農(nóng)村生活污水處理技術(shù)進(jìn)展研究

敖克厚++潘淇++胡明華++++陳婕

摘 要： 隨著新農(nóng)村建設(shè)的開展，貴州省農(nóng)民居住小規(guī)模設(shè)化已經(jīng)形成（10-20戶居住在一起），生活污水對環(huán)境造成壓力。本文通過總結(jié)和比較國內(nèi)外農(nóng)村污水處理技術(shù)及其特點(diǎn)，結(jié)合貴州省農(nóng)村居住地地形地貌、污水排放狀況，為貴州省農(nóng)村污水處理設(shè)計了“凈化沼氣+人工濕地”工藝流程，并為我國今后農(nóng)村污水污水處理提出了建議。

關(guān)鍵詞： 生活污水 環(huán)境污染 處理技術(shù)

水是生命的源泉。保護(hù)水環(huán)境、治理水污染、節(jié)約水資源，已引起世界各國的高度重視。特別是我國是世界上人口最多的國家，也是一個嚴(yán)重缺水的國家。隨著我國經(jīng)濟(jì)的繁榮，人民物質(zhì)文化生活水平的提高，人均用水量和污水產(chǎn)生量不斷增加，這些生活污水未經(jīng)治理無序排放，不但加重了對水體和環(huán)境的污染，而且嚴(yán)重威脅到農(nóng)村的飲水安全和農(nóng)民的身體健康，影響了和諧社會的構(gòu)建。因此，解決農(nóng)村生活污水處理問題，是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需要，是時代的需要、人民的需要。

1.農(nóng)村生活污水的構(gòu)成及來源

近幾年我省農(nóng)村居住隨著小城鎮(zhèn)建設(shè)加快，上百戶農(nóng)戶集中居住在一起，生活污水排放加大，但幾乎沒有處理措施，生活污水排放嚴(yán)重影響了環(huán)境及人們的正常生活。

農(nóng)村生活污水主要是洗滌、沐浴和部分衛(wèi)生潔具排水等，一般具有排水量少，所含有機(jī)物濃度相對偏高且日變化系數(shù)大、間歇排放等特點(diǎn)。農(nóng)村污水處理管理滯后，相比城市污水處理相差巨大。農(nóng)村水污染物排放量維持高位，但處理率較低。此外，我國新農(nóng)村建設(shè)，城鎮(zhèn)化企業(yè)迅速發(fā)展，使其周邊環(huán)境嚴(yán)重惡化。

2.國外農(nóng)村污水處理技術(shù)

2.1澳大利亞“FILTER”（非爾脫）污水處理系統(tǒng)

非爾脫污水處理系統(tǒng)是由澳大利亞科學(xué)和工業(yè)研究組織（CSIRO）的專家提出的，其主要是利用污水進(jìn)行灌溉，通過灌溉土地處理后，再用地下暗管將其匯集和排出[1]。該系統(tǒng)可以有效去除污水中的病原體、N、P等污染物，給農(nóng)作物提供水分和養(yǎng)分，使出水水質(zhì)可達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)[2]；并且具有高效、持續(xù)性等特點(diǎn)。其缺點(diǎn)是這種處理方法受農(nóng)作物生長季節(jié)的影響，非生長季節(jié)農(nóng)作物不灌溉，污水處理系統(tǒng)就不能進(jìn)行工作；而且在建造時需要修建泵站來控制排水量，導(dǎo)致難以普及推廣。

2.2日本凈化槽技術(shù)（Johkasou system）

日本的凈化槽技術(shù)是運(yùn)用物理沉淀、物理吸附、化學(xué)絮凝和生物降解的一體化技術(shù)[3]。其功能分區(qū)，使COD、N和P等污染物分別在不同處理單元內(nèi)得到削減。目前，日本凈化槽技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，其污水排放可以達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)：BOD在10mg/L以下，COD在15mg/L以下，TN在10mg/L以下（因處理工藝而定），TP在1mg/L以下。優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省動力、管理操作簡便、實(shí)現(xiàn)了污水和污泥一體化、常年不排泥、運(yùn)行期間較穩(wěn)定且無須專人管理和出水水質(zhì)優(yōu)良；但凈化槽在國內(nèi)的應(yīng)用的條件還不成熟，安裝和運(yùn)行費(fèi)用較高，致使在推廣應(yīng)用上有一定的難度。

