国外农村生活污水处理新技术

农村生活污水处理是当前新农村建设中的重点，国内缺少投资省、运行费用低、管理方便的污水处理技术又是一个很大的瓶颈。发达国家在处理农村生活处理方面进行积极探索，也取得了明显的成效。因此，学习国外先进经验，积极创新，加快城乡生活污水的治理速度，势在必行。当然国外的污水处理技术同样需要完善，不加研究直接照搬和完全套用国外污水处理技术难以取得成功。

1、澳大利亚“FILTER”（非尔脱）污水处理系统

澳大利亚科学和工业研究组织（CSIRO）的专家于最近几年提出一种“过滤、土地处理与暗管排水相结合的污水再利用系统”，称之为“非尔脱”高效、持续性污水灌溉新技术，其目的主要是利用污水进行农作物灌溉，通过灌溉土地处理后，再用地下暗管将其汇集和排出。该系统一方面可以满足农作物对水分和养分的要求，同时降低污水中的氮、磷等元素的含量，使之达到污水排放标准。其特点是过滤后的污水都汇集到地下暗管排水系统中，并设有水泵，可以控制排水暗管以上的地下水位以及处理后污水的排出量。

澳大利亚CSIRO与我国水利水电科学院和天津市水利科学研究所合作，曾在天津市武清县建立试验区，试验总面积2hm2，暗管埋深1.2m，两种处理的暗管间距为5m和10m，引取北京市初级处理后的污水和沿程汇集的乡镇生活污水，灌溉小麦。试验表明，97%-99%的磷通过土壤及农作物的吸收而被除去，总氮的去除率达82%-86%，生物耗氧量的去除率为93%，化学耗氧量的去除率为75%-86%，排水暗管的间距小，则去污效率高。上述中澳双方试验研究成果，在澳大利亚农业研究中心的主持下，于2000 年12月在北京通过鉴定.“非而脱”系统对生活污水的处理效果好，其运行费用低，特别适用于土地资源丰富、可以轮作休耕的地区，或是以种植牧草为主的地区。该系统实质上是以土地处理系统为基础，结合污水灌溉农作物。人们担心长期使用污水灌溉后污水中的病原体进入土壤，污染农作物。但根据大量调查和试验表明，土壤—植物系统可以去除城市污水中的病原体。为慎重起见，国内外一致认为，处理后的城市污水适宜灌溉大田作物（旱作和水稻）。因为大田作物的生长期长，光照时间长，病原体难以生存；而蔬菜等食用作物，生长期短，有的还供人们生食，则不宜采用污水灌溉。此外，这种处理方法受作物生长季节的限制，非生长季节作物不灌溉，污水处理系统就不能工作。暗管排水系统在我国多用于改良盐碱地和农田渍害，一般造价较高，若用于处理生活污水还需修建控制排水量的泵站，则造价更高，推广应用有一定困难。

2、韩国的湿地污水处理系统

韩国的农业用水是最大用水户，占总用水量的53%。韩国农村的居民分散居住，认为兴建集中处理的污水系统造价太高，小型和简易的污水处理系统适合在农村应用。因此，研究了一种湿地污水处理系统，使污水中的污染物质经湿地过滤后或被土壤吸收，或被微生物转变成无害物。这种方法需要的能源少，维护的成本低。

韩国国立汉城大学农业工程系对湿地污水处理系统在田间进行了试验。容器长8m，宽2m，高0.9m，用混凝土制成。容器内填沙并种植芦苇，未经处理的生活污水从一端引入，又从另一端卵石层中排出。生活污水是从一个学校收集而来，其年平均水质指标为：ph值为7.85，溶解氧（DO）为0.23mg/L，生化需氧量（BOD）为24.35mg/L，悬浮固体物（SS）为52.36mg/L，全氮量浓度（TN）为121.13mg/ L，全磷量浓度（TP）为24.23mg/L。用经过湿地系统处理后的污水灌溉水稻。

