農村生活汙水組合處理技術研究進展

如何進行水處理？

衡美水處理為您介紹一種先進、實用的水處理技術——農村生活汙水組合處理技術，並為您詳細介紹該技術的研究進展。

隨著中國農村經濟的快速發展，水資源消耗急劇增多，汙染物排放不斷加重，農村生活汙水逐漸成為農村水環境惡化的主要原因之一。但是，農村地區人們的環保意識薄弱，經濟相對欠發達，也缺乏生活汙水排水收集管網係統及集中處理設施，或是居住比較分散，造成生活汙水集中收集困難，造成90%多的生活汙水未經處理直接排入河流和湖泊。當前農村生活汙水造成的環境汙染嚴重威脅農村水源地的水資源安全，也加劇了淡水資源危機，使耕地灌溉得不到有效保障，最終危害到人畜的生存發展。在國家強調生態文明建設的今天，加強農村生活汙水汙染控製和治理顯得尤為緊迫和重要。

一、農村生活汙水特征及處理

農村生活用水一般以地表水（例如，河流、溝渠、池塘、堰、湖泊和水庫等）、地下水（井、窖）和自來水三者結合使用。我國農村生活汙水主要來源於廁所糞便及其衝洗水、洗浴廢水和廚房餐飲用水等，可分為灰水和黑水兩類。前者由廚房排水、衛生淋浴水、洗衣水構成；後者水由糞便和尿液及其衝洗水構成。我國農村生活汙水具有分散、日變化係數大（通常為3.0～5.0）、間歇性排放，且氨氮含量高、可生化性強、含重金屬等有毒有害物質較少等特點。

充分了解農村生活汙水的特點，在結合當地經濟水平、自然條件和環境目標的基礎上，發展適合我國國情的農村生活汙水處理技術，緩解水資源短缺矛盾，改善農村地區生態環境和提高人們生活質量均具有重要意義。根據汙水的收集和處理方式的差異，汙水處理模式可分為分散式和集中式2大類。

分散處理通常具有投資小、運行費用低、汙泥產生量小、受外界影響小、簡單耐用以及易於實現水的循環利用等特點。此技術適用於規模較小、人口居住分散、汙水不易集中收集農村地區生活汙水的處理。目前，我國農村地區應用較多的分散處理技術有人工濕地、高效藻類塘技術、蚯蚓生態濾池等多種方法。然而，隨著農村生活汙水的組成成分日益越複雜，單一分散處理工藝的出水難以滿足受納水體的環保需求。

同時，不同的生活汙水分散處理技術具有各自的優缺點及適用範圍，這也都限製了分散處理技術的應用範圍與效果。基於此，目前較普遍的處理農村汙水的辦法是將多種工藝進行組合以達到強化係統的淨化能力的目的。當前，根據農村生活汙水組合處理技術的作用機理，大致可將它們分為3大類：生物組合技術、生態組合技術、生物—生態組合技術。

二、生物組合技術處理農村生活汙水

生物處理技術是指通過微生物在好氧、厭氧條件下去除汙染物質的技術。該技術占地麵積小、汙泥產量低，具有良好的耐衝擊負荷能力，可處理水量和水質波動性較大的汙水。生物處理技術中的厭氧單元（A）使汙水中大部分有機物得到降解，降低汙水負荷，沉降懸浮物；而好氧單元（O）則進一步去除氮磷等營養物質和有機物。目前廣泛應用於農村生活汙水的生物組合技術，主要是由A和O組合而成的不同工藝。

1、A/O工藝

A/O工藝一般是以厭氧處理為前置單元，後接好氧處理的組合工藝。該工藝具有較高的汙染物去除率和較好的係統穩定性。在厭氧折流板反應器（ABR）後分別增加了跌水曝氣和曝氣生物濾池處理，發現這2種組合工藝對農村生活汙水中COD的去除率比單獨采用ABR處理提高了9.5%和24.9%，可見ABR—曝氣生物濾池組合工藝對COD的去除效果較好。

針對北方地區多晴少雨，太陽光充足的氣候特征，何剛等將厭氧生物濾池+太陽能曝氣生物濾池聯用，通過太陽能曝氣係統提供氧氣，進一步降低了係統能耗。

曹大偉等研究開發了地埋式一體化生物濾池，能耗設備僅為1台小型提升水泵，主要是由缺氧池+生物濾池組成，采用拔風管通風和濺水盤強化充氧。

該裝置具有良好抗衝擊負荷的能力，對汙染物的去除效果也較好，對COD、NH3—N、TN、TP的平均去除率分別為63.1%、92.2%、68.6%和47.5%，具有不占用土地資源、能耗和運行費用低特點，較適合在土地資源緊張的南方環湖農村地區推廣使用。

