呂錫武

隨著我國城市污水處理率的大幅度提高，農(nóng)村生活污染對水污染的貢獻(xiàn)愈加突出，以太湖流域?yàn)槔r(nóng)村生活污染排放量占所有排放源排放量的比例，化學(xué)需氧量占23%，氨氮占38%，總氮占40%，總磷占38%。加快農(nóng)村生活污水治理，對改善水環(huán)境質(zhì)量十分必要和緊迫。

與城鎮(zhèn)污水處理技術(shù)相比，農(nóng)村生活污水排放分散，處理率低，嚴(yán)重缺乏技術(shù)儲備;同時(shí)，由于小型分散、缺乏專業(yè)管理人員，農(nóng)村生活污水處理工藝不能簡單套用城鎮(zhèn)污水處理廠規(guī)?；I(yè)化的工藝流程，必須操作簡單、易維護(hù)，且具備穩(wěn)定、高效的特點(diǎn)。

針對農(nóng)村生活污水處理，國際上主要有生物處理技術(shù)和生態(tài)處理技術(shù)。生物處理技術(shù)以日本的凈化槽為代表，是一種大型污水處理廠工藝小型集約化的應(yīng)用技術(shù)，用于我國農(nóng)村，存在建設(shè)及運(yùn)行成本高、管理復(fù)雜的問題，且一般不具備除磷功能，不適宜推廣應(yīng)用：單一的生態(tài)處理技術(shù)主要在澳大利亞、北美等土地資源豐富、環(huán)境容量大的地區(qū)應(yīng)用，由于占地較大，處理效果受季節(jié)影響明顯，也不適合在我國農(nóng)村推廣使用。

農(nóng)村生活污水治理的有利條件是：污水無有毒有害物質(zhì)，且富含氮磷，如果把農(nóng)村生活污水治理融入到農(nóng)業(yè)之中，則農(nóng)村生活污水中的氮磷可變廢為寶，成為農(nóng)業(yè)種植所需的寶貴肥料資源，農(nóng)村豐富的生態(tài)容量和農(nóng)田種植業(yè)也完全具備消納生活污水氮磷的強(qiáng)大能力。從該立場出發(fā)的農(nóng)村生活污水治理策略應(yīng)該是：擯棄城市規(guī)?；?、專業(yè)化的污水處理技術(shù)，以源于三農(nóng)、融入三農(nóng)、服務(wù)于三農(nóng)的理念，瞄準(zhǔn)“因地制宜、高技術(shù)、低投資與運(yùn)行成本、易維護(hù)、資源化利用氮磷”的目標(biāo)，構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展的我國農(nóng)村污水治理新模式。

東南大學(xué)在國家“十二五”水專項(xiàng)和省部級專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)的支持下，經(jīng)過多年的持續(xù)研究和開發(fā)，形成了可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)村生活污水生物生態(tài)組合處理成套技術(shù)：厭氧一缺氧生物濾池一跌水充氧接觸氧化裝置一水生蔬菜濾床和浸潤度可控型人工濕地組合工藝。通過對生物方法和生態(tài)工程的優(yōu)化組合，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)村生活污水處理過程中的節(jié)能減排與高效除磷脫氮目標(biāo)，具有節(jié)能、節(jié)地、資源回收以及低投資和運(yùn)行費(fèi)用、易維護(hù)等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了氮磷的資源化利用和污水回用的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)村生活污水治理的理念與工藝創(chuàng)新體現(xiàn)在：處理技術(shù)采用生物生態(tài)組合，生物單元與生態(tài)單元相融合——生物單元去除有機(jī)物，生態(tài)單元作為污染凈化型農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)氮磷去除和資源化利用。與常規(guī)技術(shù)相比，由于生物單元只去除有機(jī)物，不專門設(shè)計(jì)除磷脫氮功能，大幅度簡化了生物單元，既降低了建設(shè)成本，又使得運(yùn)行管理簡單：前置大深徑比厭氧反應(yīng)器可實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的高效去除，降低后續(xù)好氧段有機(jī)負(fù)荷和需氧量：在生態(tài)單元，篩選氮磷吸收能力強(qiáng)、生物量大的空心菜、萵苣、水芹等經(jīng)濟(jì)性作物替代蘆葦、香蒲等傳統(tǒng)濕地植物，在實(shí)現(xiàn)污水中氮磷資源化利用的同時(shí)，產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益，推廣應(yīng)用前景廣闊。

