毛映丹 李小雁 徐亚同
    摘要： “十五”期间，中央提出了新农村建设的发展思路。随着新农村建设的不断深入和农村居民生活习惯的改变和改善，农村生活污水已成为农村水环境污染的重要原因之一。因此，新农村生活污水处理与处置已提到议事日程上来。本文详细介绍和分析了蚯蚓生物滤池、土地处理系统、高效藻类塘等一些适用于农村生活污水处理的设施，以期为将来新农村生活污水处理设施的选择提供参考。
关键词：新农村；生活污水；土地处理；高效藻类塘；sw一体化污水处理装置；蚯蚓生态滤池； living machine；
    一．郊区和农村的概况 前言
    在党中央和国务院的大力推进下，各地正在积极建设社会主义新农村。由于农村建设的蓬勃发展，使郊区人口的密度明显增大。而农村人口的增多，生活习惯的改变和改善，也加大了农村生活污水的排放量。当前，新农村建设仍在规划建设阶段，相应的生活污水基础处理设施并没有完全配套，多数被直接排放或经过化粪池简单处理后排放，所以农村生活污水对水环境造成了严重的影响。建设社会主义新农村，迫切要求加强对农村生活污水的处理与资源化利用，也必须避免踏上“先污染，后治理”的老路。为此，要加大农村生活污水处理的研究力度，为新农村的环境保护，提供前瞻性的思考和创造必需的有利条件。
　1.农村生活污水排放情况
    由于农村居民居住地相对不集中，所以污水处理及相关环境保护的设施配套也并不及时。而农村居民还习惯于使用临近的河道作为其主要的污水排放通道，由此造成的农村居民生活场所附近的河道污染是十分严重的。
　2．农村生活污水特征
    农村生活污水有以下特征和处理要求：
    (1)村镇人口较少，分布广而且分散，生活污水水质、水量波动大，排水管网很不健全，因此，所选污水处理工艺应抗冲击负荷能力强，且宜就近单独处理；
    (2)村镇经济力量薄弱，因此，污水处理应充分考虑造价低、运行费用少、低能耗或无能耗的工艺；
    (3)村镇缺乏污水处理专业人员，所选工艺应运行管理简单，维护方便。因此在选取农村生活污水处理技术和模式时，应当切实考虑当地自然、经济、社会条件，因地制宜地采用投资省、能耗低，维护管理方便，处理效果好的工艺；迫切需要经济、高效、节能、技术先进可靠的农村生活污水分散处理的技术和模式。
    二． 新农村生活污水处理技术
　1．土地处理系统
    土地处理系统是经过预处理，将污水投配在土地上，通过“土壤—微生物—植物”系统，进行一系列物理、化学、物理化学和生物化学的净化过程，使污水得到净化的一种污水处理工艺。污水土地处理成本低廉，基建投资省，运行费用低；运行简便，易于操作管理，节省能源；污水处理与农业利用相结合，能够充分利用水肥资源；能绿化大地，促进生态系统的良性循环[1]。根据土壤性质、透水性、地形、种植作物种类、气候条件和对污水处理程度的要求等来选择不同的工艺。
　（1）慢速渗滤土地处理系统
    慢速渗滤系统适用于渗水性良好的土壤、砂质土壤及蒸发量小、气候润湿的地区。慢速渗滤(sr)土地处理是将污水有效地投配到土壤或种有植物的土壤表面，污水在流经土壤表面及土壤-植物系统内部时垂直渗滤并得到净化的土地处理工艺[2]。
    赵建芬等[3]对传统的土地处理系统做了改进，在土壤1m深处设置排水系统，增大系统水力负荷。采用改进的慢速渗滤土地处理系统处理小城镇生活污水。试验结果表明，在大水力负荷情况下，改进的污水慢速渗滤土地处理系统对污染物有较好地去除效果，对悬浮物、磷、bod5、高锰酸盐指数和铵态氮的去除率分别为51.55%、98.83%、96.28%、84.76%和97.92%，出水水质优良。除总氮外各指标浓度均满足《地面水环境类水域水质标准》要求。
　2.1.2快速渗滤土地处理系统
    快速渗滤土地处理系统是一种高效、低耗、经济的污水处理与再生方法。适用于渗透性良好的土壤，如砂土、砾石性砂土、砂质砂土等。该系统一般只适用于bod5/cod>0.3的生活污水以及某些食品工业污水[4]。经过良好驯化的ri系统可接纳cod为1.12×104kg/ha·d，bod5为145~1000kg/ha·d的负荷[5]。
