中国科学院新技术破解我国小规模生活污水处理难题-北极星水处理网

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人类生活过程中产生的污水，是水体的主要污染源之一。生活污水主要是城市生活中使用的各种洗涤剂和污水、垃圾、粪便等，多为无毒的无机盐类，生活污水中含氮、磷、硫多，致病细菌多。中国目前城市生活污水主要由各个城市的污水处理厂负责，但是村镇的生活污水处理如果还是按照大型污水处理工艺来处理，其难点较多，而且也不符合实际情况，这些污水基本上都是由小规模生活污水处理厂来解决。

一、我国小规模生活污水处理技术现状

据统计，我国有19000多个建制镇，60多万个行政村，250多万个自然村(统称为村镇)，其污水排放量约占我国生活污水总排放量的55%。村镇污水来源分散，难于集中，只能通过建设小规模污水处理设施(日处理数吨至数千吨)就近处理。目前，我国村镇生活污水处理率很低，已成为区域水环境的重要污染源。其主要原因除了经济发展不平衡、村镇污水处理设施建设投入较少外，更重要的是现有分散污水处理工艺不符合中国国情，致使已建成的污水处理设施的正常运行率很低。

城市大型污水处理厂普遍采用生化处理技术工艺，例如按间歇曝气方式来运行的“序批式活性污泥法”(SBR)、建立在序批式活性污泥法基础上的“周期循环活性污泥法”(CASS)、膜生物反应器(MBR)、具有良好脱氮除磷效果的“厌氧-缺氧-好氧法”(A2/O)等及其衍生技术。这些技术的优点是占地面积小、气候适应性强、处理效果稳定，但缺点也很明显，包括运行能耗大、管理维护复杂、污泥产生量大等。

为了便于维护和降低污水处理厂运营的人力成本，我国城市污水处理厂的规模往往很大(日处理数10万吨，甚至过百万吨)。而我国镇级污水处理厂的日处理规模一般为数百吨至数千吨，一座日处理2000吨的污水厂的运行费用约为100-150万元/年。经验表明，如将这类工艺用于村镇污水处理，由于其运行费用高、管理维护难度大，我国大部分村镇将难以承受，会导致采用这类技术建成的村镇污水处理设施普遍闲置。因此，目前我国村镇污水处理中大量采用土地生态处理技术，其中以人工湿地应用最广。

1.人工湿地污水处理技术

人工湿地是一种工程方案，利用地下人工介质中栖息的植物、植物根系、微生物，以及填料介质所具有的物理、化学特性，将污水净化的技术工艺。我国现有的人工湿地污水处理系统以潜流式为主，由于没有动力曝气，氧气在水中的溶解度很低、扩散速率小，主要依靠植物根系泌氧(≤3g/m2湿地)，供氧能力很差。国内外大量研究和实践证明，日处理1吨生活污水需湿地面积10m2以上。以人工湿地应用案例较多的捷克为例，195个人工湿地的平均占地面积为5.1m2/PE(population equivalent，人口当量)。美国环保署则建议日处理1吨生活污水采用15m2—20m2人工湿地。然而，为了减少用地和降低投资，我国大部分现有人工湿地案例的用地仅为2m2—3m2/吨水•天，有的甚至更少。其后果是这些湿地系统仅可在运行初期短暂正常运行(除非实际污水量很小)，大部分系统因为氧气供应不足、厌氧菌大量繁殖而变成黑臭污水潭。此外，人工湿地对磷的去除效果较差，在低温条件下不能正常运行甚至失效。

2.地下渗滤污水处理技术

地下渗滤污水处理技术，又称为化粪池系统(Septictank systems),因其突出的经济和环境优势，是北美、澳洲等地污水分散处理的首选技术。然而，由于设计欠佳、未考虑不同土壤类型差异、缺少维护等原因，部分地下渗滤系统处理效果较差;同时，由于非饱和带中缺少碳源，从而抑制了反硝化脱氮，最终导致硝酸盐渗入地下水，这被认为是正常运行的地下渗滤系统最为普遍的环境危害。此外，传统地下渗滤技术用地面积很大(>20m2/吨水•天)，难以在我国推广应用。为了减少用地面积，人们采用人工土填料代替原生土壤，使日处理1吨污水的占地面积减少到10—15m2。即使这样，其占地面积仍然很大，并且还增加了工程建设成本。

3.其他污水处理技术

此外，我国部分地区也采用了其他技术。稳定塘技术是由若干自然或人工挖掘的池塘组成，通过菌藻、水生生物等综合作用而实现污水净化的目的，其具有基建投资少、运行费用低、维护简单、不产生污泥等优点，但传统稳定塘占地面积大、受气候影响大，出水水质一般也不能达到较严的污染物排放标准。生物接触氧化法在我国部分地区应用较多，兼有活性污泥法及生物膜法的特点，该法在池内设置填料，进行淹水曝气，污水与填料表面的生物膜充分接触，使污水得到净化。生物接触氧化法占地面积小，但能耗较高、管理维护复杂、对总氮和总磷去除效果较差。

“非尔脱”(FILTER)污水处理系统源自澳大利亚，是一种“过滤、土地处理与暗管排水相结合的污水处理与再利用系统。其原理类似于种植农作物的垂直流人工湿地，由于以土壤做滤料，水力停留时间较长，对生活污水的处理效果好，适用于土地资源丰富、可以轮作休耕的地区。该系统受气候和作物生长季节限制，水力负荷低、用地面积大，此外还需修建控制排水量的泵站，成本较高。

为了克服单一技术的不足，有些采用组合工艺处理农村生活污水。例如生物接触氧化+人工湿地、厌氧处理+人工湿地等，组合工艺能够获得更好的处理效果，但是建设和运行费用往往更高，使其在我国推广受限。

由于我国土地资源珍贵、经济欠发达(村镇的经济承受能力更小)、缺少小规模污水处理设施的运行保障机制、气候条件的地域性和季节性变化大，上述技术均不能满足国情要求，在我国适用性差。因此，亟需研发和推广占地面积小、投资小、运行费用低、管理维护简便、处理效果好的小规模污水处理技术。

二、高负荷地下渗滤污水处理复合技术研究成果与进展

针对我国村镇缺少适用的小规模生活污水处理技术的困境，在中国科学院相关项目的资助下，中国科学院广州地球化学研究所的项目团队经过10多年研发和应用实践，发明了高负荷地下渗滤污水处理复合技术，并成功实现了产业化应用，使我国在分散型污水处理领域达到国际领先水平。

高负荷地下渗滤污水处理复合技术工艺流程如图1所示。污水经过格栅、沉淀和厌氧酸化水解后进入调节池，然后定时定量地被输送到高负荷地下渗滤单元，使污水在不同功能结构层中横向运移和竖向渗滤，其中的污染物被填料拦截、吸附，并最终被附着于滤料表面的微生物分解转化而去除。为保障氧气供给，落干期间对高负荷地下渗滤单元进行间歇供氧(换气)。污水经过缺氧深度处理单元，进一步提高脱氮除磷效果，达标后排放。该工艺的核心为高负荷地下渗滤和深度处理单元，创新也主要集中于此。

↑图1 高负荷地下渗滤污水处理复合技术工艺流程图

原标题：高负荷地下渗滤污水处理复合技术破解我国小规模生活污水处理难题——中国科学院在分散型污水处理领域的成果

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