一、生物單元

多級串聯(lián)大深徑比高效厭氧反應(yīng)器

常溫厭氧處理低濃度污水雖然可行，但水力停留時(shí)間較長，往往難以滿足實(shí)際要求。因此，需要提高低濃度污水常溫厭氧處理效率。生物生態(tài)組合體系中，厭氧段需要高效降解有機(jī)物，以降低好氧段有機(jī)負(fù)荷和需氧量，為后續(xù)好氧段實(shí)現(xiàn)低耗能提供保障。從反應(yīng)器流態(tài)看，推流厭氧反應(yīng)器比完全混合反應(yīng)器具有更高的處理效率。多級串聯(lián)大深徑比高效厭氧反應(yīng)器很好解決了這一難題：以水動力學(xué)和反應(yīng)器構(gòu)造原理為基礎(chǔ)，增加厭氧反應(yīng)器的有效水深，形成“大深度，小內(nèi)徑”的特征構(gòu)型，在其內(nèi)部形成整體升流或降流的推流流態(tài);而多級串聯(lián)使水力停留時(shí)間更趨推流，保證厭氧反應(yīng)的高效進(jìn)行。反應(yīng)器內(nèi)填充無紡布或彈性填料，生物附著比表面積大，可有效提高厭氧反應(yīng)效率。在相同容積負(fù)荷的情況下，較大的深徑比也縮減了反應(yīng)器的占地面積。

高適應(yīng)性農(nóng)村生活污水處理的低能耗高效率好氧處理單元

組合工藝中好氧段以氨氮無機(jī)化和有機(jī)物去除為主要功能。常規(guī)小型污水生物脫氮工藝中，曝氣動力消耗一般占動力消耗的80%，是傳統(tǒng)生物處理的主要耗能單元。采用水車驅(qū)動生物轉(zhuǎn)盤、階式跌水、往復(fù)式跌水、拔風(fēng)等自然充氧形式，改變了傳統(tǒng)生物處理曝氣方式，還具有易維護(hù)的特點(diǎn)。

跌水曝氣充氧裝置利用提升污水高度獲得勢能，多級跌落，形成水幕、水滴自然充氧?？砂喾N不同構(gòu)型的充氧裝置，以適應(yīng)不同地形不同水質(zhì)變化的需求。該裝置有梯式和垂直交錯(cuò)跌水兩種類型。垂直交錯(cuò)跌水充氧生物接觸氧化池多級垂直交錯(cuò)分布，利用擋板使污水往復(fù)跌落，占地較梯式可節(jié)省50%以上，且由于占地集中，外圍可建房屋保溫，可適應(yīng)寒冷的北方地區(qū)。水車驅(qū)動生物轉(zhuǎn)盤利用水流跌落的動能帶動水車轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)污水跌落、濺水分散充氧和轉(zhuǎn)盤盤面復(fù)氧的三重充氧作用，處理效果好，適用于較高濃度的生活污水。

脈沖多層復(fù)合濾料生物濾池：自然跌落通風(fēng)充氧，水力負(fù)荷高，占地面積小，可應(yīng)用于水量稍大的農(nóng)村生活污水處理。

反硝化除臭技術(shù)

目前污水廠除臭方法主要有：對已逸出到大氣中的臭氣進(jìn)行收集去除的被動的除臭方法，代表技術(shù)有生物濾池過濾、植物提取液除臭、活性炭吸附、高能離子除臭、化學(xué)除臭和活性氧除臭等：以及通過投藥提高污水中氧化還原電位，避免含氮及含硫化合物產(chǎn)生的主動除臭法。以上方法均需額外的動力設(shè)施和化學(xué)藥劑，運(yùn)行費(fèi)用昂貴，管理難度大，基本不可能在農(nóng)村地區(qū)推廣。創(chuàng)新型的反硝化除臭技術(shù)是利用已有的跌水充氧生物接觸氧化池產(chǎn)生的硝化液和剩余溶氧回流至缺氧池，利用硝酸鹽氧化并稀釋進(jìn)水中的還原性致臭物質(zhì)，簡單高效，成本低廉，解決了污水處理設(shè)施可能存在的臭味問題。

二、生態(tài)單元

生態(tài)單元緊密結(jié)合農(nóng)村種植業(yè)。主要表現(xiàn)為兩方面：用經(jīng)濟(jì)作物替代傳統(tǒng)濕地植物并優(yōu)化濕地構(gòu)型：構(gòu)建污染凈化型農(nóng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)氮磷資源化利用的同時(shí)獲得經(jīng)濟(jì)效益。通過采用水生蔬菜型過濾床、水位及浸潤度可控型潛流人工濕地技術(shù)，有效提高人工濕地的處理效率和經(jīng)濟(jì)效益。種植的水生蔬菜和花卉產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值，可調(diào)動農(nóng)民參與污水處理設(shè)施管理的積極性。同時(shí)還因地制宜地研發(fā)了梯式生態(tài)礫石處理技術(shù)、階式多功能強(qiáng)化生態(tài)凈化塘處理技術(shù)，以及多種構(gòu)型的生態(tài)混凝土護(hù)坡的生態(tài)溝渠沿程降解等技術(shù)，可適應(yīng)不同地區(qū)農(nóng)村需求。

