1.文献综述
农村生活生活污水治理研究进展
摘要：农村生活污水是面源污染的主要来源，污染已对农村地区的水体、土地等自然环境产生严重影响，为确保农村水源安全和农民身体健康，农村污水治理刻不容缓。国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要提出了建设社会主义新农村，国内掀起了新农村建设的热潮。具有战略高度的新农村建设已经将农村及村镇地区的给排水问题提上了日程。了解村镇基本情况，分析总结村镇污水特点，探讨村镇污水治理的适用工艺技术具有重要的意义。结合村镇生活污水水质水量特征分别介绍了氧化沟、接触氧化、化粪池技术、净化沼气池技术、人工湿地技术、人工快速渗滤技术等技术。
关键词：农村生活污水人工湿地组合技术
Farmers' concentration living sewage disposal are reviewed Abstract:Rural domestic sewage are the main sources of non-point source pollution, and pollution has water, land and other natural environment in rural areas of severe impact, in order to ensure the rural water supply security and farmers' health, so it is urgent to rural sewage treatment.The national economic and social development of the eleventh five-year plan outline is put forward in order to build a new socialist countryside, raised a hot wave of new rural construction in China. Strategic height of the new rural construction has water supply problem in rural and town area on the agenda.Understand the rural basic situation,analysis summary village sewage characteristics,discusses the application of the rural sewage treatment technology has important significance. In combination with characteristics of rural domestic sewage water respectively introduces the oxidation ditch technology,contact oxidation and septic tank.
Keywords: Rural domestic sewage,Constructed wetland,Septic tank
1.1 引言
十一五期间，我国对全国城市点源污染进行了控制，各地兴建了大批的污水处理厂，点源入河水质得到明显的改善。但是从河流水质监测数据分析，各地国控断面水质虽然得到部分改善，但是水质超标现象依然严重。说明面源污染现在是我国河流水质恶化的主因，这其中农业生产、农村生活的污染构成了面源的主要来源。
我国农村地区生活污水处理率低，绝大部分的生活污水未经处理直接排放，农村污水治理工程非常少，很多处理技术仅仅处于示范研究的阶段。开发适合处理农村生活污水的治理技术所面临的不仅仅是技术的问题，还涉及到农村经济的问题。
我国村镇污水处理现状:
