一、緒論
1、農(nóng)村生活污水處理現(xiàn)狀
近年來，隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和農(nóng)民生活質(zhì)量的顯著提高，農(nóng)村生活用水量和用水保證率也大幅度上升，從而帶來了農(nóng)村生活污水量的大幅度增加。然而，據(jù)建設(shè)部2005年10月對9省43縣74村莊的入村入戶調(diào)查報(bào)告《村莊人居環(huán)境現(xiàn)狀與問題》顯示，96%的村莊沒有排水渠道和污水處理系統(tǒng)。農(nóng)村生活污水主要通過以下三種途徑排入地表環(huán)境：（1）直接灑向地面；（2）就近排入河道；（3）通過下水道排入河道。農(nóng)村生活污水收集處理不當(dāng)，已對農(nóng)村生態(tài)環(huán)境和人居環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，對地表水和淺層地下水的污染，也已成為威脅農(nóng)村飲水安全新的隱患。
據(jù)調(diào)查，在農(nóng)村生活污水收集方面，目前我國大部分農(nóng)村缺乏完善的排水設(shè)施，已有的排水管渠是隨著農(nóng)村的發(fā)展而逐步建立的，因而缺乏整體性和系統(tǒng)性，排泄能力較差。在農(nóng)村生活污水處理方面，缺乏污水處理設(shè)施，生活污水處理能力低，設(shè)施不配套或不完善，污水處理設(shè)施的建造與運(yùn)行遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于新增加的排污量；此外，由于各地的經(jīng)濟(jì)狀況、環(huán)保意識、人群素質(zhì)等原因，更多的農(nóng)村生活污水沒有經(jīng)過處理直接地表環(huán)境。
因此，系統(tǒng)研究生態(tài)技術(shù)處理農(nóng)村生活污水的適宜性，加強(qiáng)農(nóng)村生活污水無害化處理與資源化利用，突破現(xiàn)有技術(shù)瓶頸，通過在全國范圍內(nèi)的試驗(yàn)示范，提出有針對性的適合我國農(nóng)村特點(diǎn)的處理模式，是廣大農(nóng)村生活污水處理和資源化利用的現(xiàn)實(shí)需求，對避免因農(nóng)村生活污水直接排入而引起農(nóng)村水體、土壤和農(nóng)產(chǎn)品的污染，確保農(nóng)村水源安全和廣大農(nóng)民群眾的身體健康具有重要意義。
2、我國農(nóng)村生活污水處理基本要求
（1）低成本
低成本主要是從處理設(shè)施建設(shè)方面來考慮，應(yīng)該考慮使用較為便宜的材料和設(shè)備及技術(shù)，盡可能就地取材，在滿足需要的前提下，以簡單實(shí)用為原則。污水收集管網(wǎng)建設(shè)投資占整個農(nóng)村生活處理工程投資的比例較大，因此合理選擇污水收集方式和處理設(shè)施十分重要。合理的收集方式主要有自然地理?xiàng)l件決定，主要通過與優(yōu)化布局實(shí)現(xiàn)；處理設(shè)備的成本由設(shè)施構(gòu)建材料和設(shè)備及技術(shù)構(gòu)成。因此，價(jià)格低廉的構(gòu)建材料和設(shè)備、較低的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用（如電費(fèi)、人工費(fèi)）是低成本農(nóng)村污水處理設(shè)施的基本要求。
（2）少維護(hù)