無土栽培與人工濕地集成優(yōu)化技術(shù)

水生蔬菜人工濕地技術(shù)開創(chuàng)性地融合了人工濕地技術(shù)和無土栽培技術(shù)，以生物單元處理后的尾水作為人工濕地內(nèi)水生蔬菜的“營養(yǎng)液”，在人工濕地內(nèi)培植空心菜、水芹、豆瓣菜、番茄、生菜等根系發(fā)達(dá)、生長速率快的蔬菜。同時(shí)，通過攔截顆粒性污染物和水質(zhì)凈化作用，對后續(xù)浸潤度可控人工濕地起保護(hù)作用。

水位及浸潤度可控型潛流人工濕地技術(shù)是利用出水堰（閥）的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對潛流人工濕地內(nèi)水位和浸潤度的控制。一方面引導(dǎo)人工濕地內(nèi)水生蔬菜根系縱向的充分發(fā)展，另一方面強(qiáng)化大氣復(fù)氧能力，改善濾床及基質(zhì)的氧環(huán)境。在北方寒冷地區(qū)應(yīng)用時(shí)，也可以搭建暖棚，保證人工濕地冬季的正常運(yùn)行。

蚯蚓強(qiáng)化濕地生態(tài)功能技術(shù)是在人工濕地中引入水蚯蚓，利用水蚯蚓的“松土”作用改善內(nèi)部的水力傳導(dǎo)以及溶解氧的傳輸，提高濕地生物多樣性，顯著提高濕地去除污染物的能力。實(shí)踐表明，該技術(shù)比傳統(tǒng)人工濕地提高氮磷去除率30%，并消除人工濕地堵塞現(xiàn)象。

污染物沿程多階凈化技術(shù)

充分利用水網(wǎng)豐富，溝塘密集的農(nóng)村地域特征，建設(shè)具有良好生態(tài)效益的生態(tài)塘、生態(tài)溝，實(shí)現(xiàn)污染物從收集到排放，從“溝渠”到“塘庫”到“濕地”的多級沿程凈化低成本生態(tài)處理系統(tǒng)。主要技術(shù)包括生態(tài)溝渠沿程降解、階式多功能強(qiáng)化生態(tài)塘庫、梯式生態(tài)礫石等處理技術(shù)。其中，生態(tài)溝渠沿程攔截技術(shù)采用生態(tài)混凝土護(hù)坡，重建植物群落，結(jié)合沉水植物，恢復(fù)水體的生物多樣性，利用生物、生態(tài)作用實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的凈化：階式多功能強(qiáng)化生態(tài)凈化塘處理技術(shù)依靠塘中的藻、菌共生原理來充分調(diào)動水體的自凈能力，達(dá)到去除氮磷。深度凈化污水處理尾水、改善水體景觀的目的：梯式生態(tài)礫石處理技術(shù)是針對丘陵地區(qū)農(nóng)村的地形特征而開發(fā)的生物生態(tài)高集約化技術(shù)，其將生物單元和生態(tài)單元合并，最大化節(jié)約了占地。

三、生物生態(tài)組合工藝流程

典型的生物生態(tài)組合工藝流程如下：進(jìn)水-高效厭氧-缺氧反硝化-多級跌水接觸氧化-經(jīng)濟(jì)型植物人工濕地-出水;冬季由于厭氧效果不能保證，可在接觸氧化出水處增加回流措施至缺氧池，通過反硝化脫臭技術(shù)消除水的異味。

四、結(jié)語

我國國土面積廣大，農(nóng)村生活污水治理受農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)狀況、人員素質(zhì)、地形地貌、氣候條件等多方面條件約束，單一的污水處理工藝即使再好，也無法適應(yīng)復(fù)雜農(nóng)村條件下的污水處理需求，難以包打天下?？沙掷m(xù)發(fā)展的農(nóng)村污水治理技術(shù)應(yīng)包含多種單元技術(shù)的可選組合技術(shù)系統(tǒng)，具有高適用性、針對性。這就需要將多種農(nóng)村生活污水處理單元?jiǎng)?chuàng)新技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)集成和優(yōu)化組合，形成具有節(jié)能、節(jié)地、高效、低維護(hù)、景觀化、園林化、氮磷資源化特征的多種可選工藝流程，形成高適應(yīng)性、可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)村生活污水處理生物生態(tài)組合成套技術(shù)體系，以滿足我國幅員遼闊的農(nóng)村地區(qū)生活污水治理的不同需求。