農村生活污水處理技術進展研究

敖克厚++潘淇++胡明華++++陳婕

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

關鍵詞： 生活污水 環境污染 處理技術

水是生命的源泉。保護水環境、治理水污染、節約水資源，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，也是一個嚴重缺水的國家。隨著我國經濟的繁榮，人民物質文化生活水平的提高，人均用水量和污水產生量不斷增加，這些生活污水未經治理無序排放，不但加重了對水體和環境的污染，而且嚴重威脅到農村的飲水安全和農民的身體健康，影響了和諧社會的構建。因此，解決農村生活污水處理問題，是經濟社會發展的需要，是時代的需要、人民的需要。

1.農村生活污水的構成及來源

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

農村生活污水主要是洗滌、沐浴和部分衛生潔具排水等，一般具有排水量少，所含有機物濃度相對偏高且日變化系數大、間歇排放等特點。農村污水處理管理滯后，相比城市污水處理相差巨大。農村水污染物排放量維持高位，但處理率較低。此外，我國新農村建設，城鎮化企業迅速發展，使其周邊環境嚴重惡化。

2.國外農村污水處理技術

2.1澳大利亞“FILTER”（非爾脫）污水處理系統

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

2.2日本凈化槽技術（Johkasou system）

日本的凈化槽技術是運用物理沉淀、物理吸附、化學絮凝和生物降解的一體化技術[3]。其功能分區，使COD、N和P等污染物分別在不同處理單元內得到削減。目前，日本凈化槽技術已經廣泛應用，其污水排放可以達到以下標準：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。優點：節省動力、管理操作簡便、實現了污水和污泥一體化、常年不排泥、運行期間較穩定且無須專人管理和出水水質優良；但凈化槽在國內的應用的條件還不成熟，安裝和運行費用較高，致使在推廣應用上有一定的難度。

2.3美國加州高效藻類塘處理技術（Highrate algae pond）

高效藻類塘最早是由美國加州大學伯克利分校Oswald教授提出的，是在傳統穩定塘技術進行改進形成的。高效藻類塘有利于促進藻類生長，因此使藻類所產生的氧氣大大地增加[4]。其工藝流程見圖1：

高效藻類塘與傳統的穩定塘相比較，其優點是運行經費低、修建容易、停留時間短，占地面積少，維護簡便，對病原體具有較好的祛除效果。除此以外，還可以改善環境，生產食品和飼料，具有重大的生態效益、經濟效益和社會效益。其缺點是易受環境因素影響，處理效果隨季節變化較大。

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

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

該技術具有日常運行成本低、建造投資省、易于管理和維護、易收集污水和凈化效率高用等優點，而且土壤表面可以合理種植經濟作物，創造經濟價值。

2.5人工濕地（Constructed Wetlands）

人工濕地處理技術是根據人們的需要選擇一定的地理位置，通過模擬天然濕地的結果和功能，從而設計和建造的濕地[8]。最早起源于1903年英國約克郡Earby。20世紀70年代由學者Kickuth提出根區法（The Root-Zone-Method）之后，人工濕地生態理論逐步發展起來[9]。人工濕地從結構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。根據污水在基質中的流動方向，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。人工濕地系統結構組成包括基質和濕地生物兩種。其中基質十分重要，是濕地污水處理的載體和生物生長的基礎，使濕地內的各種處理過程連結為一個整體[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，這與濕地設計的目的和處理對象及與濕地植物在處理系統中的功能作用等有關。其工藝流程見圖3：

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

3.國內農村污水處理技術

3.1太陽能微動力污水處理技術

太陽能微動力污水處理技術是由浙江浙大水業有限公司聯同浙江大學共同研究開發的。該技術以傳統“A2/O”工藝為基礎，由太陽能光伏板、蓄電池組、曝氣系統、回流系統、微電腦控制系統和遠程通信系統等組成，通過太陽能光伏板將太陽能轉為電能，作為曝氣設施、回流設施的動力，而多余能量則儲存于蓄電池中；根據優化調試后的數據，通過微電腦控制系統，完成自動化控制，自動運行曝氣設施、回流設施及攪拌設施。其經過積水、厭氧生物處理、接觸氧化、沉淀，從而達標排放[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。該污水處理技術具有清潔、方便、安全、節能等優點。太陽能微動力污水處理技術合理地利用了熱量和氣候條件，使整個過程更環保、更節能；其運行費用為零，是其他處理工藝所不能相比的。但其也存在著一定的缺點，缺乏專業技術人，在后期運行和維護過程中有困難。