少維護(hù)主要是從運(yùn)行管理方面來考慮，復(fù)雜的操作和經(jīng)常性維護(hù)很難適應(yīng)當(dāng)前乃至今后相當(dāng)長時間內(nèi)的農(nóng)村實(shí)際，無論是人員素質(zhì)還是維護(hù)經(jīng)費(fèi)都要求處理設(shè)施盡可能減少人工干預(yù)。為了加強(qiáng)污水處理的設(shè)備管理、工藝管理和水質(zhì)管理，保證污水處理安全正常運(yùn)行，達(dá)到凈化水質(zhì)、處理和處置污泥、保護(hù)環(huán)境的目的，對農(nóng)村污水處理設(shè)施進(jìn)行維護(hù)時十分必要的，考慮到農(nóng)村的特點(diǎn)，處理設(shè)施應(yīng)具有少維護(hù)、操作簡便、運(yùn)行費(fèi)用低的特征，同事污水處理的運(yùn)行、維護(hù)及其安全應(yīng)符合國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
（3）生態(tài)化
生態(tài)化主要是從技術(shù)選擇方面來考慮，盡管是我國南方的北方農(nóng)村有許多差異，但相對于城市都具有較為豐富的土地、植物或水體，因此，在處理設(shè)施方案確立上，應(yīng)優(yōu)先考慮采用土地植物處理的生態(tài)化方法，并盡可能就地使用處理后的生活污水，達(dá)到污水資源化的目的。事實(shí)上，農(nóng)村污水處理設(shè)施的低成本要求間接決定了其處理設(shè)施和處理過程的生態(tài)化，農(nóng)村污水處理設(shè)施應(yīng)充分利用生態(tài)系統(tǒng) 的自然凈化能力，在維護(hù)生態(tài)平衡的基礎(chǔ)上，借助于人工措施，進(jìn)一步強(qiáng)化自然凈化能力，以滿足處理農(nóng)村生活污水的要求。
（4）效果好
效果好主要是從處理設(shè)施的水力負(fù)荷、溫度變化、進(jìn)出水質(zhì)等方面考慮，我國農(nóng)村的生活習(xí)慣決定了農(nóng)村生活污水排放具有間歇性和集中性的特點(diǎn)，而且水質(zhì)變化范圍大。因此處理設(shè)施水力負(fù)荷抗沖擊能力要大，同時應(yīng)考慮設(shè)施在冬天低溫條件下的運(yùn)行問題，確保全年處理設(shè)施能夠正常運(yùn)行，排水水質(zhì)能夠達(dá)標(biāo)排放。
①水力負(fù)荷要高。隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，農(nóng)村地區(qū)生活水平不斷提高，農(nóng)村生活污水量也日益增大，因此所開發(fā)的處理技術(shù)必須能夠達(dá)標(biāo)排放。
②處理后的水質(zhì)要好。一方面，生活污水中含有較高的人畜糞尿成分和氮、磷等，故處理時不僅要能夠削減有機(jī)物，還要能夠進(jìn)行脫氮除磷；另一方面，隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，對水資源的需求劇增，因此所開發(fā)的處理技術(shù)應(yīng)盡可能滿足污水資源化利用的標(biāo)準(zhǔn)。
③抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，村鎮(zhèn)人口較少，分布廣而且分散，生活污水水質(zhì)、水量波動性大，排水管網(wǎng)很不健全，因此，污水處理工藝應(yīng)有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力，且就近單獨(dú)處理。
④不易堵塞，能夠終年運(yùn)行。應(yīng)考慮設(shè)施在冬季低溫條件下的運(yùn)行問題，確保全年處理設(shè)施能夠正常運(yùn)行，排水水質(zhì)能夠達(dá)標(biāo)排放；選擇的基質(zhì)慮料不易堵塞，處理措施的使用壽命要盡可能長。

