日本小住宅污水处理

2011年6月11日1060

 

污水处理,是环境保护的一个非常重要的方面。

受欧美等先进国家的影响,结合自身的经验教训,日本政府和国民非常注意环境保护。在污水处理技术方面,日本也是世界上公认的比较先进的国家。

过去工厂产生的污水,曾经是影响环境质量的一个大项,现在工厂在治理污水方面,已经按照法规要求,达标排放,技术比较先进。而人们家庭生活产生的污水,已经越来越不容忽视了。

治理污染,保护环境,投入花费比较大,日本政府有一些资金补助措施。

日本住宅污水处理,使用一种叫“合并净化槽”的设备(英文:septic tank,相当于我们的“化粪池”)。

下面,介绍日本有关“净化槽”的一些知识。
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净化槽知识

净化槽简介

    在上世纪50年中期到70年初期的高速经济发展时期,日本国内人们追求更加舒适的生活方式,对冲水马桶的需求急剧上升,用于处理冲水厕所污水的单独式净化槽得到迅速的发展。1960年日本制定了第一部有关净化槽的工业标准(JISA3302)《净化槽人使用人员计算方法》。在1969年日本建设省颁布《净化槽构造标准》时,净化槽的使用人口和下水道的使用人口几乎相同。到上世纪80年代初期为止,净化槽一直作为普及冲水厕所和处理粪便污水的有效设备而得到广泛地普及。
(图1:见后续)
  在上世纪70年代初期,日本研究开发了小型合并式净化槽,而后由净化槽厂家商品化投入市场。1980年日本修改《净化槽构造标准》,增补51人槽以上的合并式净化槽的构造标准,1988年再次修改标准,增补了5人槽到10人槽的合并式净化槽构造标准。从此净化槽不仅用来处理楼房等中大规模的生活污水,而且更多的用于一家独户的家庭污水处理。
(图2:见后续)

净化槽法的制定和净化槽的普及

    1983年5月日本制定了《净化槽法》。净化槽法是一部将净化槽的生产,安装,维护管理等各个环节进行统一规范化的法律。净化槽法明确了与净化槽产业有关个人和企业的义务和责任,建立了净化槽技术人员的资格认定制度。从此日本制定了净化槽国家资格-净化槽管理士和净化槽安装士。1985年10月净化槽法正式实施。1987年为了进一步推广合并式净化槽,日本厚生省成立了净化槽对策室(现为环境省净化槽推进室)。在政府的大力推动下,同年创立了政府对个人安装的家庭用小型净化槽的补助金制度,并与1994年创立了中央政府对地方政府实施的安装家庭用小型净化槽的补助金制度。

  2000年净化槽法再次修改,单独式净化槽从净化槽法的定义上被删除,从此以后在新建房安装净化槽时,只能安装合并式净化槽,同时单独式净化槽的生产也被禁止。2006年单独式净化槽从净化槽的构造标准上被删除,净化槽已经不仅在生活污水处理领域发挥着巨大的作用,而且在水环境的保护和水资源的循环方面也起着重要的作用。
(图3:见后续)

日本的生活污水处理

    在日本,存在有几种不同的污水处理系统,用来处理从每一个家庭排放的粪便污水和灰色污水(厨房,浴室,洗衣等污水)。根据污水的种类,污水处理设施的规模以及补助金制度的不同,日本主要的生活污水处理设施可划分为“公共下水道”,“农村下水道”和“净化槽”三种类型。除此以外作为粪便处理设施还有“单独式净化槽”和“日式干厕”,但这两类设施已经停止新的设置安装。
(图4:见后续)
    下水道主要是用于城市污水的处理,通过 管道将家庭污水和工业污水收集到污水厂,在 污水厂集中进行处理,是典型的集中式污水处理设施。净化槽则主要设计用来处理一家一户或楼房排放的生活污水,是一种分散式污水处理设施。净化槽可分为主要用于处理小至一家一户生活污水的“小型净化槽”,和用于处理楼房,住宅小区生活污水的“中大型净化槽”。小型净化槽基本上是在工厂批量生产,适合于安装在各种地形,而且经过处理的水可以就地直接排放水体。

