符 東，王成端，萬 霞 (四川理工學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院，四川自貢643000)

近年來，我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時也帶來了許多負(fù)面的影響，在以生態(tài)資源為代價的背景下，我國的生態(tài)環(huán)境變得越來越脆弱。水是生命之源，在我國面臨著淡水短缺、水體質(zhì)量下降等問題。在農(nóng)村地區(qū)，由于缺少相關(guān)的污水處理設(shè)施，生活污水大多數(shù)都沒有經(jīng)過任何處理就直接排放到河流和湖泊中，對周圍的環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。同時，這與我國提出的可持續(xù)發(fā)展道路和建設(shè)新農(nóng)村政策不符。

在我國城鎮(zhèn)發(fā)展過程中，市政污水處理系統(tǒng)將指定排污范圍內(nèi)的污水收集后，由城市污水管網(wǎng)輸送到污水處理廠進(jìn)行集中處理。但是，我國農(nóng)村等較為偏遠(yuǎn)的地區(qū)發(fā)展還較為落后，這些地方的生活污水處理目前沒有得到較好的解決。然而，要將這些地方的生活污水全部收集到污水處理廠，將會花費(fèi)高昂的污水管道建設(shè)費(fèi)用。這些管網(wǎng)收集不到的生活污水稱為分散式生活污水［1］。國家環(huán)?？偩职l(fā)布了相關(guān)政策，要求對分散式污水進(jìn)行處理后達(dá)標(biāo)排放［2］。分散式生活污水隨意排放，對周圍的環(huán)境造成不良影響，所以，開發(fā)經(jīng)濟(jì)高效的分散式生活污水處理工藝迫在眉睫。

1 生活污水分散處理的意義

我國污水處理的主要方式為集中式處理。污水的集中處理有處理效果好、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，但是收集污水需要大量的管網(wǎng)系統(tǒng)，這樣會造成投資大、運(yùn)行費(fèi)用高。同時，當(dāng)今社會面臨著水資源短缺的問題，特別是我國已經(jīng)到了嚴(yán)重缺水的地步，污水的回收與再利用必然會成為污水處理的重點(diǎn)策略。據(jù)報道，污水在管網(wǎng)輸送的過程中會出現(xiàn)污水的滲漏［3］。未經(jīng)處理的污水滲漏到自然環(huán)境中，不僅對環(huán)境造成了污染，而且對水資源的回收利用、水資源的可持續(xù)發(fā)展是極為不利的。所以將污水進(jìn)行就地處理和回用，是目前積極倡導(dǎo)的污水處理模式，即污水分散式處理。

2 分散式生活污水處理技術(shù)國內(nèi)外研究進(jìn)展

我國對農(nóng)村生活污水分散處理的研究起步于20世紀(jì)90年代初，與其他的發(fā)達(dá)國家相比在技術(shù)經(jīng)驗(yàn)、管理維護(hù)和技術(shù)推廣等方面都存在明顯的不足。韓昌富等［4］設(shè)計了一種新型的集成式系統(tǒng)，利用太陽能作為能源處理分散式生活污水;范爭濤等［5］提出了一種利用車載一體化移動式裝備處理分散式生活污水的設(shè)想;洪嘉年［6］用快速滲濾技術(shù)處理生活污水，經(jīng)過處理過后的污水能夠達(dá)到城鎮(zhèn)生活污水的排放標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)報道，使用一種生物支架人工濕地(bio-rack wetlands)系統(tǒng)處理被污染的河水，效果較為明顯［7］。

30多年前，一些發(fā)達(dá)國家的科研人員就對污水的分散式處理展開了研究。日本在2000年左右開始對偏遠(yuǎn)地區(qū)的生活污水進(jìn)行分散處理，目前提出了兩套工藝較為成熟的凈化槽技術(shù)，一種是主要對生活污水進(jìn)行處理的合并處理凈化槽;一種是針對非生活污水進(jìn)行深度處理的凈化槽。澳大利亞科學(xué)和工業(yè)研究組織的專家指出，“FILTER”污水分散處理技術(shù)對生活污水進(jìn)行分散式處理具有較好的效果［8］。美國Lesliel.L和Behrends等在人工濕地的基礎(chǔ)上提出了一種新的排水和填充系統(tǒng)(drained and filled system)，使人工濕地變?yōu)橐粋€微生物反應(yīng)器，提高系統(tǒng)的處理效率;David A.Flowers等認(rèn)為人工濕地部分出水回流，可以提高人工濕地對磷的去除能力;由于人工濕地在冬天的處理效果不穩(wěn)定，設(shè)計了一種供暖設(shè)備，在冬天加熱人工濕地的進(jìn)水，以提高濕地的處理效果。