2、A2/O工藝

在A/O前加1個A單元，組成的厭氧—缺氧—好氧（A2/O）工藝，在國內外很多生物處理技術中廣泛應用。這種組合工藝有著較長水力停留時間、較低有機負荷，使得缺氧—好氧單元可以維持較低汙泥含量，極大地減少剩餘汙泥的排放量，為組合工藝實現汙泥減量化。

高大文等采用升流式厭氧汙泥固定床（UAFB）缺氧—好氧膜生物反應（MRB）組合工藝處理生活汙水，不僅對COD、NH3—N去除率達到93.3%、90.6%，同時能夠長期維持反應器內較低的汙泥含量，減少剩餘汙泥處理量和緩解膜汙染。

周俊等將缺氧槽置於厭氧槽的前端，並增加了微電解鐵屑床和複合生物材料，研發出了改進型的合並淨化槽。該淨化槽采用的是缺氧—厭氧—好氧（A2/O）處理工藝，該工藝一方麵有效解決了汙水中有機物含量較少，碳源不足，反硝化脫氮效果不佳的問題，另一方麵通過傳統活性汙泥工藝、生物硝化、反硝化工藝和生物除磷工藝的結合，可以較好的同步脫氮除磷。實驗結果表明，在HRT為8h，係統回流體積比為75.0%時，3月份對COD、TN和TP平均去除率分別為93.0%、80.0%和94.0%；而8月份則分別為94.0%、76.0%和91.0%。

可對小型淨化槽進行改進，采用折流式厭氧反應器—厭氧生物濾池—生物接觸氧化工藝，生活汙水采用上流式進水有效的減少了設備堵塞和維修時間。

3、其他組合工藝

除了常見的A/O、A2/O工藝外，在實際汙水處理中還采用一些其他組合工藝。

可采用5級跌水充氧生物接觸氧化法處理農村汙水，原水經水泵提升，通過5級跌水充氧，既滿足了所需溶解氧又免除了曝氣設備，減少了投資成本和運行電耗，使管理工作趨於簡單，該工藝對解決經濟相對落後農村地區的水環境汙染問題，具有較明顯的效益。

地埋式無動力厭氧達標處理設備（UndergroundUnpoweredAnaerobicReactor，UUAR），該裝置采用厭氧汙泥床接觸池+厭氧生物濾池工藝，流程簡單、能耗低。與好氧生物處理相比，UUAR技術設備的基建投資可能略高於好氧處理，但無日常運行費用，且未出現剩餘厭氧汙泥的積累問題，適合土地緊張、經濟落後、自然氣候惡劣的偏遠農村地區生活汙水的分散處理[。

在生物淨化槽前進行了好氧預掛膜，形成了O—A—O組合工藝，該複合型生物淨化槽對NH3—N和TN的去除量較高，有效地降低了高含尿液農村生活汙水的負荷，對COD和磷的去除率為59.6%和33.4%。

針對華北農村地區生活汙水碳氮較低，吳迪等采用自流式厭氧—3級好氧—缺氧生物膜工藝，利用投加的生物球提高厭氧段的硝化能力；同時，在3級好氧缺氧生物膜段，通過跌水充氧實現硝化和反硝化除磷在同一反應器內進行，從而有效的解決了碳源供給能力的問題。該工藝對農村生活汙水中COD、NH3—N、TN和TP去除率為73.7%、90.7%、59.6%和69.7%。其後，對3級好氧—缺氧生物膜技術進行改進，新工藝增設了回流泵（回流體積比2:1），且提高了厭氧段懸浮填料裝填率，改進後出水TN的去除能力有較大提高，達到63.9%。

三、生態組合技術處理農村生活汙水

生態處理技術是利用土壤—植物（動物）—微生物複合生態係統，通過物理、化學、生物作用對汙水中的資源加以利用，對汙水中的汙染物進行降解和淨化的工藝。相對於生物處理技術，生態處理技術一般建設管理費用低、節能耗，具有一定的景觀效果，更加注重生態服務價值。在我國廣大農村地區，目前應用實施的生態組合處理技術包括同種生態技術的組合和不同生態技術之間的組合。