  据统计2007年3月底,日本总人口1 亿2,780万的89.7%,约1亿1,460万人的家里使用冲水马桶,仍有10.3%的人口,约1,320万人使用干式厕所。冲水马桶粪便污水排放人口89.7%当中的65.5%的人口利用下水道进行污水处理,剩下的24.2%的人口使用净化槽(其中13.5%为单独式净化槽)进行污水处理。
净化槽的特长

      家庭用小型净化槽是安装在住宅地基内,可处理家庭的生活污水并就地排放的一种污水处理装置。从水环境保护的观点和其性价比来看,和下水道相比家庭用小型净化槽有以下的特长。

*安装净化槽投资小,费用低。

家庭用小型净化槽基本上在是工厂批量生产的,其价格可维持在家庭用户可以接受的水准。这种净化槽只占用很小一块土地,不需要繁杂的土地征收手续和昂贵的土地征用费。
*安装场地几乎不受地形的影响,而且安装时间短,见效快。

安装家庭用小型净化槽只需要停一辆小轿车大小的土地,连接净化槽排水管道很短,对安装地的地形要求也不高。安装一台净化槽一般只需要一周左右,而且一旦净化槽开始运行,其污水处理的功能立即可以得到发挥。 

*对维持生活小区周边小河溪等水体的水量充足具有很大的作用

经净化槽处理后的一般就近排放到附近的小河溪,这对维护小河溪的水量充足,增强生活小区内的水循环,以及周围的自然景色都具很大的作用。
*净化槽处理水的回用和净化槽内产生的污泥的资源可以比较容易地进行

净化槽主要是用来处理家庭污水的,它的处理水和污泥基本上不含有毒物质,可以根据不同的需要,对净化槽的处理水和污泥可进行资源化和有效利用。
*具有比较强的抗震和抗灾性能

由于净化槽不需要大量的机械,其排水系统也比较简单,所以在受到地震或其它灾害受到损害时,可以在很短的时间内得到修复和发挥作用。根据灾后供水和供电的恢复情况,净化槽内的水还可以有很多用处。

 

净化槽构造和性能

标准构造型净化槽

    从构造和性能上净化槽可大致分为两大类:一种是根据「净化槽构造标准」来设计制造的净化槽,这种净化槽被称为「标准构造型净化槽」;另一种是净化槽厂家自主设计制造,其性能经国土交通大臣认定的净化槽,这种净化槽被称为「性能认定型净化槽」。

小型净化槽

    根据「净化槽构造标准」的规定,「标准构造型净化槽」的小型净化槽有三种处理工艺:沉淀分离接触曝气工艺,厌氧滤床接触曝气工艺和脱氮滤床接触曝气工艺。

    下面的图展示的是厌氧滤床接触曝气工艺小型净化槽的内部构造。这种工艺是小型净化槽采用最多的一种,也是安装数量最多的一种净化槽。污水通过管道流入厌氧滤床池,由于里面填装有滤材,污水中的固体杂物的大部分通过滤材时被去除。厌氧滤床池的主要功能是储存被分离的固体杂物和污泥,也兼备BOD分解和通过滤材里的厌氧微生物的厌氧消化来降低污 泥的产量的功能。在接触曝气池,由鼓风机将空气注入水中,在好氧微生物的帮助下水里的有机物得到降解,氨氮被氧化。经过曝气处理后的水流入沉淀池,在这里悬浮物沉入池底,上面干净的处理水流入消毒池,在那里经过氯片消毒后排放。

(图5)
小型净化槽的构造(厌氧滤床接触曝气工艺)