由于国家城乡发展的不平衡性，以及城市污水量大、成分复杂而且便于收集等特点，城市污水治理走在前列。村在的种种问题，治理存在较大的难度。建设部在2005年对全国具有代表性的9个省份部分村庄进行镇污水由于其产量小、产源分散、水量水质波动大，且在管理、资金以及工艺设计等方面存在问题，结果显示: 96%的村庄没有排水沟渠和污水处理系统。国内村镇生活污水治理示范工程在京津、江浙等经济较为发达地区以及重要的水源保护地如滇池、太湖率先开展，但是工程推广面临着各种困难; 中西部地区也在积极探索适宜的村镇污水治理工艺，但部分经济落后地区尚缺乏村镇污水治理的条件。随着人民生活水平的提高，用水量的增大，村镇地区生活污水排放量也在不断增大。我国目前每年农村污水量超过8 × 109 t，其中东南、西南地区污水量偏大。据调查，截至2008 年4月份，广东省农村生活污水处理设施共有274处，仅占全省自然村总数的0.19%，总处理规模不到4 ×104t。村镇生活污水的直接排放对流域内水环境质量造成了很大的影响，严重威胁着农村地区的人居环境和居民的饮水安全。
1.2 村镇污水治理存在问题
( 1)收集问题: 村镇地区人口密度相对偏小，与镇、村与镇、村与村之间往往比较分散，管网的铺设费用很高，加之丘陵山区地带地形复杂，污水收集存在较大的难度。
( 2)技术问题: 目前国家的污水工程处理设施建设标准最小规模为1 ×104m3 /d，大部分的村镇污水量达不到此规模，村镇生活污水处理在工艺设置上缺乏设计参数。我国地区间差异巨大，工艺在不同的水质、水量、气候、地形以及不同的管理运行条件下也会出现复杂的问题，如北方地区人工湿地的越冬问题，快速渗滤系统的堵塞问题。
( 3)资金问题: 由于村镇财政以及居民收入有限，地方政府很难负担污水处理设施的建设以及运行管理费用。在城市生活污水及工业废水治理任务紧迫的情况下，国家及省市财政也较难顾及村镇污水治理领域。
( 4)管理问题: 现有村镇污水处理设施管理维护人员普遍缺乏专业素养，而且村镇污水缺乏有效的管理机制[1]。
1.3 农村生活污水工艺研究单元技术
1.3.1 A2/O 法
工艺简介。传统A2/O工艺于上世纪70年代由美国专家[2]在厌氧—好氧除磷工艺(A/O工艺)的基础上开发出来的。该工艺是在A/O工艺中增加一个缺氧段，将好氧池流出的一部分混合液回流至缺氧段，以达到脱氮的目的，其流程如图1。
混合液回流
工艺特点。传统A2/O工艺可以完成有机污染物的去除、硝化及反硝化脱氮、磷的过量摄取等功能，具有如下特点：(1)在去除有机污染物的同时可达到除磷脱氮目的；(2)工艺简单、水力停留时间较短；(3)在厌氧—缺氧—好氧条件下交替运行，丝状菌不会过度繁殖，不会引发污泥膨胀。但二沉池回流到厌氧池污泥中的硝酸盐对生物除磷产生一定的影响，降低了除磷效果。
在工程实践上的应用：
(1)脱氮效果和混合液回流比有很大关系，回流比高，则效果好,但动力费用增大，反之亦然,A2/O工艺适宜的混合液回流比一般为200%。
(2)氮负荷率过高会对硝化菌产生抑制作用,一般氮负荷率应小于0.05kgTKN/(kgMLSS·d)，否则会影响硝化效果。
(3)好氧池中的Ns应在0.18kgBOD5/ (kgMLSS·d)之下，否则异氧菌数量超过硝化菌，会抑制硝化反应的发生，而厌氧池中的Ns 应大于0.10kgBOD5/(kgMLSS·d)，否则除磷效果将急剧下降。所以在A/A/O 工艺中Ns的范围狭小[15]。
结论：该工艺具有不错的脱氮除磷效果，而且工艺简单，运行管理方便，适用于城市污水，工业园区用水等大规模的污水处理，但是对于农村小污水量而言，投资高，不经济和实惠，不符合农村污水处理的特点，有点大材小用。
1.3.2 氧化沟