二、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
1、進(jìn)水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
《鎮(zhèn)（鄉(xiāng)）村排水工程技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，居民生活污水定額和綜合生活污水應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)夭捎玫南嚓P(guān)用水定額，結(jié)合建筑物內(nèi)部給排水設(shè)施水平等因素確定，可按當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)用水定額的75%-90%。設(shè)計(jì)水量應(yīng)與當(dāng)?shù)嘏潘�普及率相一致。綜合生活污水總量變化系數(shù)宜按本規(guī)程表1的規(guī)定取值。

表 1 綜合生活污水總量變化系數(shù)

污水平均日流量（ L/s ）	5	15	40	70	100
總變化系數(shù)	2.5	2.2	1.9	1.8	1.6

注：1.當(dāng)污水平均日流量為中間數(shù)值時，總變化系數(shù)用內(nèi)插法求得。
    2.當(dāng)污水平均日流量大于100L/s時，總變化系數(shù)按《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50014）采用。
    3.當(dāng)居住區(qū)有實(shí)際生活污水量變化資料時，可按實(shí)際數(shù)據(jù)采用。

農(nóng)村生活污水的設(shè)計(jì)水質(zhì)宜以實(shí)測值為基礎(chǔ)分析確定，在無實(shí)測資料時，可按《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50014）采用。
2、出水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
上海市發(fā)布的《上海市農(nóng)村生活污水處理工程出水水質(zhì)暫行規(guī)定》規(guī)定，農(nóng)村生活污水處理系統(tǒng)出水感官清澈透明，無異味；出水水質(zhì)評價(jià)采用四項(xiàng)指標(biāo)：化學(xué)需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）和總磷（TP）；分析方法采用《城鎮(zhèn)污水處理廠污染排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918）規(guī)定的水污染物分析方法。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表 2 上海市農(nóng)村生活污水處理工程出水水質(zhì)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 單位： mg/L

項(xiàng)目		標(biāo)準(zhǔn)值
		水源保護(hù)區(qū)（一級）	其他地區(qū)（二級）
化學(xué)需氧量（ COD ）	≤	60	100
五日生化需氧量（ BOD 5 ）	≤	20	30
氨氮（ NH 3 -N ）	≤	8	25
總磷（ TP ）	≤	1	3

三、接觸氧化+人工濕地處理技術(shù)
1、概述 
污水通過管網(wǎng)收集經(jīng)格柵后進(jìn)入沉淀調(diào)節(jié)池進(jìn)行預(yù)處理，沉淀截留部分污染物，池體進(jìn)行水封處理，形成厭氧環(huán)境，在微生物作用下進(jìn)行厭氧兼氧反應(yīng)，降解部分有機(jī)物，分解部分大分子有機(jī)物，增強(qiáng)其可生化性，降低后續(xù)處理的負(fù)荷。
微曝處理池+斜管沉淀采用間歇式曝氣—生物接觸氧化法—斜管沉淀相結(jié)合的處理技術(shù)。針對農(nóng)村生活污水來源的單一性和污水水量間歇性波動等特點(diǎn)，通過間歇性曝氣，進(jìn)行生物接觸氧化，使好氧—兼氧生化過程在一個處理單元中得以完成，這一過程在滿足對主要污染物處理的同時，又提高了對氮的轉(zhuǎn)化和去除的效率，并且降低處理運(yùn)行費(fèi)用。污水經(jīng)斜管沉淀池沉淀后，進(jìn)一步取出水中污泥等顆粒物，降低后續(xù)處理負(fù)荷。
生態(tài)模塊（多介質(zhì)生態(tài)床技術(shù)）是潛流型人工濕地的改進(jìn)工藝，它將毛管浸潤（濾層分離）、微生物氧化、介質(zhì)吸附、固定和生物提取有機(jī)結(jié)合，采用在亞表層布水的方式投配污水，將污水投配到具有一定構(gòu)造和良好擴(kuò)散性能的介質(zhì)層中，模塊中綠化根系處于該層中，由于植物根系的左右，在根系周圍形成好氧—兼氧—厭氧帶，利于污水中氨氮的硝化與反硝化反應(yīng)的進(jìn)行，另外，布水管及集水管上的通氣孔也可以對模塊進(jìn)行有效復(fù)氧，使污水中的污染物在生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)中進(jìn)行分離、降解、吸附和固定，凈化水質(zhì)，使污水中的能量通過生態(tài)系統(tǒng)的能量流動逐級充分利用，以維持生態(tài)系統(tǒng)的良性平衡。工藝參數(shù)見表3。

表 3 工藝參數(shù)

沉淀調(diào)節(jié) HRT	微曝 氣水比	曝氣方式	生態(tài)模塊 體積負(fù)荷	微曝處理池 HRT	裝機(jī)功率
12h	8-10	間隙性曝氣	0.13-0.33 m 3 /m 3 · d	4-6h	1-2Kw

2、系統(tǒng)組成
（1）工藝流程（見圖1）

 