3 主要的分散式生活污水處理技術(shù)

3.1 人工濕地處理技術(shù) 人工濕地(constructed wetland)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種建設(shè)成本低、運(yùn)行費(fèi)用低的廢水處理技術(shù)［9］，它在處理鄉(xiāng)村、小區(qū)、機(jī)場等分散式污水方面綜合效果明顯。研究發(fā)現(xiàn)，人工濕地系統(tǒng)對有機(jī)物、氮和磷有較高的去除率。人工濕地是由人工制造的具有與濕地類似作用的污水處理系統(tǒng)，主要由基質(zhì)、植物和微生物構(gòu)成，主要是通過這三者相互作用去除污染物。在人工濕地中有機(jī)物的去除主要是通過微生物的好氧與厭氧降解完成的［10］。微生物的硝化和反硝化作用被認(rèn)為是人工濕地去除污水中氮的主要機(jī)理，人工濕地除氮機(jī)理是一個較為復(fù)雜的過程，到目前為止科學(xué)家們提出了不同的去除機(jī)理。有研究表明［11］，向污水中添加碳源可以顯著提升氮的去除率。人工濕地的脫磷過程主要有基質(zhì)的吸附、植物和微生物吸收［12－13］。并且基質(zhì)的不同對磷的去除也有顯著的影響，在研究基質(zhì)對磷的吸附時，可采用Langmuir方程來計算吸附量。水生植物的根可以直接吸收和沉降污水中的氮磷等物質(zhì)。人工濕地處理污水的效率較不穩(wěn)定，影響因素較多。一是水力停留時間。微生物降解廢水中的污染物需要一定的時間，停留時間應(yīng)該適當(dāng)?shù)难娱L，最好應(yīng)接近理論停留時間［14］。二是濕地植物。植物可以直接吸收一部分氮磷，不同的植物對污染物的去除效果差異較大。為人工濕地選擇植物時，應(yīng)當(dāng)考慮去除的目標(biāo)污染物。同時，植物要定期收割，以加快植物對污水中污染物的吸收［15］。三是溫度。有研究發(fā)現(xiàn)［16］，季節(jié)變化對有機(jī)物和氨氮的去除率影響較大，一般在冬季人工濕地對污染物的去除率較低，因?yàn)榈蜏赜绊懥宋⑸锏幕钚?。微生物反硝化最合適的溫度范圍為10～30℃［17］。不同人工濕地對不同污水的處理效果不同(表1)。

表1 人工濕地處理生活污水的效果 %

3.2 地下滲濾技術(shù) 地下滲濾系統(tǒng)是將污水輸送到距地表約60 cm左右深的具有一定結(jié)構(gòu)的土壤中，使污水經(jīng)土壤滲濾作用下向周圍擴(kuò)散且達(dá)到處理要求的過程。污水在流動過程中通過微生物降解和植物吸收以及沉淀等方式被凈化。李斌等［21］發(fā)現(xiàn)地下滲濾系統(tǒng)對生活污水中各污染物的去除效果較好，對NH3-N、COD、總氮和磷的平均去除率都在50%左右，表明該系統(tǒng)有較好的污水凈化能力。地下滲濾系統(tǒng)對TN的去除效果不是很理想，氮的去除機(jī)理包括植物吸收、微生物降解和氨的揮發(fā)［22］。在地下滲濾系統(tǒng)中，有機(jī)氮首先在微生物的作用下轉(zhuǎn)化為氨氮，接著微生物通過硝化作用將氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，最終通過反硝化細(xì)菌的反硝化作用轉(zhuǎn)化為氮?dú)饣虻趸衔锒鴵]發(fā)［23］。污水中的無機(jī)氮可以被植物根系吸收，但吸收的量通常很小，僅占總氮的10%左右。一般的氨氮揮發(fā)作用主要發(fā)生在土壤pH＞8.0的情況下，然而通常情況下生活污水呈中性。所以，地下滲濾系統(tǒng)中氮的去除機(jī)理主要是硝化－反硝化作用。微生物的硝化－反硝化作用與系統(tǒng)中的氧含量密切關(guān)系，反硝化過程只有在缺氧的條件下才能順利進(jìn)行。所以系統(tǒng)的氧含量與系統(tǒng)的去除效果有著很大的關(guān)系［24］。地下滲濾系統(tǒng)處理生活污水的效果見表2。