污水灌溉水稻试验是在用聚氯乙烯板制成的盆内进行。盆宽90cm，长110cm，高70cm，表面积为1.0平方米，底部铺一层10cm厚的卵石，上盖过滤布，然后用水稻土填满。在盆底安装排水管，控制渗漏水。盆外为用混凝土做成的大坑，坑与盆之间填满土壤，以便消除温度对作物生长和微气候的影响。试验设计有四种处理，分别按污水浓度、施肥和不施肥等，与常规处理（用自来水灌溉并施肥）进行对比。试验对水稻的生长过程（稻株高度、分蘖数目、叶面积、叶面积指数、总干物质等）进行了详细观测和分析。主要结论：1、利用处理过的污水灌溉，对水稻的生长和产量无负面影响；2、利用处理过的污水灌溉，并加施肥料，水稻产量达5730.38kg/hm2，比常规对比田高约10%。

韩国试验研究的湿地污水处理系统，实质上也是一种土地—植物系统，至今已广泛用于欧洲、北美、澳大利亚和新西兰等。湿地上多种植芦苇、香蒲和灯心草等，对病原体的去除效果好。但其缺点是需要大量土地，并要解决土壤和水中的充分供氧问题及受气温和植物生长季节的影响等。一般来说，利用湿地处理后的污水灌溉水稻，可取得更好的净化效果。

3、日本农村生活污水处理系统

日本在法律上规定，要求严格保持河流、湖泊和海域的优良水质。因此，把污水处理工作放在十分重要的位置，并有很高的污水处理能力。日本农村污水处理协会主要负责日本乡镇污水处理的技术发展工作，研究了一系列适合于农村城镇中应用的污水处理设备。设计了JARUS模式的15种不同型号污水处理装置，主要采用物理、化学与生物措施相结合的处理过程，取得了很好效果。这15种不同型号的处理装置可分为两大类。一类采用生物膜法，污水通过塑料制成的滤层，上面附有微生物。通过生物膜后可使污水中的生物耗氧量下降到20mg/ L以下，悬浮固体物下降到50mg/L以下，总氮含量在20mg/L 以下。另一类是采用浮游生物法，通过漂浮在污水中的微生物氧化作用，可使BOD下降到10-20mg/ L，SS下降到15-50mg/ L，COD下降到15mg/L以下，TN下降到10-15mg/L以下，TP下降到1-3mg/L以下。

日本从1977年实行农村污水处理计划以来，至1996年底已建成约2000座小型污水处理厂。日本农村污水处理协会设计、推广的污水处理装置体积小、成本低、操作运行简单，十分适用于农村。一般每1000人农村人口可建立一个污水处理厂，最大的厂可处理10000人左右的污水。处理后的污水水质稳定，大多灌溉水稻或果园，或将其排入灌排渠道，稀释后再灌溉农作物。污水中分离出来的污泥经脱水、浓缩和改良后，运至农田作肥料。

生物膜是近几十年来得到迅速发展的污水处理方法。众所周知，在自然界中存在着大量靠有机物生活的微生物，它们具有氧化分解有机物并将其转化为无机物的功能。生物膜法就是利用微生物的这一功能，采取人工措施来创造更有利于微生物生长和繁殖的环境，使微生物大量繁殖，以提高对污水中有机物的氧化降解效率。生物膜主要依靠固着于载体表面的微生物来生长繁殖，在载体表面形成一层粘液状的生物膜。这层生物膜具有生物化学活性，又进一步吸附、分解污水中呈悬浮、胶体和溶解状态的污染物，使污水得以净化。同时，生物膜上的微生物也不断生长与繁殖，生物膜的厚度也随着增加。当生物膜达到一定厚度时，氧气不能透入到底层，这时在靠近载体表面就形成厌氧膜层，其附着力减低，生物膜呈现老化状态，最后被水流冲刷而脱落。接着新的生物膜又开始生长形成，具有较强的净化能力。生物膜法的设备类型很多，按生物膜与污水的接触方式，有填充式和淹没式两大类。日本农村污水处理协会采用的是生物接触氧化法，属于淹没式生物滤池类。生物滤池是由池体、滤料、布水装置和排水系统四部分组成。滤料是生物膜的载体，对净化作用的影响较大。常用的滤料有沙子、碎石、卵石、炉渣、陶粒和红杉板条等。