2.3美國加州高效藻類塘處理技術(shù)（Highrate algae pond）

高效藻類塘最早是由美國加州大學(xué)伯克利分校Oswald教授提出的，是在傳統(tǒng)穩(wěn)定塘技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)形成的。高效藻類塘有利于促進(jìn)藻類生長，因此使藻類所產(chǎn)生的氧氣大大地增加[4]。其工藝流程見圖1：

高效藻類塘與傳統(tǒng)的穩(wěn)定塘相比較，其優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行經(jīng)費(fèi)低、修建容易、停留時間短，占地面積少，維護(hù)簡便，對病原體具有較好的祛除效果。除此以外，還可以改善環(huán)境，生產(chǎn)食品和飼料，具有重大的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。其缺點(diǎn)是易受環(huán)境因素影響，處理效果隨季節(jié)變化較大。

2.4土壤地下滲濾系統(tǒng)（Subsurface infiltration system）

土壤地下滲濾系統(tǒng)最早起源于20世紀(jì)60年代的日本，當(dāng)時日本學(xué)者新見正就已經(jīng)開始研究土壤地下滲濾凈化污水技術(shù)[5]。其將污水通過土壤表面具有一定構(gòu)造的滲濾滲透系統(tǒng)中，污染物通過物理、化學(xué)、微生物的降解和植物的吸收利用進(jìn)行處理和凈化[6]。該技術(shù)對SS、BOD、COD和大腸桿菌的去除率均較高，一般可達(dá)80%～95%[7]。其工藝流程見圖2：

該技術(shù)具有日常運(yùn)行成本低、建造投資省、易于管理和維護(hù)、易收集污水和凈化效率高用等優(yōu)點(diǎn)，而且土壤表面可以合理種植經(jīng)濟(jì)作物，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價值。

2.5人工濕地（Constructed Wetlands）

人工濕地處理技術(shù)是根據(jù)人們的需要選擇一定的地理位置，通過模擬天然濕地的結(jié)果和功能，從而設(shè)計和建造的濕地[8]。最早起源于1903年英國約克郡Earby。20世紀(jì)70年代由學(xué)者Kickuth提出根區(qū)法（The Root-Zone-Method）之后，人工濕地生態(tài)理論逐步發(fā)展起來[9]。人工濕地從結(jié)構(gòu)原理上主要分為表面流人工濕地（Surface flow constructed wetland）和潛流人工濕地（Subsurface flow constructed wetland）兩種類型。根據(jù)污水在基質(zhì)中的流動方向，潛流人工濕地可分為水平流型（Horizontal flow type）和垂直流型（Vertical flow type）兩種。人工濕地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成包括基質(zhì)和濕地生物兩種。其中基質(zhì)十分重要，是濕地污水處理的載體和生物生長的基礎(chǔ)，使?jié)竦貎?nèi)的各種處理過程連結(jié)為一個整體[10]。濕地生物主要以濕地植物為主，不同濕地對植物的要求不同，這與濕地設(shè)計的目的和處理對象及與濕地植物在處理系統(tǒng)中的功能作用等有關(guān)。其工藝流程見圖3：

人工濕地可以合理利用資源，防止環(huán)境的二次污染。其獲得了污水處理與資源化的最佳效益，建造和運(yùn)行費(fèi)用便宜，有著地球腎臟的功能效果，產(chǎn)生了更高的生物學(xué)價值。然而其也存在缺點(diǎn)，占用土地面積大，運(yùn)行效果直接受外界環(huán)境溫度及氣候影響，是限制其發(fā)展的主要瓶頸，這也致使人工濕地在我國南方地區(qū)更易于實(shí)施，而在北方地區(qū)難以實(shí)施推廣。

3.國內(nèi)農(nóng)村污水處理技術(shù)

3.1太陽能微動力污水處理技術(shù)

