农村生活污水处理技术进展研究

敖克厚++潘淇++胡明华++++陈婕

摘 要： 随着新农村建设的开展，贵州省农民居住小规模设化已经形成（10-20户居住在一起），生活污水对环境造成压力。本文通过总结和比较国内外农村污水处理技术及其特点，结合贵州省农村居住地地形地貌、污水排放状况，为贵州省农村污水处理设计了“净化沼气+人工湿地”工艺流程，并为我国今后农村污水污水处理提出了建议。

关键词： 生活污水 环境污染 处理技术

水是生命的源泉。保护水环境、治理水污染、节约水资源，已引起世界各国的高度重视。特别是我国是世界上人口最多的国家，也是一个严重缺水的国家。随着我国经济的繁荣，人民物质文化生活水平的提高，人均用水量和污水产生量不断增加，这些生活污水未经治理无序排放，不但加重了对水体和环境的污染，而且严重威胁到农村的饮水安全和农民的身体健康，影响了和谐社会的构建。因此，解决农村生活污水处理问题，是经济社会发展的需要，是时代的需要、人民的需要。

1.农村生活污水的构成及来源

近几年我省农村居住随着小城镇建设加快，上百户农户集中居住在一起，生活污水排放加大，但几乎没有处理措施，生活污水排放严重影响了环境及人们的正常生活。

农村生活污水主要是洗涤、沐浴和部分卫生洁具排水等，一般具有排水量少，所含有机物浓度相对偏高且日变化系数大、间歇排放等特点。农村污水处理管理滞后，相比城市污水处理相差巨大。农村水污染物排放量维持高位，但处理率较低。此外，我国新农村建设，城镇化企业迅速发展，使其周边环境严重恶化。

2.国外农村污水处理技术

2.1澳大利亚“FILTER”（非尔脱）污水处理系统

非尔脱污水处理系统是由澳大利亚科学和工业研究组织（CSIRO）的专家提出的，其主要是利用污水进行灌溉，通过灌溉土地处理后，再用地下暗管将其汇集和排出[1]。该系统可以有效去除污水中的病原体、N、P等污染物，给农作物提供水分和养分，使出水水质可达到国家标准[2]；并且具有高效、持续性等特点。其缺点是这种处理方法受农作物生长季节的影响，非生长季节农作物不灌溉，污水处理系统就不能进行工作；而且在建造时需要修建泵站来控制排水量，导致难以普及推广。

2.2日本净化槽技术（Johkasou system）

日本的净化槽技术是运用物理沉淀、物理吸附、化学絮凝和生物降解的一体化技术[3]。其功能分区，使COD、N和P等污染物分别在不同处理单元内得到削减。目前，日本净化槽技术已经广泛应用，其污水排放可以达到以下标准：BOD在10mg/L以下，COD在15mg/L以下，TN在10mg/L以下（因处理工艺而定），TP在1mg/L以下。优点：节省动力、管理操作简便、实现了污水和污泥一体化、常年不排泥、运行期间较稳定且无须专人管理和出水水质优良；但净化槽在国内的应用的条件还不成熟，安装和运行费用较高，致使在推广应用上有一定的难度。

2.3美国加州高效藻类塘处理技术（Highrate algae pond）

高效藻类塘最早是由美国加州大学伯克利分校Oswald教授提出的，是在传统稳定塘技术进行改进形成的。高效藻类塘有利于促进藻类生长，因此使藻类所产生的氧气大大地增加[4]。其工艺流程见图1：

高效藻类塘与传统的稳定塘相比较，其优点是运行经费低、修建容易、停留时间短，占地面积少，维护简便，对病原体具有较好的祛除效果。除此以外，还可以改善环境，生产食品和饲料，具有重大的生态效益、经济效益和社会效益。其缺点是易受环境因素影响，处理效果随季节变化较大。

2.4土壤地下渗滤系统（Subsurface infiltration system）

土壤地下渗滤系统最早起源于20世纪60年代的日本，当时日本学者新见正就已经开始研究土壤地下渗滤净化污水技术[5]。其将污水通过土壤表面具有一定构造的渗滤渗透系统中，污染物通过物理、化学、微生物的降解和植物的吸收利用进行处理和净化[6]。该技术对SS、BOD、COD和大肠杆菌的去除率均较高，一般可达80%～95%[7]。其工艺流程见图2：

