吕锡武：可持续发展的农村生活污水生物生态组合治理技术

3.1 无土栽培与人工湿地集成优化技术

在人工湿地内种植空心菜、水芹菜、番茄、生菜、莴苣等蔬菜和水培花卉等经济作物，使人工湿地在产生经济效益的同时能够调动农民自觉维护的积极性;优化湿地构型，通过湿地出水堰的改良设计来实现人工湿地水位的控制，使得人工湿地适应各种经济植物的生长;还可以在人工湿地上加盖暖棚，保证其冬季低温条件下的正常运行;在人工湿地内引入蚯蚓，改善湿地微环境，提高湿地的污染物去除效果。

水生蔬菜过滤床人工湿地技术。开创性地融合了人工湿地技术和蔬菜无土栽培技术，集成优化提出在人工湿地内培植空心菜、水芹、豆瓣菜、番茄、生菜等根系发达、生长速率快的常见无土栽培蔬菜，以生物单元处理后的尾水作为人工湿地内水生蔬菜的“营养液”。本技术将上述根系发达的水生蔬菜密植于人工水槽中，形成细密的根系垫层，以此充当“基质”，供微生物附着，同时通过拦截颗粒性污染物和水质净化作用，对后续浸润度可控人工湿地起保护作用。

水位及浸润度可控型潜流人工湿地技术。该技术是利用出水堰(阀)的优化设计，实现对潜流人工湿地内水位的控制，进而调节湿地滤床水位深度及基质床层浸润程度。一方面引导人工湿地内水生蔬菜根系纵向的充分发展，另一方面通过植物泌氧强化大气复氧能力，改善滤床及基质的氧环境。此外在北方寒冷地区应用时，可以搭建暖棚或通过控制水位使湿地冬季水位低于冰冻线，从而防止潜流人工湿地结冰，保证人工湿地冬季的正常运行。

蚯蚓强化生态土壤及湿地处理技术。在人工湿地中引入水蚯蚓，利用水蚯蚓的“松土”作用改善内部的水力传导以及溶解氧的传输，提高微生物的功能，显著提高生态土壤及湿地去除污染物的能力。研究结果表明在相同条件下与传统人工湿地相比可提高氮、磷去除率近30%以上，消除人工湿地堵塞现象。

3.2 利用地形优势构建污染物沿程多阶净化技术

江苏省农村地区水网密集、水塘丰富，而山区地形地势复杂多样。该项目充分利用农村的地形地势及地域特征，提出在农村天然水体、已有沟渠等的基础上，简单施工，建成具有良好生态效益的生态塘、生态沟，实现污染物从收集到排放，从“沟”到“塘”到“湿地”的多级沿程净化，并实现生态单元建设的低成本。主要技术包括生态沟渠沿程拦截技术、阶式多功能强化生态净化塘处理技术、梯式生态砾石处理技术。

生态沟渠沿程拦截技术。采用生态混凝土护坡，重建植物群落，结合沉水植物，恢复水体的生物多样性，利用生物、生态作用实现水质的净化。适用于低浓度污水的收集处理、生物单元与生态单元之间的连接及农村面源污水的收集拦截。该项目研发了多种生态混凝土构型，以适应不同岸坡情况的使用，包括多孔单球、多球砌块、鱼礁式砌块、自嵌式砌块及砌块模具。

阶式多功能强化生态净化塘处理技术。针对村落周边分布的小池塘、断头河等，利用软围隔导流、生态护岸、人工介质、立体生态浮岛等多种技术优化组合而成。其依靠塘中的藻、菌共生原理来充分调动水体的自净能力，达到去除氮、磷，深度净化污水处理尾水、改善水体景观的目的。

梯式生态砾石处理技术。针对丘陵地区农村的地形特征而开发的生物生态高集约化技术。其利用地形落差，阶梯式布置多级生态砾石床，床内分级放置填料，利用级间高差跌水实现充氧;通过结构优化，形成AOAO流程，保证氮磷去除效率;砾石表面可种植与周围生态景观相协调的水生花卉、水生蔬菜、水生牧草等。本技术将生物单元和生态单元合并，最大化节约了占地。