太陽能微動力污水處理技術(shù)是由浙江浙大水業(yè)有限公司聯(lián)同浙江大學(xué)共同研究開發(fā)的。該技術(shù)以傳統(tǒng)“A2/O”工藝為基礎(chǔ)，由太陽能光伏板、蓄電池組、曝氣系統(tǒng)、回流系統(tǒng)、微電腦控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)等組成，通過太陽能光伏板將太陽能轉(zhuǎn)為電能，作為曝氣設(shè)施、回流設(shè)施的動力，而多余能量則儲存于蓄電池中；根據(jù)優(yōu)化調(diào)試后的數(shù)據(jù)，通過微電腦控制系統(tǒng)，完成自動化控制，自動運(yùn)行曝氣設(shè)施、回流設(shè)施及攪拌設(shè)施。其經(jīng)過積水、厭氧生物處理、接觸氧化、沉淀，從而達(dá)標(biāo)排放[11]。其工藝流程見圖4：

太陽能作為能源資源在污水處理的應(yīng)用中，不僅僅是用于微動力能源，在北方，還可以為水池起到保溫作用，提高冬季污水處理效率。該污水處理技術(shù)具有清潔、方便、安全、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。太陽能微動力污水處理技術(shù)合理地利用了熱量和氣候條件，使整個過程更環(huán)保、更節(jié)能；其運(yùn)行費(fèi)用為零，是其他處理工藝所不能相比的。但其也存在著一定的缺點(diǎn)，缺乏專業(yè)技術(shù)人，在后期運(yùn)行和維護(hù)過程中有困難。

3.2生活污水凈化沼氣池

生活污水凈化沼氣池（或稱城鎮(zhèn)生活污水凈化沼氣池）是一種新型的分散污水處理裝置。生活污水凈化沼氣池是通過對沼氣池和化糞池的改建得來的，利用厭氧消化、沉淀過濾等處理技術(shù)，降解有機(jī)質(zhì)，殺滅病原菌。相對于沼氣池和化糞池池來說，其解決了化糞池沉積污泥多和處理效果差等弊端[12]；并且解決了沼氣池沼氣回收率低的缺點(diǎn)。經(jīng)其處理后的生活污水水質(zhì)BOD5<50mg/L，寄生蟲卵數(shù)0.56～1.07個/L，糞大腸菌群值<10-4，均能達(dá)標(biāo)排放。因此，經(jīng)其處理過后的污水可以用于農(nóng)業(yè)灌溉、園林綠化、水體景觀等。其工藝流程見圖5：

生活污水凈化沼氣池處理技術(shù)，減輕了水體富營養(yǎng)化，改善了居住條件，保護(hù)了環(huán)境衛(wèi)生，具有良好的環(huán)保效果，并且有利于保護(hù)水源清潔等。用這種方法處理農(nóng)村生活污水，國家無須專門的投資，投資較小，見效快。但其對氨氮和磷的去除率較低。

3.3生物濾池（Biological aerated filter）

生物濾池是將吸附、過濾和生物作用等綜合在一起的農(nóng)村廢水處理工藝。其最大的特點(diǎn)是集截留懸浮固體和生物氧化于一體，省去了二沉池，大大簡化了污水處理流程[13]。其工藝流程見圖6：

該污水處理技術(shù)出水質(zhì)量好，無二次污染；能在較低溫度下正常運(yùn)行，緩沖容量大；運(yùn)行能耗低，投資費(fèi)用??；啟動時間快，掛膜時間短；日常運(yùn)行管理方便，結(jié)構(gòu)模塊化。然而，其濾料容易流失，使用前須進(jìn)行預(yù)處理，并且要進(jìn)行定期沖洗。由于生物濾池為半封閉或全封閉構(gòu)筑物，其生化反應(yīng)受外界溫度影響較小，因此適合于北方寒冷地區(qū)。

3.4蚯蚓生態(tài)濾池處理技術(shù)