工艺简介。氧化沟是活性污泥法的一种类型，其曝气池呈封闭的沟渠形，污水和活性污泥混合液在其中循环流动，因此又称为“环形曝气池”。采用氧化沟工艺一般不设初沉池，由于该工艺选择的泥龄较长，剩余污泥量少于一般的活性污泥法，并且得到了一定程度的好氧稳定，污泥不需要进行厌氧消化处理，从而简化了污泥处理的流程。从水力特性来看，氧化沟既具备完全混且曝气装置在沟中布置的特点使沟中溶解氧呈现分区变化。即远离曝气装置的某点DO浓度降低而呈合式反应器的特点，也具备推流式反应器的特点。污水通常在沟渠中循环流动多次，并现缺氧区，有利于活性污泥的生物絮凝和生物脱氮。具有一定除磷脱氮功能的氧化沟主要有：奥贝尔氧化沟、交替工作式氧化沟、卡鲁塞尔2000氧化沟[3]以及微孔曝气氧化沟等。
奥贝尔氧化沟：
奥贝尔氧化沟由多个同心的环形沟渠组成，废水从外沟依次流入内沟，曝气设备采用曝气转盘，各沟有机物和溶解氧浓度均不相同，因此可实现脱氮除磷的目的。其工艺如图2：
图2奥贝尔氧化沟
卡鲁塞尔2000除磷脱氮氧化沟工艺：
该工艺源于荷兰的DHV 公司及其在美国的专利特许公司EIMCO。中山市污水处理厂采用的就是Carrousel-2000 除磷脱氮氧化沟工艺，流程如图3 所示。
表曝机
图3 卡鲁塞尔2000除磷脱氮氧化沟
卡鲁塞尔2000 氧化沟系统，是在原卡鲁塞尔系统上增加一个缺氧池和预脱氮池，这个预脱氮池通过两条窄沟与原卡鲁塞尔系统连接在一起，在缺氧区安装一套低能耗的搅拌机，当缺氧且富含硝酸盐的混合液流向曝气机时，部分液体被导入缺氧池，与未处理的污水接触，未处理的污水BOD 浓度高，可作为碳源满足并促进反硝化过程进行，分解出的氮气释放到空气中，硝酸盐中结合的氧用于BOD 氧化。该沟利用特有的水力设计，省去了内回流泵及管道。而水流分配通过沟道进口宽度和水力局部调节，沟道入口安装的简单的隔板“门”可以进行流量微调。
1.3.3 AB法
工艺简介：AB 法是一种生物吸附—降解两阶段活性污泥法，A 段负荷高，曝气时间短，仅0.5 h 左右，污泥负荷高达2~6 kgBOD5/kgMLSS·d，B 段污泥负荷较低，为0.15~0.30 kgBOD5/kgMLSS·d[4]。该法对有机物、氮和磷都有一定的去除率，适用于处理浓度较高、水质水量变化较大的污水，通常要求进水BOD5≥250 mg/L，AB 法才有明显的优势。
工艺流程图如图4所示。
4 AB法
AB工艺在工程实践上的应用：
与传统活性污泥法相比, AB工艺在COD、BOD、SS、总磷和总氮上的去除率均高于前者,且工程投资和运行费用方面也较前者省。在联邦德国、瑞士、希腊等国, 一些老厂因处理出水达不到排放标准, 将原来的常规活性污泥法改为A B法从而解决了问题. 目前全世界有60多座采用AB工艺的污水厂在运行、设计和规划之中。南斯拉夫修建了目前世界最大的AB工艺的污水厂。在我国, 上海、山东等地都有采用AB工艺的污水处理厂。表2列出了国内外一些采用AB工艺的污水厂的运行情况及运行参数。
1.3.4 传统SBR 工艺
工艺简介。其反应是在同一容器中进行。在同一容器中进水时形成厌氧（此时不曝气）、缺氧，而后停止进水，开始曝气充氧，完成脱氮除磷过程，并在同一容器中沉淀，再通过滗水器出水，完成一个程序。这种方法与以空间进行分割的连续流系统有所不同，它不需要回流污泥，也无专门厌氧、缺氧、好氧区，而是在同一容器中，分时段进行搅拌、曝气、沉淀，形成厌氧、缺氧、好氧过程。这种方法总容积利用率低，一般小于50%，因此适用于较小污水量场合。工艺如图5。
图5 传统SBR
SBR法在工程实践上的应用：
SBR池在同一运行周期内具有完全混合特性，不同运行周期具有理想推流式模型。本工艺在SBR池前设一进水前置预曝区，采用少量污泥回流与进水一起预曝，污泥回流比为25%一30% ,是边进水边曝气的非限量曝气运行模式，目的是最大限度减少进水污染负荷对主反应曝气池的冲击。整个反应器的MLSS的质量浓度较高，始终保持在4000 mg/L以上，CO从r浓度递减，F/M值较低,为0.3 kg[BOD5]/(kg[MLSS]·d)，尽可能提高曝气池对废水有机物和有毒物质的冲击力[5]。
1.3.5 CAST工艺
工艺简介：CAST（Cyclic Activated Sludge Technology）工艺是澳大利亚开发的一种循环式活性污泥法，是在传统SBR工艺和ICEAS（Intermittent Cyclic
