农村生活污水分散式处理的技术开发应用（二）

二、农村生活污水常用的几种处理技术

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，不需要维护，管理方便，特别适合农村地区。

但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。

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 提出的藻类塘。相对于传统稳定塘而言，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。黄翔峰等利用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。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 等在用于污水处理的藻类净化塘中回收藻类制备生物燃料。

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，植物在吸收氮、磷的同时还能具备生态功能和经济效益。

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。

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。

Murakami 等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，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，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。

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。

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 负荷量的三成左右，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，这就形成了合并式净化槽，也就是目前被广泛采用的净化槽。

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 。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 4000 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非常重要。

（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，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善。

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，控制着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。

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。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，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，开发了一种多孔波纹板生物滤床，其效果明显优于其他滤料，并且在实际应用中得到了验证。

（2）一体化净化槽的技术和结构特点

经过多年的基础研究，开发出了具有知识产权的净化槽。

净化槽的填料和水力学行为，使这种生物膜反应器具备以下 3 个优点：

A、平推流厌氧生物反应器和全混流好氧生物反应器一体化的系统设计，使进口处高浓度生活污水平推流厌氧生物反应器中连续降解，不形成逆流，从而控制高浓度污水进入低浓度区，增加抗冲击能力，有利于间隙排放的生活污水的处理。同时在净化槽之前借助水解槽将生活污水中的大颗粒物质分解成为小分子可溶态物质。

B、生物膜滤床技术，在厌氧区和好氧区各增加滤床，对滤床种类、构造以及在设备中的安装方式进行优化设计，防止了填料的堵塞，有效发挥滤床固液分离作用、生物膜吸附作用以及生物降解作用，控制冲厕水中的颗粒物流入低浓度区，进一步提高抗冲击性能力，实现科学处理。

C、空间上的一体化技术，厌氧区、好氧区、沉淀区以及消毒区连为一体，两区共用一壁，污水以自流方式运动，不需要外加动力，节能减排。

整个装置中没有任何的金属构件，防止了内部腐蚀，增加了设备的寿命周期，而且采取地埋式的安装，冬天也能正常运行。因此完全可以做到无人值守，寿命周期可以达到 30 年。

（3）单户型一体化净化槽示范效果

净化槽的开发要从实验室研究转化为实际的示范工程，本研究团队进行了单户型一体化净化槽的示范工程。农在实际运行过程中，经历了气温的变化和夏季暴雨排水系统的多次返灌，但是处理效果没有受到影响，证明自主开发的净化槽抗冲击性很强，这主要是生物滤床的作用，完全避免了活性污泥法的缺点。

期间从未停止运行，也没有对净化槽进行过人工清理，可以明显看到7 年后在厌氧区驯化出了有效的微生物以及后生动物，将这些浮渣进行了消减，充分体现了该系统的抗冲击能力。 

启此净化槽的启动时间是 2008 年 8 月23 日，11 月 7 日取水分析，出水水质 BOD 5 相比原水有所降低，但仍然很高，然后立即投菌，11 月 15 日取水检测发现水质清澈透明，水质已达到了城镇污水排放标准一 级B 的要求。经过近 4 个多月的连续分析发现，处理效果和稳定性都很好，7 年后的数据分析也证明了本研究团队开发的净化槽完全可以用于单户型农家生活污水的处理，处理每吨水耗电量为 1.5kW˙h。

至今 3 台单户型净化槽已经连续运行了 8 年多，期间一直工作良好，实现了无人值守。农业部张桃林副部长、日本东京大学代表团和日本日立公司人员参观后都非常认可这项示范工程，同时该工程还获得全国农牧渔业丰收奖一等奖。