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村镇生活污水处理与资源化关系到水环境保护和农业可持续发展,因为村镇生活污水无序排放是农村水环境恶化重要原因之一;生活污水排放也导致氮磷养分大量流失。生活污水源头分离技术不仅有利于肥水资源化,也极大降低污水处理成本,已引起了广泛关注。本研究针对中国广大农村实际,集成了生活污水源头分离处理及肥水资源化技术,并选择江苏省常熟市辛庄镇谭荡村农户,设计了工艺流程,并建立了示范工程。通过一年(2009年5月-2010年4月)运行,评价了该技术的生活污水源头分离效果,黑水、灰水中氮、磷、COD削减效果,探明了污水处理及资源化过程中氮磷归趋。研究结果对制定兼顾村镇生活污水处理与氮磷资源化的技术措施具有重要实际意义。有关主要结果报告如下:
(1)生活污水源头分离及资源化技术系统。该系统包括四个部分,基于真空集便器的家庭黑水灰水分离系统,灰水处理系统,黑水存储与处置系统,肥水资源化系统。家庭黑水灰水分离系统由真空集便器、黑水输送系统、灰水输送系统组成。灰水处理系统由初沉池、污水土地处理系统组成。黑水存储与处置系统由黑水收集与发酵箱、黑水厌氧池组成。肥水资源化系统由灰水资源化(处理后水用于花园植物、鱼塘、家庭菜地)和黑水资源化(黑水用于菜地有机肥)组成。
(2)生活污水源头分离效果。家庭黑水、灰水分别占家庭生活污水的6.5%和93.5%;其中黑水中COD、TP、TN分别占家庭污水中COD、TP、TN的61.3%、85.2%、86.2%。可见,本系统黑水灰水分离效果很好,黑水体积虽小,但其含氮磷浓度高,数量大。
(3)基于源头分离的生活污水处理效果。灰水处理系统COD,TN,NH4+-N,TP,PO43--P削减率67.5%~82.9%(平均值74.2%),61.3~74.9%(平均值70.1%),67.9~78.4%(平均值72.1%),72.0~95.5%(平均值84.9%),64.4~80.8%(平均值72.1%)。黑水处理系统COD,TN,NH4+-N,TP,PO43--P的去除率分别为44.2%~67.2%(平均值55.9%),16.8~30.9%(平均值25.0%),6.9~20.4%(平均值12.9%),18.8~34.4%(平均值27.6%),4.1~17.7%(平均值11.1%)。
(4)基于源头分离的生活污水处理及资源化过程中氮的归趋。生活污水中10.4%的氮被灰水处理系统截留,4.4%的氮随处理后的灰水进入鱼塘,花园。生活污水中21.3%的氮在黑水存储和处置过程中损失,黑水中占生活污水61.4%的氮作为有机肥施入蔬菜地,其中23.6%被蔬菜吸收,22.4%残留于土壤,4.5%氨挥发损失,6.4%氮淋溶损失,1.3%径流损失,其他途径损失占5.8%。
(5)基于源头分离的生活污水处理及资源化过程中磷的归趋。生活污水中11.7%的磷被灰水处理系统截留,2.1%的磷随处理后的灰水进入鱼塘,花园。生活污水中24.8%的磷在黑水存储和处置过程中被截留,黑水中占生活污水61.3%的磷作为有机肥施入蔬菜地,其中24.9%被蔬菜吸收,24.7%残留于土壤,7.2%淋溶损失,1.1%径流损失,其他途径损失占3.4%。
可见,生活污水源头分离技术成功实现了高浓度氮磷污染物容积的减少,便于其资源化,也极大降低了大体积污水中氮磷浓度,便于污水处理;系统中氮磷损失(或截留)主要在黑水处置与处理过程,其占生活污水中氮磷的20%,污水中氮磷资源化率大于60%,可见该技术兼顾农村家庭生活污水处理和肥水资源化,具有较好应用前景。