该技术具有日常运行成本低、建造投资省、易于管理和维护、易收集污水和净化效率高用等优点，而且土壤表面可以合理种植经济作物，创造经济价值。

2.5人工湿地（Constructed Wetlands）

人工湿地处理技术是根据人们的需要选择一定的地理位置，通过模拟天然湿地的结果和功能，从而设计和建造的湿地[8]。最早起源于1903年英国约克郡Earby。20世纪70年代由学者Kickuth提出根区法（The Root-Zone-Method）之后，人工湿地生态理论逐步发展起来[9]。人工湿地从结构原理上主要分为表面流人工湿地（Surface flow constructed wetland）和潜流人工湿地（Subsurface flow constructed wetland）两种类型。根据污水在基质中的流动方向，潜流人工湿地可分为水平流型（Horizontal flow type）和垂直流型（Vertical flow type）两种。人工湿地系统结构组成包括基质和湿地生物两种。其中基质十分重要，是湿地污水处理的载体和生物生长的基础，使湿地内的各种处理过程连结为一个整体[10]。湿地生物主要以湿地植物为主，不同湿地对植物的要求不同，这与湿地设计的目的和处理对象及与湿地植物在处理系统中的功能作用等有关。其工艺流程见图3：

人工湿地可以合理利用资源，防止环境的二次污染。其获得了污水处理与资源化的最佳效益，建造和运行费用便宜，有着地球肾脏的功能效果，产生了更高的生物学价值。然而其也存在缺点，占用土地面积大，运行效果直接受外界环境温度及气候影响，是限制其发展的主要瓶颈，这也致使人工湿地在我国南方地区更易于实施，而在北方地区难以实施推广。

3.国内农村污水处理技术

3.1太阳能微动力污水处理技术

太阳能微动力污水处理技术是由浙江浙大水业有限公司联同浙江大学共同研究开发的。该技术以传统“A2/O”工艺为基础，由太阳能光伏板、蓄电池组、曝气系统、回流系统、微电脑控制系统和远程通信系统等组成，通过太阳能光伏板将太阳能转为电能，作为曝气设施、回流设施的动力，而多余能量则储存于蓄电池中；根据优化调试后的数据，通过微电脑控制系统，完成自动化控制，自动运行曝气设施、回流设施及搅拌设施。其经过积水、厌氧生物处理、接触氧化、沉淀，从而达标排放[11]。其工艺流程见图4：

太阳能作为能源资源在污水处理的应用中，不仅仅是用于微动力能源，在北方，还可以为水池起到保温作用，提高冬季污水处理效率。该污水处理技术具有清洁、方便、安全、节能等优点。太阳能微动力污水处理技术合理地利用了热量和气候条件，使整个过程更环保、更节能；其运行费用为零，是其他处理工艺所不能相比的。但其也存在着一定的缺点，缺乏专业技术人，在后期运行和维护过程中有困难。

3.2生活污水净化沼气池

生活污水净化沼气池（或称城镇生活污水净化沼气池）是一种新型的分散污水处理装置。生活污水净化沼气池是通过对沼气池和化粪池的改建得来的，利用厌氧消化、沉淀过滤等处理技术，降解有机质，杀灭病原菌。相对于沼气池和化粪池池来说，其解决了化粪池沉积污泥多和处理效果差等弊端[12]；并且解决了沼气池沼气回收率低的缺点。经其处理后的生活污水水质BOD5<50mg/L，寄生虫卵数0.56～1.07个/L，粪大肠菌群值<10-4，均能达标排放。因此，经其处理过后的污水可以用于农业灌溉、园林绿化、水体景观等。其工艺流程见图5：

生活污水净化沼气池处理技术，减轻了水体富营养化，改善了居住条件，保护了环境卫生，具有良好的环保效果，并且有利于保护水源清洁等。用这种方法处理农村生活污水，国家无须专门的投资，投资较小，见效快。但其对氨氮和磷的去除率较低。