蚯蚓生態(tài)濾池處理技術(shù)起源于法國和智利，主要根據(jù)蚯蚓對有機(jī)物質(zhì)的分解有促進(jìn)作用，并且能夠提高土壤通氣透水性而設(shè)計[14]，具有投資省、處理效率高、管理簡單等優(yōu)點(diǎn)。然而，單級蚯蚓生態(tài)濾池對總氮的去除效果不是很顯著。當(dāng)進(jìn)水流量大、污染物較多時，單級的蚯蚓生態(tài)濾池處理效率大大降低，影響出水水質(zhì)。通過研究改進(jìn)出現(xiàn)了一種新型的處理技術(shù)：塔式蚯蚓生態(tài)濾池。其構(gòu)造見圖7：

塔式蚯蚓生態(tài)濾池由多個塔層組成，每個塔層內(nèi)的濾料層是以土壤為主，大概有30cm左右，主要是處理生活污水的區(qū)域，也是蚯蚓生存的區(qū)域。土壤層又由不同種類和不同粒級的填料組成[5]。每個塔層下面布有均勻的出水孔，各個塔層之間的空間有40cm左右，污水從孔中滴落，可以充分地補(bǔ)充有機(jī)質(zhì)分解時所需的氧分[15]。其充分利用了蚯蚓—微生物—植物—土壤—填料的協(xié)同作用，有效地解決了填料堵塞，提高了污水處理負(fù)荷，并且有效提高了SS、TN和BOD等污染物的去除效率。

4.結(jié)論

綜上所述，國內(nèi)外農(nóng)村污水處理主要為生態(tài)處理技術(shù)，每種方法均有各自的優(yōu)劣。對于我國農(nóng)村污水所存在的問題是：一是對于農(nóng)村污水處理意識淡薄，農(nóng)村污水的處理未引起人們的重視；二是建設(shè)資金投入不足，由于各地財政壓力大，加上大部分村集體經(jīng)濟(jì)薄弱，治污項(xiàng)目很難開展；三是缺乏專業(yè)技術(shù)人，在后期運(yùn)行和維護(hù)過程中有困難；四是沒有標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，目前主要是鼓勵型措施。取一次性投資低、能耗低、運(yùn)行穩(wěn)定、運(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)管理方便的實(shí)用技術(shù)是解決中國農(nóng)村污水污染問題的主要途徑。

通過以上方法的比較，對于我省的農(nóng)村人口較為分散，四季分明，地形復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)較為落后等特點(diǎn)，筆者認(rèn)為在我省可以將凈化沼氣池和人工濕地污水處理技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)功能互補(bǔ)。見工藝流程：

該技術(shù)把“凈化沼氣+人工濕地“有機(jī)結(jié)合，解決了凈化厭氧技術(shù)處理生活污水中的主要污染物的去除率控制在前端，使進(jìn)入濕地水質(zhì)中的污染物很低，減輕了對人工濕地的凈化壓力，強(qiáng)化了人工濕地的凈化效果，節(jié)約了土地資源，并解決了人工濕地因時間而長變成了污泥坑的難題；其采用進(jìn)出水自流，不用機(jī)械動力設(shè)施和電控，只需要兼管人員定期對格柵池和沉沙池中的雜物泥沙進(jìn)行清除，因此實(shí)現(xiàn)了低能耗，維護(hù)簡單，日常運(yùn)行費(fèi)用少；除此以外，還可以在凈化裝置上面的空閑地面設(shè)計綠化及景觀工程，再加上人工濕地的植物和花草，如此使整個污水裝置上面干凈整潔、美觀、文明、無臭味，使其看起來是一個小花園。

5.展望未來

隨著我國新農(nóng)村的提出，農(nóng)村環(huán)境污染越來越嚴(yán)重。對于我國農(nóng)村生活污水處理技術(shù)，提出以下建議：（1）加大專項(xiàng)資金投入，完善社會資金對農(nóng)村污水治理的投入、利益分成及退出機(jī)制；（2）科學(xué)制訂污水治理方案，分步、有序地實(shí)施農(nóng)村污水處理設(shè)施新建和改造工程；（3）加大科技投入，人才培養(yǎng)，提高農(nóng)村污水處理技術(shù)的效率，降低污水治理的成本。

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黔科合J字LKZS[2014]07號；黔科合LH字【2016】7017號重點(diǎn)項(xiàng)目資助。