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，降解有機質，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。經其處理后的生活污水水質BOD5<50mg/L，寄生蟲卵數0.56～1.07個/L，糞大腸菌群值<10-4，均能達標排放。因此，經其處理過后的污水可以用于農業灌溉、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，減輕了水體富營養化，改善了居住條件，保護了環境衛生，具有良好的環保效果，并且有利于保護水源清潔等。用這種方法處理農村生活污水，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村廢水處理工藝。其最大的特點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：

該污水處理技術出水質量好，無二次污染；能在較低溫度下正常運行，緩沖容量大；運行能耗低，投資費用??；啟動時間快，掛膜時間短；日常運行管理方便，結構模塊化。然而，其濾料容易流失，使用前須進行預處理，并且要進行定期沖洗。由于生物濾池為半封閉或全封閉構筑物，其生化反應受外界溫度影響較小，因此適合于北方寒冷地區。

3.4蚯蚓生態濾池處理技術

蚯蚓生態濾池處理技術起源于法國和智利，主要根據蚯蚓對有機物質的分解有促進作用，并且能夠提高土壤通氣透水性而設計[14]，具有投資省、處理效率高、管理簡單等優點。然而，單級蚯蚓生態濾池對總氮的去除效果不是很顯著。當進水流量大、污染物較多時，單級的蚯蚓生態濾池處理效率大大降低，影響出水水質。通過研究改進出現了一種新型的處理技術：塔式蚯蚓生態濾池。其構造見圖7：

塔式蚯蚓生態濾池由多個塔層組成，每個塔層內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域，也是蚯蚓生存的區域。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，可以充分地補充有機質分解時所需的氧分[15]。其充分利用了蚯蚓—微生物—植物—土壤—填料的協同作用，有效地解決了填料堵塞，提高了污水處理負荷，并且有效提高了SS、TN和BOD等污染物的去除效率。

4.結論

綜上所述，國內外農村污水處理主要為生態處理技術，每種方法均有各自的優劣。對于我國農村污水所存在的問題是：一是對于農村污水處理意識淡薄，農村污水的處理未引起人們的重視；二是建設資金投入不足，由于各地財政壓力大，加上大部分村集體經濟薄弱，治污項目很難開展；三是缺乏專業技術人，在后期運行和維護過程中有困難；四是沒有標準的規定，目前主要是鼓勵型措施。取一次性投資低、能耗低、運行穩定、運行費用低、維護管理方便的實用技術是解決中國農村污水污染問題的主要途徑。

通過以上方法的比較，對于我省的農村人口較為分散，四季分明，地形復雜，經濟較為落后等特點，筆者認為在我省可以將凈化沼氣池和人工濕地污水處理技術相結合，實現功能互補。見工藝流程：

該技術把“凈化沼氣+人工濕地“有機結合，解決了凈化厭氧技術處理生活污水中的主要污染物的去除率控制在前端，使進入濕地水質中的污染物很低，減輕了對人工濕地的凈化壓力，強化了人工濕地的凈化效果，節約了土地資源，并解決了人工濕地因時間而長變成了污泥坑的難題；其采用進出水自流，不用機械動力設施和電控，只需要兼管人員定期對格柵池和沉沙池中的雜物泥沙進行清除，因此實現了低能耗，維護簡單，日常運行費用少；除此以外，還可以在凈化裝置上面的空閑地面設計綠化及景觀工程，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

隨著我國新農村的提出，農村環境污染越來越嚴重。對于我國農村生活污水處理技術，提出以下建議：（1）加大專項資金投入，完善社會資金對農村污水治理的投入、利益分成及退出機制；（2）科學制訂污水治理方案，分步、有序地實施農村污水處理設施新建和改造工程；（3）加大科技投入，人才培養，提高農村污水處理技術的效率，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號重點項目資助。