澡、厨房产生的污水。

农村生活污水源分离技术可以将各类污水分别收集、输送和处理。通过调研我国农村不同地形、农户用水习惯、污水不同水质收集要求等条件,归纳出黑水、褐水、黄水和灰水四类水分开收集的不同组合模式。

1.3 生活污水源分离系统设计

生活污水源分离系统可以实现排水绿色节能,组团配置灵活。对于已经有污水处理厂的地方,除了节水和污水再生利用的优势外,该系统还可与人口规模扩大、污水排放量等比例增长同步,避免城市建设初期污水处理厂建设、处理能力必须按预定城市人口一步到位地设置而造成时序上的矛盾和浪费。它既改善了卫生环境,又使得延续数千年的农家肥返田方式得以存续,不再有混合污水处理难、投资高和监管难的问题,突破了目前农村照搬城市模式所存在的瓶颈,推进了新农村建设。源头分离得到的氮、磷、钾是理想的有机肥,其可取代高能耗的传统化肥生产方式。生活污水源分离系统可以减少供水管网建设规模,替代长距离、大口径、高成本排水管网 [4]

1.3.1 负压排水终端产品设计

负压便器负责收集厕所粪便及冲厕水,设计如下:负压便器包括模块化负压小便器、模块化负压蹲便器和模块化负压坐便器;对黑水与灰水进行分离式排水,可使用混合式负压便器;粪尿分离式负压便器冲厕水用量参考实际产品指标。

负压收集器负责收集厕所除粪便及冲厕水以外的污水,如洗手池废水等,设计如下:污水管或负压收集器须设进气装置,保证污水顺畅流入;负压收集器的液位控制不宜采用浮球开关,液位检测应为抗干扰的非接触式;负压收集器的连接元件、配件和箱体须采用防腐材料制作,连接处要结合严密;用于室外的负压收集器宜布设在绿化区等受外界干扰较小的区,尽可能避开车辆、行人通行区域;如需布设在道路或车辆通行区域,负压收集器上方应增加井圈、井盖与井座。

负压阀为收集端与负压管网的阀门开关,设计如下:负压阀所有过流部件须采用耐腐蚀材料制造;阀体应由坚固、耐腐蚀材料制成;负压阀宜采用气动隔膜阀;负压阀的控制器可为电控或气控,如控制器为电控,须采用安全电压;负压阀在关闭时需要密封严密;负压阀进出口端需要活络连接,便于拆卸;在开启状态下,其管径不应小于 40 mm。

1.3.2 负压排水管网设计

一是管道连接与固定设计。负压排水管道室内部分的连接与固定应按照以下规定进行:负压排水管道的最小设计坡度为 0.002,除提升管外,管道方向不得出现倒坡,具体根据施工要求确定;管道不得穿越烟道、沉降缝和抗震缝;管道不宜穿越伸缩缝,当需要穿越时,应设置伸缩节;管道穿越地下室外墙时,应采取防止渗漏的措施;管道安装完毕或中断施工时,应及时将管道敞口处封堵。管道穿墙体、地面或楼面时,应采用套管。

二是管道连接方式设计。负压污水管道之间的连接和转向宜使用 45°斜三通和 45°弯头;负压支管道连接到主管道时,支管道接头处应高于主管道,从主管道上部接入,接入方向与排污方向一致;负压管道穿越障碍物时,应采用乙字弯和 45°弯头连接,绕过障碍物;绕过障碍物时,管道沿污水流动方向,由障碍物的下方或旁边绕过,避免从上方绕过 [5]


2 农村生活污水源分离系统应用案例

天津市宁河区实施了农村生活污水收集及资源化项目,惠及 4200 户村民。该项目采用源分离模式收集农村生活污水,村民家中安装负压气冲便器和负压收集器,从源头上分离黑水(粪便污水)和灰水(生活杂排水),分质处理,资源回用。污水从负压收集中心分别排入黑水、灰水处理设备分质处理。

改造前,当地普遍存在雨污、粪污合流现象,农村生活污水处理设施难以有效运行。该项目以负压节水器具产品开发及负压管道化收集系统构建为抓手,着力突破重力流输送排泄物的传统模式,应用负压排水技术和负压收集系统,减少常规重力流用水器具的用水量,构建适用于农村环境和卫具的管道化分质收集体系,并进行示范工程建设与运行数据收集,进而制定农村生活污水负压管道收集系统的相关设计标准。

3 结论

农村生活污水源分离系统开发和应用是农村生活污水治理的新技术尝试。当前,人们可以通过综合测评技术指标的方式,反馈技术选型和决策的匹配性,进一步优化农村生活污水治理的新技术和新产品系统。


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