农村生活污水分散式处理的技术开发应用

我国目前并没有农村生活污水排放的国家标准，往往是根据市政生活污水处理的 GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级 A 或者一级 B 来控制污染物的排放 [6] .但是事实上，这种将市政生活污水的评判标准直接复制到农村生活污水治理中的做法是否合理还有待商榷.

首先，农村地区的土地资源丰富，生活污水中剩余的氮和磷都可以完全被植被吸收，在避免污染自然水体的同时还能产生可观的经济效益;其次，与农村生活污水排放到自然界中的氮和磷相比，农业活动如施用化肥对水体氮和磷的贡献要大的多;最后，如果要使出水水质从一级 B 提升到一级 A，需要将 TP 从 1,mg/L 减少到0.5,mg/L，将 TN 从 20,mg/L 减少到 15,mg/L，这个过程需要消耗大量的能量，产生的运行费用是农民无法承受的，并且增加了处理系统的复杂程度和不稳定性.因此，笔者认为对于农村生活污水，国家应该尽快出台相关的污水排放标准，如果仍然参照 GB18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》，那么一级 B 标准就能实现农村生活污水处理的低耗高效.

2 农村生活污水常用的几种处理技术

2.1 稳定塘

稳定塘是利用藻类和细菌的共生关系，增强水体的自净作用来降解水中的污染物，由于它不需要人工曝气，建造和运行费用低廉，而且技术要求不高，不需要专业人员维护，管理方便，特别适合农村地区.但是传统的稳定塘占地面积大，水力停留时间长，处理效果受温度、光照影响大，效率较低，而且容易散发臭气、滋生蚊蝇 [7] .

不同于传统稳定塘，现在被人们广泛采用的是美国加州大学伯克利分校的 Oswald 提出的高效藻类塘 [8] .相对于传统稳定塘而言，高效藻类塘对土地面积需求更少，更适合对农村或偏远地区的污水进行消毒 [9] .黄翔峰等 [10] 利用高效藻类塘处理太湖地区的农村生活污水，发现菌藻共生使塘内水体溶解氧浓度较高，COD、氨氮和磷酸盐的去除率可以分别达到70%,、90%,和 50%,.高效藻类净化塘中生长的藻类还是一种非常好的生物质燃料，Park 等[11] 在用于污水处理的高效藻类净化塘中回收藻类制备生物燃料.

2.2 人工湿地

人工湿地是人为建造的模拟自然生态系统中物理、化学和生物净化作用的系统，用来去除生活污水中的有机物、氮、磷和重金属等污染物，其中起主要作用的是植物吸收和微生物分解，另外不同的填料能起到过滤、吸附、离子交换等净化效果.利用物理、化学和生物互相之间的协同作用净化污水，该技术的主要优点是工艺简单，基本不需要人工曝气系统，效率高、耗能低、投资少、适用广泛等 [12] ，植物在吸收氮、磷的同时还能具备生态功能和经济效益 [13] .

例如，付融冰等 [14] 研究了芦苇和菖蒲潜流水平人工湿地的脱氮效果，发现脱氮效率都可以达到 60%,以上，主要的脱氮途径是微生物的硝化和反硝化，植物吸收、存储的氮仅占湿地总氮去除量的 10%,左右，但是植物

的存在可以间接影响湿地其他的脱氮途径.Wu 等 [15]发现人工湿地非常适合偏远地区的农村生活污水处理，对污水中 BOD 5 、总悬浮固体、氨氮和总磷的去除率分别达到 96.0%、97.0%、88.4%,和 87.8%.徐和胜等 [16] 发现芦苇水平潜流人工湿地的除磷效率可以高于 88%,，但是大部分的磷是通过填料的吸附和沉淀作用被除去，而植物吸收的磷仅占磷去除总量的9.1%,.

尽管人工湿地有上述的优点，但是也存在一些缺点，如占地面积较大，处理效果受季节影响严重，冬季效果较差.该工艺通常用于组合工艺的后段，保证最终的出水水质达到一级 A 的标准，尤其适合于有地势差或对氮、磷去除要求较高的农村地区.