日本石井勋教授发明的“石井法”，是利用用过的乳酸饮料瓶作曝气池填料。滤料表面积越大，生物膜数量越多，但滤料之间的空隙太小，影响通风和水流。因此，理想的滤料是表面积和空隙率都比较大。近些年来对滤料的研究有很大发展，如利用各种塑料和化学纤维制成的纤维球和蜂窝式滤料等，使每立方米滤料的表面积大大增加，空隙率提高到93%-95%。如日本尤尼奇卡公司用聚酯纤维制成的纤维球滤料的密度为1.38g/立方厘米，充填密度为50kg/立方米，空隙率达96%，比表面积达3000平方米/立方米；滤速高，水头损失小，经反冲洗后，滤料可以反复使用。

国外对生物膜的理论研究和实际应用已有几十年历史。生物膜法所需要的设备简单，能源消耗低，成本和维护费用低，而处理污水的效率高，它是今后发展的一个方向。

4、美国的高效藻类塘系统

美国加州大学伯克利分校的Oswald提出并发展的高效藻类塘是对传统稳定塘的改进，其充分利用菌藻共生关系，对污染物进行处理。正因其最大限度地利用了藻类产生的氧气，塘内的一级降解动力学常数值比较大，故称之为高效藻类塘。

高效藻类塘较传统的稳定塘停留时间短，占地面积少;建设容易，维护简便，基建投资少，运行费用低;BOD5、NH4+,-N、病原体等去除效率高;若高效藻类塘后接的是高等水生生物塘，则其中的水生生物不但可以除藻，降低出水的SS,而且能进一步去除水中的氮磷，同时收割的高等水生植物可以作为优良的饲料和肥料。缺点:它受环境因素影响明显，温度影响生物的组成，营养物的需求，新陈代谢的特点和反应速率;pH影响生物的适应能力，离子输送和新陈代谢的速率;水体对光的吸收特性取决于4个方面:水体特性，腐殖质，藻类和非生物性的悬浮物;气温过高或较低时，藻类的生长受到抑制从而影响处理效果。目前高效稳定塘在以色列、摩洛哥、法国、美国、南非、巴西、比利时、德国、新西兰等国都有研究应用。国内的陈鹏和许春华对高效藻类塘进行中试研究，表明高效藻类塘COD平均去除率为75%, BOD去除率在60%左右，氨氮平均去除率高达91.6%,凯氏氮平均去除率为75%，总磷平均去除率为50%左右，藻类塘出水经过水生生物塘处理后，COD的总去除率可达87.5%,氨氮的总去除率可达97.48%，总磷的总去除率能达到80%左右。

5、荷兰的一体化氧化沟

最早的一体化氧化沟是Pasveee教授1954年在荷兰Voorfshoten研制成功，是一种集曝气、沉淀、泥水分离、污泥回流等功能于一体的技术，适合中小型污水处理厂的应用。

该工艺具有流程短，构筑物和设备少，不设初沉池、调节池和单独的二沉池，污泥自动回流，投资少，能耗低，占地少，管理简便;处理效果稳定可靠，BOD5和SS去除率在90—95%或更高，COD去除率在85%以上，且硝化、脱氮作用明显;产生的剩余污泥量少，不需硝化，污泥性质稳定，易脱水，不带来二次污染;固液分离效果比一般二沉池高，整个系统能在较大的流量浓度范围内稳定运行;污泥回流及时，减少了污泥膨胀。缺点是难以形成功能相对独立的厌氧、缺氧和好氧区域，对除磷脱氮要求较高的场合稳定性较差;固液分离器内斜板(或类似组件)强化了分离效果，但由于污水污泥具有粘稠性，且易形成生物粘膜，斜管或斜板有堵塞和淤积的可能，会增加维护工作量;由于污水流量和本质的变化，氧化沟内的流速和出流量总是变化的，污泥层难以稳定，有可能出现浮泥，增加出水的SS。

据1987年统计，美国已有92座合建式氧化沟，较有代表性的是联合工业公司(United IndustriesLnc.)的船式沉淀器田BOAT, Annco环境企业公司的BMTS系统，EIMCO公司的Carrousel渠内分离器，湖滨(lakeside)设备公司的边墙分离器以及Lightnin公司的导管式曝气内渠和边渠沉淀分离器，此外是Envirex公司的竖直式氧化沟。

该技术在国内也广泛应用。山东高密，河南安阳，四川国群食品有限公司，四川成都城北污水处理厂，四川新都污水处理厂，河北邢台南小汪污水厂等都采用一体化氧化沟工艺，且取得良好效果。