ExtendedAerenation System）工艺（周期循环延时曝气系统）基础上发展起来的一种新技术。其每组CAST系统通常由4个池子组成，每池轮流运转，分别完成进水、反应、沉淀、闲置和出水4道工序。在每个池子前端设有一个厌氧反应器（预反应区），部分污泥回流至该区。其工艺特点除具备SBR工艺一般特点外，兼有推流式和完全混合式活性污泥法的优点。因而其处理效果较好，并具有抗冲击负荷、适应水质变化的能力。
工艺特点：CAST工艺是一种循环式活性污泥法，整个工艺为一间歇式反应器，在此反应器中，活性污泥法过程按曝气和非曝气阶段重复，将生物反应过程和泥水分离过程结合在一个池子中进行，其运行模式与传统SBR法类似，有进水、反应、沉淀和出水及必要的闲置等五个阶段组成。从进水至出水结束作为一个周期，每一过程均按所需的设足时间进行切换操作。工艺如图6所示。
图6 CAST工艺
CAST工艺工程实践[6]：
第Ⅰ阶段(2004年5月一6月)，控制进水曝气时的DO<0.5mg/L，纯曝气时的DO浓度在1.0-3.0mg /L。
第II阶段(2004年7月一8月)，控制进水曝气时的DO < 1. 0 m g /L，纯曝气时DO浓度在2.0-5.0 mg /L，保证曝气结束后DO>3.0 mg /L。
第III阶段(2004年9月一10月)，控制进水曝气前30 min的DO<0.5 mg /L，进水曝气后30min的DO浓度在1.0-3.0mg/L，纯曝气阶段DO浓度控制在2.0-3.0mg/L。
1.3.6 接触氧化
工艺简介：接触氧化法的原理是将某种填料浸没于水中并在填料表面和填料间的空隙生成膜状生物污泥，废水与其接触从而得到净化。在接触氧化池中，进行强制性曝气充氧，同时加强废水与生物膜接触，起到搅拌与混合的作用。生物接触氧化是一种介于活性污泥法和生物滤池之间的生物处理技术，兼具两者的优点，在中小规模的污水处理中得到广泛的应用。
工艺特点：（1）生物接触氧化法不需要污泥回流，污泥不发生膨胀，抵御冲击负荷的能力强，受环境因素影响小。所以，日常管理技术要求低、操作简便，提高了整个处理系统的可靠性和稳定性。（2）生物接触氧化法对氧的利用率比活性污泥法高3~ 8 倍，可比活性污泥法减少动力消耗20% ~30%[7]。（3）生物接触氧化池可采用连续运行，也可间断运行。当采用间断运行时，每日间断数小时，恢复运行1 h 后，出水水质就可保持稳定。间断数天，恢复运行1~ 2 d后，出水水质就可保持稳定。间断数月或更长的时间，恢复运行1~ 2周后，出水水质就可保持稳定。
1.3.7 滴滤床(高负荷生物滤池)
工艺简介：滴滤床是由土壤净化原理发展起来的一种普通生物膜处理法，工作原理是污水长期以滴状洒在块状滤料表面，在污水流经的表面会形成生物膜。废水与生物膜接触，进行固、液相的物质交换，生物膜内的微生物在氧的参与下对有机物进行分解，使废水得到净化。同时，生物膜内微生物则不断生长繁殖。生物膜在载体上的生长过程: 当有机废水流过载体时，水中的悬浮物与微生物被吸附于固相表面上，其中的微生物利用有机废物而生长繁殖，逐渐在载体表面形成一层黏液状的生物膜。这层生物膜具有生化活性，又进一步吸附、分解水中的悬浮胶体和溶解状态的污染物。
工艺特点：（1）采用自然通风，不必进行机械鼓风曝气，节约大量的动力。（2）对水量、水质变动有较强的适应性，即使中间停止一段时间供水，对生物膜的净化功能也不会带来明显障碍，系统能迅速启动。（3）无泡沫、污泥膨胀等问题，无需污泥回流。（4）出水效果好且水质稳定，操作简单，维护量小[8]。
工艺如图7所示。
图7 滴滤床
1.3. 8 生态塘
工艺简介：生态塘是以太阳能为初始能源，通过在塘中种植水生作物，进行水产和水禽养殖，形成人工生态系统。在太阳能(日光辐射提供能量) 的推动下，通过生态塘中多条食物链的物质迁移、转化和能量的逐级传递、转化，将进入塘中污水中的有机污染物进行降解和转化，最后不仅去除了污染物，而且以水生作物、水产的形式作为资源回收，净化的污水也作为再生水资源予以回收再用，使污水处理与利用结合起来，实现了污水处理资源化。生态塘处理系统是实现村镇生态环境综合治理的有效工艺。如村镇附近有可利用的天然养鱼塘、天然废塘等条件，可考虑采用该处理系统。