1、同種生態處理技術的組合

吳振斌等設計的複合垂直流人工濕地，將下行流池和上行流池串聯，底部連通，使汙水進入濕地係統中硝化和反硝化作用更加充分，該係統對汙水中TN去除效果較好，去除率為43.6%。

針對滇池地區低含量農村汙水，采用表麵流和潛流式2種人工複合生態床處理工藝，在高水力負荷（30cm/d）條件下，潛流式床體對COD、TN、NH3—N和TP的去除率分別為70.6%、60.6%、80.9%和66.0%，表麵流床體則分別為63.1%、61.2%、90.2%和60.2%[22]。相較於單獨的人工濕地處理技術，人工濕地的組合技術，提高了濕地的含氧量和有機物，從而改善了硝化作用，提高了濕地對汙染物的去除能力，脫氮效果尤其明顯。

塔式複合人工濕地（TICW）的進水分為2段，一部分汙水通過下部進水形成潛流式人工濕地，而另一部分汙水則從塔頂流下形成表麵流人工濕地，可為濕地後段的脫氮作用提供充足碳源。

采用多級土壤滲濾係統處理太湖流域農村生活汙水，COD、NH3—N、TN、TP和SS的平均去除率分別為70.0%、83.0%、59.0%、76.0%和94.0%。將2套地下滲濾係統並行，填充介質選用土壤、陶粒、爐渣和兩種自然有機質，也對農村生活汙水的處理取得較好的效果。

通過浮床技術在穩定塘水麵種植生態植物建立了生態塘，該係統對高含量生活汙水中COD、NH3—N、TN和TP均具有較高的去除率，可分別達到55.0%、70.0%、80.0%和75.0%以上。塔式蚯蚓生態濾池處理係統，每一層塔為一個處理單元，梯度塔層、串聯疊層布置。該係統對COD、氨氮、TN和TP處理效果好，且基建及運行費用低，總運行成本為0.671元/m³。該技術在經濟不發達農村地區具有良好的應用前景。

2、不同生態處理技術的組合

以生態塘為預處理，人工濕地作為後續處理，對太湖三山島農村生活汙水中NH3—N、TN、TP去除率高達95.0%～99.0%、95.0%～98.0%、92.0%～98.0%，且減少進水中SS含量，有效地緩解濕地係統的堵塞。生活汙水經過塔式蚯蚓生態濾池的作用，出水負荷和汙染物濃度降低，後進入水平潛流式人工濕地，進一步降低了有機物和營養物質的含量，使得出水水質基本達標。這種塔式蚯蚓生態濾池+人工濕地的組合工藝，自動化程度高且管理運行方便，比較適合在經濟發達、人口密集的農村地區推廣使用。

在高效藻類塘的水麵上以生物浮床的形式種植植物的組合係統，一方麵顯著提高了係統運行的穩定性和出水的水質，並且節約了土地，另一方麵生物浮床上移栽植物根係通過化感作用有效抑製藻類的生長，同時植物本身也具有一定的景觀效果和美化環境的作用。采用植物與土壤滲濾係統聯用處理農村生活汙水，去除效果較好。該複合體係對生活汙水中BOD5、COD、TN、NH3—N、TP的平均去除率分別為73.5%、76.0%、85.0%、89.0%、85.0%。

四、生物+生態組合技術處理農村生活汙水

生物+生態組合技術是生物和生態處理工藝的結合，前段生物處理主要去除有機物和部分營養物質，後續生態處理進一步脫氮除磷，充分發揮各自的優勢，提高出水水質和係統運行的穩定性。相較於生物組合技術和生態組合技術，生物+生態組合技術需綜合考慮農村地區的經濟條件，南北方地域氣候差異，以及用地條件、運行管理、汙泥產量和實際工程案例等因素。由於人工濕地是應用最普遍的一種後續生態處理技術，我國農村常見的生物+生態組合技術主要包括生物+人工濕地組合技術和其他生物+生態組合。

1、生物+人工濕地

生物+人工濕地組合係統中的生物單元可以有效完成對有機物的降解和硝化作用；同時，人工濕地係統能進一步去除氮、磷等汙染物。將2者結合應用能夠提高汙水中的各類汙染物的去除率。唐晶等采用接觸氧化—人工濕地組合工藝處理農村生活汙水，對COD、NH3—N、TN和TP的去除率分別為68.2%、68.2%、69.5%、86.3%，且效果穩定。其中跌水充氧接觸氧化池對COD的去除貢獻較大，而人工濕地對TN、TP的去除貢獻較大。