2.3 土壤渗滤系统

土壤渗滤系统是利用土壤的过滤、吸附和生物降解等功能达到净化水质的目的，污水经过处理后主要补给地下水，维持地区的水量平衡.该生态系统有保护地下水和地表水的重要功能，它的效率主要取决于污染物在土壤中的行为和土壤中水力学条件 [17] .

Murakami 等 [18] 发现利用该系统可有效去除污水中的有机物、磷元素、病原微生物和重金属.该系统具备设备简单、投资少、管理方便、能耗低等特点，但是如果运行不当，非常容易堵塞土壤，使土壤渗透性下降，形成水流短路 [19] ，也会造成系统的缺氧.为了解决这个问题，研究人员对该系统做出了许多改进，如日本开发了由土壤混合层和通水层交替分布形成的多级土壤渗滤系统 [20] ，澳大利亚的专家开发了利用土地过滤、暗管排水相结合的“管排水相结合的污水处理系统”，污水持续灌溉农作物，使氮、磷含量降低，水质达标 [21] .

2.4 净化槽

净化槽是一种源于日本的农村生活污水处理的装备，起初只是类似于化粪池的简易装备，专门用于处理厕所的污水，称为单独净化槽.这种简易装置对污染物的降解效果差，无法达到越来越严格的排放标准，仅可作为一种贮水容器使用，并没有净化污水的功能 [22] .

由表 1 可知在现代化的生活方式中，厕所污水中污染物 BOD 的负荷量只占总 BOD 负荷量的32.5%,，所以 2001 年日本立法取缔了单独净化槽，即化粪池不能作为生活污水的最终处理设施.要求将家庭不同来源的生活污水一同处理，这就形成了特有的合并式净化槽，也就是目前被广泛采用的净化槽 [23] .

因其工艺建设及运行所需成本低，维护简单，适用于污水排放分散无序、水质及水量变化较大的农村 [24] .由于日本生活污水净化槽开发和推广速度过快，使人们在对净化槽的科学认知上存在一些不足，如采用滤床和活性污泥混合处理，出水用水泵进行回流.这样不仅导致装置复杂，而且处理效果也不高，后期对污泥的处理增加了管理负担，例如日本全国就有 8 万多公务员负责管理净化槽，每个净化槽的污泥清理费用为 4,000 日元一次.近十几年，不论是日方提供的净化槽，还是各种途径进口的净化槽，在我国几乎很难运行，所以开发适合于我国国情的净化槽极为重要.

2.4.1 一体化净化槽研究概况

本研究团队从 2003 年就开始了分散式一体化净化槽处理家庭生活污水的基础研究 [25] ，由于当时我国政府计划提升农村饮用水质量，提出了 2010 年在沿海地区农村全面实行自来水化的国策，所以本团队认为有必要寻找一种适合我国农村生活污水处理的系统工程，完善对自来水化后的排水处理，让自来水化工程更加完美.

本团队在日本净化槽的启发下，为了实现无人值守和污泥减量的目标，首先从根本上对净化槽进行创新，利用反应工程平推流和全混流的基本原理，对净化槽内部构件进行改造，抑制了高浓度污水进入低浓度区，降低后续的处理负荷，同时利用生物滤床提高微生物浓度，进而提高生物反应器的效率，取得了很好的处理效果 [26–30] .

研究了净化槽的抗冲击性，分别对进水的污染物浓度和进水流量进行了系统的研究，验证了能达到国家排放标准的净化槽污水处理能力，为实际应用提供了基础数据 [31–32] .鉴于曝气区域中合适的溶解氧浓度是决定曝气强弱的关键技术 [33–34] ，对净化槽的节能效果进行了研究，特别是曝气量对处理效果的影响，得到了既节能减排又能达到出水水质标准的最佳曝气量，为实际应用中气泵的选型提供了基础数据.

探讨了生物滤床的必要性和不同的滤床材料的处理效果，强调了生物滤床可以实现污泥减量的重要性，开发了一种高效率的多孔波纹板生物滤床 [35] ，其效果明显优于其他滤料，并且在实际应用中得到了验证 [30] .

延伸阅读：

农村污水处理详细方案设计 化粪池+滤池+人工湿地

专家告诉你农村污水处理的标准 技术 模式……

深度解析中国农村污水治理技术瓶颈及对策

以广州市南方地区为例 探讨农村污水处理设计注意要点