4 生物生态组合工艺流程及其应用

可持续发展的农村生活污水生物生态组合工艺融合了生物处理和生态处理技术，各单元分工明确，主体工艺流程为“农村污水—格栅—厌氧—缺氧—好氧—经济型人工湿地”。全流程工艺管理简单，只需1台水泵驱动，不需要污泥回流，不需要鼓风曝气，仅需定期巡检维护，无人值守运行。各单元功能如下：

(1)厌氧单元有效降低有机负荷，减轻跌水曝气工序的负担，且具备沼气收集的功能。

(2)在缺氧调节池中，来自厌氧段的消化液与好氧段的回流液进行混合，充分利用消化液中的有机物，进行反硝化反应，同时脱除缺氧出水中的臭味。

(3)好氧单元以氮磷的无机化和有机物的进一步去除为主要功能，以跌水自然充氧为主，实现能耗的有效降低。好氧出水一部分进入人工湿地，一部分回流至缺氧单元进行反硝化脱臭。

(4)人工湿地主要以水中氮磷营养盐的去除和利用为目标，力求在实现出水达标排放的同时获得一定的经济收益。

为应对我国农村地区不同经济状况、人员素质、地理气候等多方面条件对污水治理的约束，满足不同地区对出水水质的需求，可持续发展的农村污水治理技术已形成包含多种单元技术的可选组合技术系统，通过将前文所述的多种单元创新技术进行系统集成和有机组合，形成最适合于当地的农村生活污水处理工艺。

由于工程所用工艺多样，下文仅以建于宜兴市和常州武进区的两组较典型的工艺为例。

宜兴市周铁镇分散式生活污水处理工程共计约87户，人口约310人，设计污水处理流量30 m3/d，工艺流程为“大深径比厌氧反应器-阶梯式跌水充氧反应器-水生蔬菜过滤床+潜流人工湿地”，主体工艺及现场情况如图4。工程占地面积240 ㎡，其中湿地面积216 ㎡，湿地面积7.2 ㎡/m3，直接运行成本0.11元/m3。该项目出水稳定优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)的一级B标准。污水处理设施建设投资在8 000元/ m3左右。设施较传统生活污水处理工艺(以AAO工艺为例)节能70%以上，节地20%以上。水生蔬菜型人工湿地每年以空心菜和水芹菜轮种，每年空心菜产量约4 000 kg/亩(1亩≈667 ㎡)，水芹菜500 kg/亩，产生经济效益高于18 000元/亩。同时本设施大深径比厌氧器还具备沼气收集利用的条件。

图4 宜兴市周铁镇分散式生活污水处理工程主体工艺及现场情况

常州武进区湟里镇生活污水处理工程污水来源于村内80户村民，约350人，设计处理规模30 m3/d，工艺流程为“折流板厌氧反应器-缺氧反硝化-水车驱动生物转盘-浸润度可控潜流人工湿地”，主体工艺及现场情况如图5。工程占地面积100 ㎡，其中湿地面积92 ㎡，湿地面积3.07 ㎡ / m3，平均能耗0.2 kW·h / m3，直接运行成本0.15元/m3。工程较传统生活污水处理工艺(以AAO工艺为例)节能60%以上，节地60%以上。该项目出水稳定达到一级B标准。潜流人工湿地以空心菜和水芹菜轮种，空心菜产量约2 000 kg/亩，水芹菜450 kg/亩，产生经济效益约13 000元/亩。

图5 常州武进区湟里镇生活污水处理工程主体工艺及现场情况

5 结语

我国农村地区幅员辽阔，各地情况差异较大。在农村生活污水治理过程中，受经济状况、人员素质、地形地貌、气候条件等多方面条件约束，单一的污水处理工艺无法适应复杂农村条件下的污水处理，不利于大规模推广。可持续发展的农村污水治理技术应包含多种单元技术的可选组合技术系统，具有高适用性，针对性。这就需要将多种农村生活污水处理单元创新技术进行系统集成和优化组合，形成具有节能、节地、高效、低维护、景观化、园林化、氮磷资源化特征的多种可选工艺流程，形成可持续发展的农村生活污水处理生物生态组合成套技术体系，以满足幅员辽阔的我国农村地区生活污水治理的不同需求。