（2）主要處理單元
①格柵收集池
農(nóng)村居民的生活污水由污水管網(wǎng)收集，接入污水處理系統(tǒng)。污水首先經(jīng)過提籃格柵過濾，去除污水中的大塊雜物，以防堵塞水泵。提籃格柵截留的大塊雜物定期清除，作為垃圾處理。
②厭氧高效生物濾池
厭氧高效生物濾池（如圖2）由沉淀區(qū)和酸化調(diào)節(jié)區(qū)組成，污水自流進(jìn)入?yún)捬醺咝�生物濾池，先在沉淀區(qū)進(jìn)行初沉，去除污水中的部分懸浮物，降低后續(xù)生物處理的負(fù)荷，然后流入酸化調(diào)節(jié)區(qū)，調(diào)節(jié)水質(zhì)均衡水量。沉淀的污泥定期由抽糞車或人工清掏，外運(yùn)處理。

③兼氧微曝濾池

兼氧微曝濾池（如圖3）由微曝區(qū)和斜管沉淀區(qū)組成，調(diào)節(jié)區(qū)中的污水由提升泵送入微曝區(qū)進(jìn)行曝氣預(yù)處理，附著生長在填料上的兼氧微生物把水中大分子有機(jī)物分解成小分子有機(jī)物，流經(jīng)池子的廢水在兼氧微生物的作用下，有機(jī)物濃度降低，降解的物質(zhì)一部分用于微生物的自身繁殖，另一部分用于在后續(xù)處理中的好氧反應(yīng)和植物吸收。過程中不會產(chǎn)生大量的剩余污泥和可燃性氣體，從而不會引起二次污染等問題。池中掛有組合式填料，為微生物的生長提供良好的固定生活場所。污水經(jīng)微曝區(qū)反應(yīng)后進(jìn)入斜管沉淀區(qū)，在重力的作用下，達(dá)到泥水分離的效果。斜管沉淀池是所有沉淀池中去除泥沙效率最好的一種，其水力負(fù)荷為其他沉淀池的2-3倍，能有效降低沉淀池容占地面積。一般農(nóng)村污水處理采用的斜管孔徑為ф60，片厚0.5mm。安裝時傾角為60°，有效長度為1000mm，垂直高度為886mm，斜管填料起到促進(jìn)懸浮物的加速沉淀的作用。污泥經(jīng)沉降后，自流進(jìn)入潛流型生物濾池。斜管沉淀池中排放的污泥以微生物為主，定期排放，亦可作為肥料還田。
④潛流型生物濾池
潛流型生物濾池由推流式濾池和垂流式濾池串聯(lián)組成，污水經(jīng)沉淀過濾后自流到潛流型生物濾池中的推流式濾池，推流式濾池剖面圖（如圖4所示）

布水管和集水管分設(shè)在池的兩端，池內(nèi)兩邊是4-5公分的碎石，中間部分是多介質(zhì)層，由下往上依次為2mm厚塑料薄膜、公分石、砂層、綠化層，污水以推流的方式從左往右流動，一次經(jīng)過碎石層、多介質(zhì)層、碎石層，最后由右邊碎石層中集水管收集后流入垂流式濾池。垂流式濾池剖面圖（如圖5所示）