工艺特点：（1）适合不同的处理规模，基建费用低廉。生态塘系统没有复杂的机械设备，工程十分简易，整个系统的基建费用只有常规处理方法的1 /3~ 1 /2。（2）出水水质稳定，回用领域广。生态塘处理的出水一般可以达到二级排放标准，如果设计了脱氮除磷的功能，出水甚至可以达到三级排放标准。（3）材料来源广，就近可得。生态塘系统不需要任何材料，动植物均为土著种类。（4）运行费用低。生态塘系统无需额外动力，运行费用只有常规工艺的10% ~ 50%。（5）管理十分简单，维护容易。设计良好的小型污水生态塘系统几乎不用管理与维护。
运行分析结果如表1所示，单位mg/L。
表1 各单元出水运行结果分析[9]
工艺流程图如图8所示。
图8 生态塘
1.3. 9 人工湿地
工艺简介：湿地处理系统是一种土地处理工艺，它是将污水投放到土壤经常处于饱和状态且生长有芦苇、香蒲等耐水植物的沼泽地上， 使污水沿一定方向流动， 通过耐水植物和土壤联合作用， 污水得到净化。湿地处理系统对污水净化的作用机理是多方面的， 主要有: 物理沉降作用、植物根系的阻截作用、某些物质的化学沉淀作用、土壤及植物表面的吸附与吸收作用、微生物的代谢作用等。人工湿地系统处理后的出水水质可以达到地面水水质标准， 因此它实际上是一种深度处理的方法。特别适合处理饮用水源或景观用水区附近的生活污水或直接对受污染水体的水进行处理， 或者为这些水体提供清洁的水源补充。 工艺特点：（1）能高效地去除有机污染物及氮、磷等营养物。（2）出水水质好， 氮、磷去除处理效率高， 运行维护管理方便， 投资及运行费用低。（3）投资少、建设、运营成本低廉， 其建设成本(吨污水投资) 和运营成本(吨污水处理费)为传统污水处理厂成本的1 /10~ 1 /5[10]， 从而能够节省大量的资金， 经济效益显著。（4）比较适合管理水平不是很高，水处理量及水质变化不很大的城郊或乡村。（5）占地面积较大，对气候要求较高。
人工湿地构造如图9所示。
出水 粗格栅 进水泵房 细格栅 养鱼塘 曝气塘 曝气养鱼塘 苇塘 藕塘 人工湖 旋流式沉砂池 养鱼塘
图9 垂直流人工湿地构造示意图
人工湿地在工程实践上的应用：
宋铁红等[12]通过试验分析了间歇流人工湿地去除生活污水中污染物的效能，结果表明，在进水指标COD 300-500 mg/L、氨氮40-60 mg/L、总磷9-16 mg/L，水力停留时间4 d，各项指标去除率分别为83％、75％、40％。由此推断间歇流可以有效利用大气复氧，缓解植物根系放氧不足的矛盾，有助于污染物的去除。
何蓉等[13]通过小试装置研究了表面流人工湿地对人工模拟生活污水的处理效果，结果表明，表面流人工湿地系统对污水中的COD、TN、TP均有较好的综合净化能力，去除率分别达到75％、75％、73％，其中COD、TN达到一级排放标准分别需3、4d的表观停留时间，TP达到二级排放标准则需6 d的表观停留时间。此外，湿地植物对TN、TP的去除有比较明显的促进作用。
项学敏等[14]采用改进的三级串联垂直流人工湿地对大连市2个典型城市污水处理厂的二级出水进行深度净化处理，并对该人工湿地在夏季、冬季和初春气候条件下的运行效果进行对比，重点考察了其对COD、TN、NH4+- N和TP的去除效果。结果发现，该人工湿地对大连城市生活污水深度净化效果显著，其中COD和TP去除效果稳定，出水水质好于《地表水环境质量标准》(GB 3838- 2002)Ⅲ类质量标准；而出水中TN和NH4+- N分别达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918- 2002)一级A和一级B标准；不同季节人工湿地对各种污染物的去除率及脱除负荷差异不显著。
1.3. 10 厌氧沼气池处理技术