(图6)
标准构造型小型净化槽的各个单元装置的体积设计参数 单位:m3 

(图7)
中大型净化槽(51人槽以上)
    标准构造型的大型净化槽可分为两种类型:生物膜法类和活性污泥法类。采用生物膜法的有三种处理工艺,即接触曝气工艺,旋转接触板工艺和滴水滤床工艺。采用活性污泥法的又可再分为两种处理工艺,即标准活性污泥法工艺和高强度活性污泥法工艺。各种处理工艺的构成单元设备示于下表。比如采用生物膜法的净化槽,其一级处理由沉淀池,格栅和流量调节池来进行。在流量调节池的后面,需要有污泥浓缩蓄存池或污泥浓缩池来蓄存污泥。
标准构造型中大型净化槽的单元装置构成(BOD 去除型) 

(图8)
注 n:人槽

(图9)
FRP结构净化槽
(图10)
钢筋混泥结构净化槽

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BOD(Biochemical Oxygen Demand的简写):生化需氧量或生化耗氧量。(五日化学需氧量)

  表示水中有机物等需氧污染物质含量的一个综合指示。

  它说明水中有机物由于微生物的生化作用进行氧化分解,使之无机化或气体化时所消耗水中溶解氧的总数量。其单位ppm成毫克/升表示。其值越高说明水中有机污染物质越多,污染也就越严重。

  为了使检测资料有可比性,一般规定一个时间周期,在这段时间内,在一定温度下用水样培养微生物,并测定水中溶解氧消耗情况,一般采用五天时间,称为五日生化需氧量,记做BOD5。数值越大证明水中含有的有机物越多,因此污染也越严重。

净化槽安装施工

    为了保证净化槽能够正常地发挥其处理性能,净化槽的安装施工必须严格按施工技术标准来进行。鉴于中大型净化槽和一般的污水处理厂一样,是钢筋混泥结构,在现场施工建设的,其安装施工时也必须同样遵守各种相关的规定。而家庭用小型净化槽,其壳体材料主要是强化塑料(FRP或DCPD),主要是在工厂批量生产,然后运到现场进行安装。这种净化槽的安装,必须按下面所述的方法来进行。
    在安装净化槽时,使净化槽保持水平非常重要。如果槽体倾斜,槽内的水流会发生异常或出现短路,而不能达到正常的处理性能。由于地形的原因,排水管的结合部不到位而形成逆向梯度,会引起河水从排放口往净化槽内倒流。在安装净化槽时,还要注意尽量免于土压或其他压力引起壳体的变形和损坏,同时还要注意使净化槽周围保持整洁,以便于净化槽的运行操作和点检等的进行。
家庭用小型净化槽的尺寸
(厌氧滤床接触曝气工艺)

人槽 宽(mm) 长(mm) 高(mm)
5 1,200 2,400 1,800
7 1,500 2,700 1,800
10 1,700 3,200 2,000

家庭用超小型净化槽的尺寸

人槽 宽(mm) 长(mm) 高(mm)
5 980 2,155 1,750
7 980 2,775 1,750
10 1,230 3,115 1,750

(图11)
挖掘

根据净化槽的大小,挖出一个适当体积的矩形坑。如果安装地的土质强度不够,则需加筑围墙或支柱。如果安装地地下水位较高,则需考虑进行排水。

(图12)
打地基

在坑底密集地铺上一层卵石,使其能够让净化槽保持水平以及承受及重量而不下沉。在卵石层上浇注一层水平的水泥板,然后再在其上面打造钢筋结构的水泥底板。这层底板使净化槽保持水平并承受净化槽和顶板的重量。
(图13)

本体安装

利用机械将净化槽安装到预定的位置,并检查其是否水平。

(图14)
注水

向净化槽里注满水,以防止回埋时由于土压可能造成的变形或损坏。
(图15)

回埋

先将土填埋到净化槽高度的一半,一边浇水一边用机械将土压紧。然后用同样的方法填埋净化槽的上半部,直到排水管的高度位置。
(图16)

联接排水管

在排水管的周围被充分地压平后,联接排水管并用土填埋。注意检查排水管的梯度是否正常。

(图17)
顶板施工

在净化槽回埋后的土壤上面打造一层钢筋结构的水泥板,用来保持运行操作和点检的空间,防止雨水的渗入,以及防止净化槽的浮起。
(图18)