表2 地下滲濾系統(tǒng)處理生活污水的效果 %

3.3 凈化槽技術(shù) 凈化槽是起源于日本的一種小型分散式生活污水處理裝置。污水進(jìn)入凈化槽后，首先通過沉淀分離槽將懸浮物和顆粒較大的物質(zhì)分離。在厭氧階段，厭氧室中負(fù)載有不同的厭氧生物膜，污水通過微生物的厭氧降解去除部分污染物。在好氧階段，通過曝氣提高水中的溶解氧，好養(yǎng)微生物可氧化分解剩余的可溶性有機(jī)物。經(jīng)過處理后的污水通過沉淀池沉淀以及消毒后外排。

目前，在日本凈化槽技術(shù)已經(jīng)非常成熟，經(jīng)過凈化槽處理后的出水達(dá)到了國家一級標(biāo)準(zhǔn)。單獨(dú)處理凈化槽本身只是一種廁所，它僅僅作為一種貯水容器［28］。由于凈化槽對P的去除效果不是很好，而通過電化學(xué)絮凝法與凈化槽技術(shù)組合工藝可以大大提高污水中P的去除率［29］。王昶等［30］開發(fā)了一種適用于農(nóng)村生活污水分散處理的高效凈化槽，通過優(yōu)化工藝提高了凈化槽的抗沖擊性和系統(tǒng)的出水水質(zhì)。

目前，凈化槽技術(shù)的發(fā)展趨勢主要為:通過改變厭氧和好氧室里的填料，來增加凈化槽對污水的去除率;在滿足污水排放標(biāo)準(zhǔn)的前提下，盡量減小凈化槽的占地面積。在我國，由于凈化槽技術(shù)研究起步較晚，在技術(shù)和管理上都還很不成熟。今后除了要深入研究和完善凈化槽技術(shù)，還要學(xué)習(xí)相關(guān)的管理維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，并且加大推廣力度。凈化槽技術(shù)處理生活污水的效果見表3。

表3 凈化槽技術(shù)處理生活污水的效果 %

3種分散式污水處理技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)(表4)，目前還有化糞池技術(shù)、浮床處理技術(shù)、穩(wěn)定塘處理技術(shù)、生物膜技術(shù)、厭氧沼氣處理技術(shù)等。

表4 3種分散式生活污水處理技術(shù)比較

4 結(jié)語

污水分散式處理思想不僅符合可持續(xù)發(fā)展道路，還避免了先污染后治理的問題，同時我國是一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)村在我國占據(jù)著舉足輕重的地位，對農(nóng)村生活污水分散式處理，可以大大改善農(nóng)村地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，節(jié)省相關(guān)的基礎(chǔ)建設(shè)費(fèi)用，以及減少污水在管道輸送過程中造成的浪費(fèi)。研究表明，目前分散式生活污水處理技術(shù)是可行的，技術(shù)較為成熟，出水達(dá)到了國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。

分散式生活污水處理在污水處理領(lǐng)域具有良好的發(fā)展前景，人工濕地處理技術(shù)和生態(tài)廁所在我國部分城市和農(nóng)村都有應(yīng)用。人工濕地處理技術(shù)與城市景觀的結(jié)合，以及設(shè)備的簡化及運(yùn)行成本的降低，將是下一步的研究重點(diǎn)。

［1］黃琳麗，潘晶，孫鐵珩，等.我國分散式生活污水生態(tài)處理綜析［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39(2):877 －879，888.

［2］郭永龍，武強(qiáng)，王焰新，等.分散式生活污水污染源的治理技術(shù)與方法述評［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2004，27(1):100 －102.

［3］陸賓.淺談分散式污水處理技術(shù)及發(fā)展趨勢［J］.江西建材，2013(4):78－79.

［4］HAN C F，LIU J X，LIANG H W，et al.An innovative integrated system utilizing solar energy as power for the treatment of decentralized wastewater［J］.Journal of environmental sciences，2013，25(2):274 －279.

［5］范爭濤，潘瑞玲，潘振鵬.車載移動式一體化裝備用于農(nóng)村生活污水的處理［J］.水污染防治，2014(10):31 －33，118.

［6］洪嘉年.農(nóng)村污水處理和處置方案初探［J］.給水排水，2004，30(7):31－33.