多介質(zhì)層由下往上依次為防滲膜、原質(zhì)土保護(hù)層、碎石層、下層集水管道、公分石層、爐渣吸附層、上層布水管道、砂層、綠化層。污水進(jìn)入垂流式濾池后，由上層布水管道進(jìn)行向下布水，污水由于重力作用流經(jīng)爐渣吸附層、公分石層后，由下層集水管道收集后流出垂流式濾池，達(dá)標(biāo)排放。
潛流型生物濾池的作用主要是截留水中的污染物，在不同微生物的作用下，進(jìn)行好氧、厭氧和兼氧反應(yīng)，不同程度地把水中的含碳、氮、磷的有機(jī)物質(zhì)分解成小分子物質(zhì)及無機(jī)物質(zhì)。同時，生長在潛流型生物濾池中的植物根據(jù)自身的需要，通過根系把廢水中的營養(yǎng)物質(zhì)吸收到體內(nèi)，在光合作用下把該類物質(zhì)轉(zhuǎn)變成自身的組成部分。到此，水中的大部分氮磷等富營養(yǎng)化物質(zhì)被轉(zhuǎn)移到植物體內(nèi)，使污水資源轉(zhuǎn)化為植物體內(nèi)的有用資源。水中的大量微小懸浮物流經(jīng)生態(tài)模塊時，被模塊中的“土壤”攔截，從而污水得到凈化。
該系統(tǒng)的處理效果預(yù)測如下：COD和BOD去除率約為50%-90%，SS去除率約為70%-90%，氨氮去除率約為50%-80%。潛流型生物濾池中主要種植美人蕉、麥冬草、冬青樹等四季常青植物，起到綠化環(huán)境，凈化空氣，降溫增濕，改善局部環(huán)境的作用，給該地區(qū)的人們創(chuàng)造一個優(yōu)美的生活環(huán)境。
⑤自控系統(tǒng)
考慮到新農(nóng)村建設(shè)逐步進(jìn)行的特點(diǎn)和農(nóng)村污水水量的波動性，為了盡可能降低電力消化，要求鼓風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)自動控制，其控制條件為：污水提升泵啟動時鼓風(fēng)機(jī)同時啟動，污水泵停止后鼓風(fēng)機(jī)繼續(xù)曝氣，直到設(shè)定的延伸時間后停止曝氣，延伸時間為20-60分鐘；鼓風(fēng)機(jī)也可以設(shè)置為間歇啟動，啟動和停止時間均為0-180分鐘可調(diào)。調(diào)節(jié)區(qū)設(shè)液位控制器，水位低于提升泵電機(jī)時提升泵停止運(yùn)行，以保護(hù)水泵；水位高于提升泵電機(jī)0.3m時，提升泵啟動運(yùn)行。
（3）案列
①典型設(shè)計(jì)案例運(yùn)行總體情況
案例：閔行區(qū)浦江鎮(zhèn)新風(fēng)村7組（新風(fēng)4#系統(tǒng)）

服務(wù)人口	設(shè)計(jì)水量	占地面積	投資額	建造時間	運(yùn)行年數(shù)	目前運(yùn)行狀況	運(yùn)行費(fèi)用
170 人	20 噸 / 天	88m2	11.6 萬	09 年 6 月	3 年	良好	2.88 元 / 天

表4為運(yùn)行基本情況，運(yùn)行費(fèi)用為日常電費(fèi)，日常維護(hù)還需要部分人工費(fèi)用，包括日常巡查、檢修水泵、清理污泥、綠化養(yǎng)護(hù)等，建立專業(yè)規(guī)模維護(hù)隊(duì)伍后，單個系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用將大大降低。
經(jīng)過長期跟蹤觀察監(jiān)測，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，出水中主要監(jiān)測指標(biāo)CODCr、BOD5、氨氮、SS、pH等均可以穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）二級標(biāo)準(zhǔn)以上。跟蹤監(jiān)測18個月（自2009年7月，前六個月每月一次，后每兩月一次），其CODCr、氨氮監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖6、圖7所示具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

②典型案例不同環(huán)節(jié)出水水質(zhì)數(shù)據(jù)及削減率貢獻(xiàn)
經(jīng)監(jiān)測污水處理系統(tǒng)各階段出水情況及削減率平均如表5所示（除pH外，均以mg/L計(jì)）。

表 5 水質(zhì)情況分析表

工藝段	項(xiàng)目	COD Cr	BOD 5	氨氮	SS	PH
格柵	進(jìn)水	275	148	63	210	7.43
	出水	248	136	63	145	7.42
	去除率	11%	8%	-	30%	-
厭氧調(diào)節(jié)池	出水	178	112	63	105	7.42
	去除率	28%	18%	-	18%	-
微曝處理池 + 斜管沉淀	出水	105	51	35	46	7.40
	去除率	41%	54%	44%	56%	-
生態(tài)模塊	出水	58	16	8	18	7.41
	去除率	45%	67%	77%	61%	-

注：CODCr測試方法：重鉻酸鉀法；BOD5測試方法：稀釋與接種法；氨氮測試方法：納氏試劑比色法；SS測試方法：重量法；pH測試方法：玻璃電極法。