二、農(nóng)村生活污水常用的幾種處理技術

1、穩(wěn)定塘

穩(wěn)定塘是利用藻類和細菌的共生關系，增強水體的自凈作用來降解水中的污染物，由于它不需要人工曝氣，建造和運行費用低廉，而且技術要求不高，不需要維護，管理方便，特別適合農(nóng)村地區(qū)。

但傳統(tǒng)的穩(wěn)定塘占地面積大，水力停留時間長，處理效果受溫度、光照影響大，效率較低，而且容易散發(fā)臭氣、滋生蚊蠅。

不同于傳統(tǒng)穩(wěn)定塘，現(xiàn)在被人們廣泛采用的是美國加州大學伯克利分校的 Oswald 提出的藻類塘。相對于傳統(tǒng)穩(wěn)定塘而言，藻類塘對土地面積需求更少，更適合對農(nóng)村或偏遠地區(qū)的污水進行消毒。黃翔峰等利用藻類塘處理太湖地區(qū)的農(nóng)村生活污水，發(fā)現(xiàn)菌藻共生使塘內水體溶解氧濃度較高。藻類凈化塘中生長的藻類還是一種非常好的生物質燃料，Park 等在用于污水處理的藻類凈化塘中回收藻類制備生物燃料。

2、人工濕地

人工濕地是人為建造的模擬自然生態(tài)系統(tǒng)中物理、化學和生物凈化作用的系統(tǒng)，用來去除生活污水中的有機物、氮、磷和重金屬等污染物，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過濾、吸附、離子交換等凈化效果。利用物理、化學和生物互相之間的協(xié)同作用凈化污水，該技術的主要優(yōu)點是工藝簡單，基本不需要人工曝氣系統(tǒng)，效率高、耗能低、投資少、適用廣泛等，植物在吸收氮、磷的同時還能具備生態(tài)功能和經(jīng)濟效益。

盡管人工濕地有上述的優(yōu)點，但是也存在一些缺點，如占地面積較大，處理效果受季節(jié)影響嚴重，冬季效果較差。該工藝通常用于組合工藝的后段，保證出水水質達到一 級A的標準，尤其適合于有地勢差或對氮、磷去除要求較高的農(nóng)村地區(qū)。

3、土壤滲濾系統(tǒng)

土壤滲濾系統(tǒng)是利用土壤的過濾、吸附和生物降解等功能達到凈化水質的目的，污水經(jīng)過處理后主要補給地下水，維持地區(qū)的水量平衡。該生態(tài)系統(tǒng)有保護地下水和地表水的重要功能，它的效率主要取決于污染物在土壤中的行為和土壤中水力學條件。

Murakami 等發(fā)現(xiàn)利用該系統(tǒng)可有效去除污水中的有機物、磷元素、病原微生物和重金屬。該系統(tǒng)具備設備簡單、投資少、管理方便、能耗低等特點，但是如果運行不當，非常容易堵塞土壤，使土壤滲透性下降，形成水流短路，也會造成系統(tǒng)的缺氧。為了解決這個問題，研究人員對該系統(tǒng)做出了許多改進，如日本開發(fā)了由土壤混合層和通水層交替分布形成的多級土壤滲濾系統(tǒng)，澳大利亞的專家開發(fā)了利用土地過濾、暗管排水相結合的“管排水相結合的污水處理系統(tǒng)”，污水持續(xù)灌溉農(nóng)作物，使氮、磷含量降低，水質達標。

4、凈化槽

凈化槽是一種源于日本的農(nóng)村生活污水處理的裝備，起初只是類似于化糞池的簡易裝備，專門用于處理廁所的污水，稱為單獨凈化槽。這種簡易裝置對污染物的降解效果差，無法達到越來越嚴格的排放標準，僅可作為一種貯水容器使用，并沒有凈化污水的功能。

在現(xiàn)代化的生活方式中，廁所污水中污染物 BOD 的負荷量只占總 BOD 負荷量的三成左右，所以 2001 年日本立法取締了單獨凈化槽，即化糞池不能作為生活污水的處理設施。要求將家庭不同來源的生活污水一同處理，這就形成了合并式凈化槽，也就是目前被廣泛采用的凈化槽。

因其工藝建設及運行所需成本低，維護簡單，適用于污水排放分散無序、水質及水量變化較大的農(nóng)村 。由于日本生活污水凈化槽開發(fā)和推廣速度過快，使人們在對凈化槽的科學認知上存在一些不足，如采用濾床和活性污泥混合處理，出水用水泵進行回流。這樣不僅導致裝置復雜，而且處理效果也不高，后期對污泥的處理增加了管理負擔，例如日本全國就有 8 萬多公務員負責管理凈化槽，每個凈化槽的污泥清理費用為 4000 日元一次。近十幾年，不論是日方提供的凈化槽，還是各種途徑進口的凈化槽，在我國幾乎很難運行，所以開發(fā)適合于我國國情的凈化槽非常重要。