安装附属设备

安装鼓风机,水泵等附属设备。鼓风机或其他设备在运行时可能会发生震动或噪音,必须安装在经过准备好的适当的地方。
(图19)

电气施工

净化槽鼓风机一般安装在室外,其电源必须是防水结构的,而且鼓风机还需接地。

(图20)

试运行

安装完毕后,检查净化槽各个部分以及附属设备的运行情况,同时检查净化槽是否水平,有无漏水,以及水的流动是否正常。

移交用户

在确认净化槽正常运行后,将净化槽连同相关资料移交给用户。并向用户详细地讲解净化槽的使用方法,运行管理,以及清扫等方面的知识。

净化槽污泥处理

净化槽污泥处理的现状

    净化槽内污泥一般是由净化槽清扫公司用真空抽粪车来清扫的。2007年3月末的净化槽污泥处理情况如下。

    净化槽污泥的绝大部分是由粪便厂处理的,其比例为92.3%。另外,由污水处理厂处理的占5.2%,海洋投弃占1.8%,其他占0.7%。为了达到伦敦条约关于禁止污泥海洋投弃的要求,日本的污泥海洋投弃量连年减少,同时加快推进污泥的陆地处理步伐。

(图21)
    随着各种大型公共基础建设项目的实施,大城市的下水道设施得到极大的普及,但是许多小城镇的下水道建设却给当地政府带来了沉重的财政负担,越越多的小城镇更期待于采用净化槽和其他分散处理来进行污水处理。为了解决日益增加的净化槽污泥的处理问题,除了主要靠增加粪便厂的处理能力以外,尽量实现污泥的资源化,同时为了提高清扫的效率和可减少污泥量,可引进具有浓缩和脱水功能的抽粪车来进行清扫。
净化槽污泥的有效利用

    虽然净化槽污泥作为资源直接利用的情况还不多,已经有日本一些厂家在做净化槽污泥资源化的研究开发工作,比如污泥的烘干,污泥堆肥和污泥炭化等。

    同时,现有的粪便处理厂正在陆续改造成为具有资源化功能的「污泥再生处理中心」。有许多污泥的再生资源化技术,比如用污泥做堆肥,污泥炭化,沼气生产,辅助燃料,水泥添加剂,及磷生产的原料等。

    在「污泥再生处理中心」里,按规定必须至少采用上述再生资源化技术中的一种。以前作为废弃物来处理的净化槽污泥,将变成宝贵的资源,并期待于得到广泛地利用。 

   随着各种大型公共基础建设项目的实施,大城市的下水道设施得到极大的普及,但是许多小城镇的下水道建设却给当地政府带来了沉重的财政负担,越越多的小城镇更期待于采用净化槽和其他分散处理来进行污水处理。为了解决日益增加的净化槽污泥的处理问题,除了主要靠增加粪便厂的处理能力以外,尽量实现污泥的资源化,同时为了提高清扫的效率和可减少污泥量,可引进具有浓缩和脱水功能的抽粪车来进行清扫。
净化槽污泥的有效利用
      虽然净化槽污泥作为资源直接利用的情况还不多,已经有日本一些厂家在做净化槽污泥资源化的研究开发工作,比如污泥的烘干,污泥堆肥和污泥炭化等。
      同时,现有的粪便处理厂正在陆续改造成为具有资源化功能的「污泥再生处理中心」。有许多污泥的再生资源化技术,比如用污泥做堆肥,污泥炭化,沼气生产,辅助燃料,水泥添加剂,及磷生产的原料等。
      在「污泥再生处理中心」里,按规定必须至少采用上述再生资源化技术中的一种。以前作为废弃物来处理的净化槽污泥,将变成宝贵的资源,并期待于得到广泛地利用。

合并净化槽实物

净化槽纵向剖面示意图

净化槽定期清理

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