6、法国的蚯蚓生态滤池

蚯蚓生态滤池是根据蚯蚓具有提高土壤通气透水性能和促进有机物质的分解转化等功能而设计，是一种既可高效、低能耗地去除城镇污水中的污染物质，又大幅度降低了剩余污泥处理和处置费用的全新概念的污水处理工艺。

生态滤池处理系统集初沉池、曝气池、二沉池、污泥回流设施以及供氧设施等于一身，大幅度简化了污水处理流程;运行管理简单方便，并能承受较强的冲击负荷;处理系统基本不外排剩余污泥，其污泥产率大幅度低于普通活性污泥法;通过蚯蚓的运动疏通和吞食增殖微生物，解决传统生物滤池所遇到的堵塞问题。但由于蚯蚓的生活习性受温度影响明显，低于或高于一定温度会冬眠或夏眠，故在蚯蚓冬眠或夏眠时处理效果不是很理想，滤池的填料易发生堵塞。

蚯蚓生态滤池污水处理技术最早在法国和智利研究开发，国外已开始产业化应用。在国内，上海已进行中试，结果表明:生态滤池COD去除率达83-88%，BOD5去除率达91—96%，SS去除率达85—92%,氨氮去除率达55—65%，总磷去除率在35—65%，污泥总产率为0—2mg/L。

7、土壤毛细管渗滤净化系统

毛细管土壤渗滤处理系统特别适用于污水管网不完备的地区，是一项处理分散排放的污水的实用技术。被输送到渗滤场的污水先经布水管分配到每条渗滤沟，渗滤沟中的污水通过砾石层的再分布，在土壤毛细管的作用下上升至植物根区，通过土壤的物理、化学、微生物的生化作用和植物的吸收和利用得到处理和净化。

该系统运行稳定，可靠，抗冲击负荷能力强，对BOD5、氮、磷去除率大;维护简便，基建投资少，运行费用低;整个系统在地下，不会散发臭味，地面草坪还可美化环境;大肠杆菌去除率高;污水的储存、输送等过程均在地下进行，热损失较少，在冬季仍能保持一定温度，维持基本的生化反应，保证较稳定的去除效果。但其对总氮的去除效果不显著;占地面积大;有可能污染地下水。田宁宁等研究发现:该系统对生活污水中的有机物和氮、磷等具有较高去除率和稳定性，COD去除率>80%，B005去除率>90%，NH3，—N去除率>90%，TP去除率>98%。

8、“LIVING MACHINE”生态处理系统

近年来，在美国、加拿大、英国、澳大利亚等国家出现了一种叫“LIVING MACHINE”的生态系统，适用于工业和生活污水的处理。其技术基础是活化技术，活化技术是采用多种生物形式在人工装置中，建立新的物种联系，从而进行某种净化处理。

加拿大多伦多市BODY SHOP工厂内就建有这样的一个处理系统。它的设计和施工的原则均是利用自然生态系统将污水净化，是一个较为完善的生态系统。在这个系统中，设计者将很多种类的动植物集中在一起，使之形成一个连续反应的封闭循环，反应箱和反应池包涵了从细菌、藻类到植物、蜗牛、鱼类的多种生物有机体。这些有机体通过一系列的反应减少污水中的营养体和病原体，并使它们消化在一个连续的食物链中。这些植物是：桉树、杜松、小香蕉树、月桂、樱草、薄荷树以及紫草科植物等。

污水首先进入封闭在地下的无氧箱，一段时间后进入有氧箱，空气由底孔吹入，在此氨氮在细菌的作用下分解为硝化物，其后流入生物综合池。在池内，其中的藻类、单细胞有机体、鱼类、水生及沼泽植物等一系列丰富的生物混合体将对水中的营养物继续分解，随后污水流经地下湿地，通过植物根系作用及沙石的过滤，硝化物在此转变为氮气，污水被初步净化。这种污水处理的生态系统有美观、耐用、体积小、费用低的特点。

农村生活污水处理是当前新农村建设中的重点，国内缺少投资省、运行费用低、管理方便的污水处理技术又是一个很大的瓶颈。发达国家在处理农村生活处理方面进行积极探索，也取得了明显的成效。因此，学习国外先进经验，积极创新，加快城乡生活污水的治理速度，势在必行。当然国外的污水处理技术同样需要完善，不加研究直接照搬和完全套用国外污水处理技术难以取得成功。