［7］WANG J，ZHANG L Y，LU S Y，et al.Contaminant removal from low-concentration polluted river water by bio-rack wetlands［J］.Journal of environmental science，2012，24(6):1006 －1013.

［8］張增勝.農(nóng)村分散式污水處理適用技術(shù)及機(jī)理研究［D］.上海:東華大學(xué)，2010.

［9］夏漢平.人工濕地處理污水技術(shù)的機(jī)理與效率［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2002，21(4):51 －59.

［10］湯顯強(qiáng)，黃歲樑.人工濕地去污機(jī)理及其國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.水處理技術(shù)，2007，33(2):9 －13.

［11］LU S L，HU H Y，SUN Y X，et al.Effect of carbon source on the denitrification in constructed wetlands ［J］.Journal of environmental science，2009，21(8):1036 －1043.

［12］謝龍，汪德爟，戴昱.水平潛流人工濕地有機(jī)物去除模型研究［J］.中國環(huán)境科學(xué)，2009，29(5):502 －505.

［13］吳振斌，成水平，賀鋒.垂直流人工濕地的設(shè)計及凈化功能初探［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2002，13(6):715 －718.

［14］周金娥，唐立峰.人工濕地系統(tǒng)的除污機(jī)理及影響因素探討［J］.土壤，2009，41(4):520 －524.

［15］高志峰，曲軍超.人工濕地凈污效果影響因素分析［J］.水科學(xué)與工程技術(shù)，2009(2):38 －40.

［16］王世和，王薇，俞燕.潛流式人工濕地的運(yùn)行特性研究［J］.中國給水排水，2003，19(4):9 －11.

［17］VYMAZAL J.Removal of nutrients in various types of constructed wetlands［J］.Science of total environment，2007，380:48 －65.

［18］梁幫強(qiáng).強(qiáng)化人工濕地工藝處理生活污水中試研究［D］.重慶:西南大學(xué)，2011.

［19］黃逸群.人工濕地處理城鎮(zhèn)生活污水的效用研究［D］.泰安:山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008.

［20］丁雷.人工濕地的設(shè)計及凈化養(yǎng)殖污水功能的研究［D］.泰安:山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.

［21］李斌，楊繼富，樊國中.農(nóng)村分散生活污水地下滲濾系統(tǒng)處理技術(shù)研究［J］.中國農(nóng)村水利水電，2013(4):20－23.

［22］李英華，孫鐵珩，李海波，等.地下滲濾系統(tǒng)脫氮的研究進(jìn)展［J］.河南師范大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2009，37(4):87 －91.

［23］史莉，張笑一.地溝式污水土地處理+人工濕地中植物對磷的去除效果［J］.生態(tài)環(huán)境，2003，12(3):289 －291.

［24］王志帥，王成端.人工快速滲濾系統(tǒng)主要技術(shù)研究的國內(nèi)進(jìn)展［J］.四川理工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2011，24(4):493 －496.

［25］閆亞男，張列寧，席北斗，等.改良化肥池/地下土壤滲濾系統(tǒng)處理農(nóng)村生活污水［J］.中國給水排水，2011，27(10):69 －72.

［26］鄭彥強(qiáng)，盧會霞，許偉，等.地下滲濾系統(tǒng)處理農(nóng)村生活污水的研究［J］.環(huán)境工程學(xué)報，2010，10(4):2235 －2238.

［27］蔡世濤，王成端，徐慶元，等.無礫石微孔管地下滲濾系統(tǒng)試驗(yàn)研究［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2011，34(3):98 －101.

［28］RENOUS S，GIVAUSAN J G，POULAIN S，et al.Landfill leachate treatment:Review and opportunity［J］.Journal of materials，2008，150(3):468－493.

［29］陳男，馮穎，馮傳平，等.點(diǎn)絮凝法去除合并凈化草槽出水中的磷［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2008，31(9):103 －106.

［30］王昶，杜曉雪，賈青竹，等.家庭生活污水分散處理凈化槽的研究［J］.水處理技術(shù)，2008，34(2):79 －82.

［31］高山，吳明生，吳林林，等.生物凈化槽對黑臭河水凈化效果的中試研究［J］.中國環(huán)境科學(xué)，2008，28(5):433 －437.

［32］干鋼，唐毅，郝曉偉，等.日本凈化槽技術(shù)在農(nóng)村生活污水處理中的應(yīng)用［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2013，7(5):1791 －1796.

［33］楊帆，梁和國.地埋式生物凈化槽處理農(nóng)村生活污水效果分析［J］.長江大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2014，29(11):59 －65.