在太湖流域農村地區，采用滴濾池—人工濕地組合工藝處理生活汙水，結果表明滴濾池對COD、NH3—N、TN和TP去除率分別為74.5%、79.2%、33.8%、47.5%，人工濕地的則分別為25.0%、20.8%、66.2%、52.5%。

選擇化糞池—人工潛流型濕地工藝和蔣嵐嵐等采用MBR—人工濕地組合技術在太湖周邊農村地區也得到了應用，取得較好的去除效果。

針對雲南地區氣候溫和，冬季氣溫較高，全年適宜植物生長的特點，采用改良A2/O一人工潛流濕地組合處理係統，同時在人工濕地加入了高吸附磷的基質。該係統對汙水中COD、BOD5、TN、NH3—N、SS的平均去除率分別達到80.5%、84.3%、91.8%、93.2%、86.4%，TP去除率始終保持在75.7%以上。

江西省吉安市新幹縣河頭村采用太陽能驅動生物濾塔—人工濕地組合工藝處理生活汙水，該係統通過太陽能提供動力，射流噴射器充氧，處理效果好，且運行費用低，操作簡單，可以實現無人看守，適宜在經濟落後，偏遠農村地區推廣應用。

采用“水解池—滴濾—人工濕地”3種工藝組合處理農村生活汙水，同時將珍珠岩礦渣、陶粒和石膏等分層放置滴濾池中，水力負荷可達4.0～8.0m³/（㎡˙d），該組合工藝對COD、TN和TP的去除率均超過90.0%。鍾秋爽等選擇厭氧—接觸氧化渠—垂直潛流型人工濕地組合工藝處理農村生活汙水，其中接觸氧化渠的作用是為後續人工濕地充氧；而厭氧池、接觸氧化渠和人工濕地對COD、NH3—N和TP均有較高的去除率，但厭氧池去除率較穩定，最高可達72.0%、49.5%和66.4%。

2、其他生物+生態

淹沒式生物膜—穩定塘組合技術取消了二沉池和汙泥回流，該係統對COD、NH3—N、TN和TP的平均去除率分別為84.3%、97.0%、80.2%和77.3%，且生物膜係統出水汙泥含量基本為0，後續經穩定塘處理後的出水水質良好，滿足回用標準。對崇明島的農村生活汙水采用生物淨化槽—強化生態浮床（BPT—EEFR）組合處理工藝，結果表明該組合技術不僅對COD、NH3—N、TN、TP及SS的去除效果較好，同時占地麵積小、造價費用低、便於維護管理。

由生物浮床、生物接觸氧化以及河道生態係統構成的生態組合係統，也對農村生活汙水中NH3—N、TN、TP、COD具有良好的去除效果。但該組合係統對汙染物的去除率受季節影響，與秋季相比，夏季對汙染物去除率較高，且汙染物的去除率隨HRT的增加而提高，而4d後變化則趨於穩定。

五、結論與展望

我國幅員遼闊，在農村選擇生活汙水處理技術時應該因地製宜，綜合考慮當地的地形地貌、水文和氣候條件以及經濟發展水平，以及各種汙水處理技術的特點和適用範圍。實際應用中通過科學設計、優化組合，達到技術上的互補，發展具有較高水力負荷和小規模設備化特征，易於操作管理的多種處理單元的複合創新技術。農村汙水處理方興未艾，任重道遠，將科學、社會因素有機結合，可大大提高農村水環境治理成效，因此，除技術研發外，應加強以下方麵工作：

1、發揮院落式單元處理作用。建議每家每戶建設化糞池，對廁所汙水、洗浴汙水和餐飲汙水進行初步處理。

2、加強汙水處理工藝或設施的運管技術研究，進一步開發適合於農村的易操作、少維護、低成本的運行模式、工藝。

3、農村汙水處理後可進行資源回用。由於農村生活汙水主要為N、P等營養元素，經處理後可就近用於農業灌溉。

4、提高農民生態環保意識。積極開展推廣使用生物菌肥、有機肥宣傳教育活動，引導農民減少化學肥料使用。

5、逐步建立相應的法律法規。根據我國農村實際，參考相關環保標準，製定適合於我國的相關技術標準和規程，同時，製定相關政策法規，完善獎懲政策，將農村水汙染的治理納入法製化的軌道。

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