3.3生物滤池（Biological aerated filter）

生物滤池是将吸附、过滤和生物作用等综合在一起的农村废水处理工艺。其最大的特点是集截留悬浮固体和生物氧化于一体，省去了二沉池，大大简化了污水处理流程[13]。其工艺流程见图6：

该污水处理技术出水质量好，无二次污染；能在较低温度下正常运行，缓冲容量大；运行能耗低，投资费用省；启动时间快，挂膜时间短；日常运行管理方便，结构模块化。然而，其滤料容易流失，使用前须进行预处理，并且要进行定期冲洗。由于生物滤池为半封闭或全封闭构筑物，其生化反应受外界温度影响较小，因此适合于北方寒冷地区。

3.4蚯蚓生态滤池处理技术

蚯蚓生态滤池处理技术起源于法国和智利，主要根据蚯蚓对有机物质的分解有促进作用，并且能够提高土壤通气透水性而设计[14]，具有投资省、处理效率高、管理简单等优点。然而，单级蚯蚓生态滤池对总氮的去除效果不是很显著。当进水流量大、污染物较多时，单级的蚯蚓生态滤池处理效率大大降低，影响出水水质。通过研究改进出现了一种新型的处理技术：塔式蚯蚓生态滤池。其构造见图7：

塔式蚯蚓生态滤池由多个塔层组成，每个塔层内的滤料层是以土壤为主，大概有30cm左右，主要是处理生活污水的区域，也是蚯蚓生存的区域。土壤层又由不同种类和不同粒级的填料组成[5]。每个塔层下面布有均匀的出水孔，各个塔层之间的空间有40cm左右，污水从孔中滴落，可以充分地补充有机质分解时所需的氧分[15]。其充分利用了蚯蚓—微生物—植物—土壤—填料的协同作用，有效地解决了填料堵塞，提高了污水处理负荷，并且有效提高了SS、TN和BOD等污染物的去除效率。

4.结论

综上所述，国内外农村污水处理主要为生态处理技术，每种方法均有各自的优劣。对于我国农村污水所存在的问题是：一是对于农村污水处理意识淡薄，农村污水的处理未引起人们的重视；二是建设资金投入不足，由于各地财政压力大，加上大部分村集体经济薄弱，治污项目很难开展；三是缺乏专业技术人，在后期运行和维护过程中有困难；四是没有标准的规定，目前主要是鼓励型措施。取一次性投资低、能耗低、运行稳定、运行费用低、维护管理方便的实用技术是解决中国农村污水污染问题的主要途径。

通过以上方法的比较，对于我省的农村人口较为分散，四季分明，地形复杂，经济较为落后等特点，笔者认为在我省可以将净化沼气池和人工湿地污水处理技术相结合，实现功能互补。见工艺流程：

该技术把“净化沼气+人工湿地“有机结合，解决了净化厌氧技术处理生活污水中的主要污染物的去除率控制在前端，使进入湿地水质中的污染物很低，减轻了对人工湿地的净化压力，强化了人工湿地的净化效果，节约了土地资源，并解决了人工湿地因时间而长变成了污泥坑的难题；其采用进出水自流，不用机械动力设施和电控，只需要兼管人员定期对格栅池和沉沙池中的杂物泥沙进行清除，因此实现了低能耗，维护简单，日常运行费用少；除此以外，还可以在净化装置上面的空闲地面设计绿化及景观工程，再加上人工湿地的植物和花草，如此使整个污水装置上面干净整洁、美观、文明、无臭味，使其看起来是一个小花园。

5.展望未来

随着我国新农村的提出，农村环境污染越来越严重。对于我国农村生活污水处理技术，提出以下建议：（1）加大专项资金投入，完善社会资金对农村污水治理的投入、利益分成及退出机制；（2）科学制订污水治理方案，分步、有序地实施农村污水处理设施新建和改造工程；（3）加大科技投入，人才培养，提高农村污水处理技术的效率，降低污水治理的成本。

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黔科合J字LKZS[2014]07号；黔科合LH字【2016】7017号重点项目资助。