（1）一體化凈化槽研究概況

本研究團隊從 2003 年就開始了分散式一體化凈化槽處理家庭生活污水的基礎研究，由于當時我國政府計劃提升農(nóng)村飲用水質量，提出了 2010 年在沿海地區(qū)農(nóng)村實行自來水化的國策，所以本團隊認為有必要尋找一種適合我國農(nóng)村生活污水處理的系統(tǒng)工程，完善對自來水化后的排水處理，讓自來水化工程更加完善。

本團隊在日本凈化槽的啟發(fā)下，為了實現(xiàn)無人值守和污泥減量的目標，首先從根本上對凈化槽進行創(chuàng)新，利用反應工程平推流和全混流的基本原理，對凈化槽內部構件進行改造，控制著高濃度污水進入低濃度區(qū)，降低后續(xù)的處理負荷，同時利用生物濾床提高微生物濃度，進而提高生物反應器的效率，取得了很好的處理效果。

研究了凈化槽的抗沖擊性，分別對進水的污染物濃度和進水流量進行了系統(tǒng)的研究，驗證了能達到排放標準的凈化槽污水處理能力，為實際應用提供了基礎數(shù)據(jù)。鑒于曝氣區(qū)域中合適的溶解氧濃度是決定曝氣強弱的關鍵技術，對凈化槽的節(jié)能效果進行了研究，特別是曝氣量對處理效果的影響，得到了既節(jié)能減排又能達到出水水質標準的曝氣量，為實際應用中氣泵的選型提供了基礎數(shù)據(jù)。

探討了生物濾床的必要性和不同的濾床材料的處理效果，強調了生物濾床可以實現(xiàn)污泥減量的重要性，開發(fā)了一種多孔波紋板生物濾床，其效果明顯優(yōu)于其他濾料，并且在實際應用中得到了驗證。

（2）一體化凈化槽的技術和結構特點

經(jīng)過多年的基礎研究，開發(fā)出了具有知識產(chǎn)權的凈化槽。

凈化槽的填料和水力學行為，使這種生物膜反應器具備以下 3 個優(yōu)點：

A、平推流厭氧生物反應器和全混流好氧生物反應器一體化的系統(tǒng)設計，使進口處高濃度生活污水平推流厭氧生物反應器中連續(xù)降解，不形成逆流，從而控制高濃度污水進入低濃度區(qū)，增加抗沖擊能力，有利于間隙排放的生活污水的處理。同時在凈化槽之前借助水解槽將生活污水中的大顆粒物質分解成為小分子可溶態(tài)物質。

B、生物膜濾床技術，在厭氧區(qū)和好氧區(qū)各增加濾床，對濾床種類、構造以及在設備中的安裝方式進行優(yōu)化設計，防止了填料的堵塞，有效發(fā)揮濾床固液分離作用、生物膜吸附作用以及生物降解作用，控制沖廁水中的顆粒物流入低濃度區(qū)，進一步提高抗沖擊性能力，實現(xiàn)科學處理。

C、空間上的一體化技術，厭氧區(qū)、好氧區(qū)、沉淀區(qū)以及消毒區(qū)連為一體，兩區(qū)共用一壁，污水以自流方式運動，不需要外加動力，節(jié)能減排。

整個裝置中沒有任何的金屬構件，防止了內部腐蝕，增加了設備的壽命周期，而且采取地埋式的安裝，冬天也能正常運行。因此完全可以做到無人值守，壽命周期可以達到 30 年。

（3）單戶型一體化凈化槽示范效果

凈化槽的開發(fā)要從實驗室研究轉化為實際的示范工程，本研究團隊進行了單戶型一體化凈化槽的示范工程。農(nóng)在實際運行過程中，經(jīng)歷了氣溫的變化和夏季暴雨排水系統(tǒng)的多次返灌，但是處理效果沒有受到影響，證明自主開發(fā)的凈化槽抗沖擊性很強，這主要是生物濾床的作用，完全避免了活性污泥法的缺點。

期間從未停止運行，也沒有對凈化槽進行過人工清理，可以明顯看到7 年后在厭氧區(qū)馴化出了有效的微生物以及后生動物，將這些浮渣進行了消減，充分體現(xiàn)了該系統(tǒng)的抗沖擊能力。

啟此凈化槽的啟動時間是 2008 年 8 月23 日，11 月 7 日取水分析，出水水質 BOD 5 相比原水有所降低，但仍然很高，然后立即投菌，11 月 15 日取水檢測發(fā)現(xiàn)水質清澈透明，水質已達到了城鎮(zhèn)污水排放標準一 級B 的要求。經(jīng)過近 4 個多月的連續(xù)分析發(fā)現(xiàn)，處理效果和穩(wěn)定性都很好，7 年后的數(shù)據(jù)分析也證明了本研究團隊開發(fā)的凈化槽完全可以用于單戶型農(nóng)家生活污水的處理，處理每噸水耗電量為 1.5kW˙h。

至今 3 臺單戶型凈化槽已經(jīng)連續(xù)運行了 8 年多，期間一直工作良好，實現(xiàn)了無人值守。農(nóng)業(yè)部張?zhí)伊指辈块L、日本東京大學代表團和日本日立公司人員參觀后都非常認可這項示范工程，同時該工程還獲得全國農(nóng)牧漁業(yè)豐收獎一等獎。