    它是将污水有控制地投配到具有良好渗滤性能的土壤表面，污水在向下渗透过程中由于生物氧化、硝化、反硝化、过滤、沉淀、氧化和还原等一系列物理、化学、生物作用下而得到净化的一种污水土地处理工艺类型[6]。在快速渗滤系统运行中，污水周期地向渗滤田灌水和休灌，使表层土壤处于淹水/干燥，即厌氧、好氧交替运行状态，在休灌期，表层土壤恢复好氧状态，在这里产生强力的好氧降解反应，被土壤层截留的有机物为微生物所分解，休灌期土壤层脱水干化有利于下一个灌水周期水的下渗和排水。在土壤层形成的厌氧、好氧交替运行状态有利于氮、磷的去除[7]。
    a.tan?k等[8]采用快速渗滤土地处理系统模型处理生活废水。该模型包括一个进水室、25m长的管道，管道内填满有效直径0.55mm土壤、3.25mm土壤和10mm的碎石，以及一个出水室。根据时间和距离的不同，研究污水在快速渗滤时通过多孔介质后n、p的去除率。结果表明n、p的去除率在50%~74%和46%~93%之间变化。
　（3）地沟式土地处理系统
    地沟式处理系统主要依靠土壤内动植物的协同作用，包括土壤的吸附、过滤和沉淀作用、微生物的降解作用以及植物的吸收作用对污水净化处理。污水在依靠毛管浸润作用向上流动的时候是非饱和流动，因此系统的上部适合好氧微生物的生长，在更深的土壤中则更利于厌氧微生物的繁殖，因此硝化和反硝化反应在系统中都可以进行。污水上升方向和悬浮物的沉降方向相反，可以有效地防止系统上部的堵塞问题。在地沟的上方通常回填天然土壤并可种植植被，因此占地问题并不是很突出，应用时可以配合绿地等设施[9]。 
图 1 地沟式处理系统构造 
    贵州省环境科学研究设计院与日本国立环境科学研究所合作实施了一套30m3/d生活污水的地沟式土地处理工程处理生活污水，结果表明[10]：该方法处理污水效率高，bod5、cod、ss、nh3-n、tp的去除率分别为84%、80.95%、90.1%、79.53%、87.52%，且投资低，管理运行方便，是一种适用于中小城镇以及旅游、住宅小区的实用污水处理技术。
　（4）人工湿地处理系统
    国际湿地公约中将湿地定义为：天然或人工、长久或暂时性的沼泽地、泥炭地或水域地带、静止或流动、淡水、半咸水、咸水体， 包括低潮时水深不超过6m的水域[11]。人工湿地是由人工设计、人为监督控制的，利用基质—微生物—植物复合生态系统的物理、化学和生物作用，通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解的废水处理系统[12-13]。根据水流方式的不同，可将人工湿地分为以下3类：表面流湿地，潜流湿地，垂直流湿地[14]。
 1．表面流人工湿地
    和自然湿地类似，污水以较慢的速度从湿地表面流过，污水中有机物的去除主要依靠生长在水下的植物的茎和杆上的生物膜来完成，湿地中的氧主要来自于水体表面扩散、植物根系的传输和植物的光合作用。这种类型的人工湿地具有投资少、操作简单、运行费用低等优点，但占地面积较大，水力负荷率较小，不能充分利用填料及植物根系的作用，去污能力有限；而且系统的运行受气候影响较大，水面冬季易结冰，夏季易生蚊蝇，散发臭气。
    陈俊敏等[15]采用人工湿地工艺处理农家乐污水进行了试验研究，结果表明：人工芦苇湿地对codcr、bod5、氨氮及ss的去除率分别达47.97%、51.35%、76.19%、30.77%以上，人工芦苇湿地末端的出水水质可以稳定达到gb8978-1996《污水综合排放标准》界定的一级标准。
    a.antoniadisd等[16]研究了太阳光催化氧化和表面流人工湿地组合系统处理综合废水和化粪池废水，并通过实验评价了该组合工艺的处理效果。在太阳光催化氧化和表面流人工湿地的协同作用下，利用较高的太阳辐射能以及人工湿地处理污水的能力，通过自然处理以提高出水水质，使处理后的水可以回用。结果表明：这个组合工艺系统可以有效地减少有机物负荷77%~86%以及废水中的n、p营养物质。该工艺具有建设运行成本低，能够处理进水水力负荷和有机物负荷很大的废水，而且不需对废水进行消毒处理，以及利用太阳能和自然工艺等优点，在不久的将来将是一个富有前途、竞争力和环境友好型污水处理工艺。
    2．潜流湿地
    潜流型人工湿地[17]主要由3部分组成：基质、植物和布水系统。基质一方面为植物和微生物生长提供介质，另一方面通过沉积、过滤和吸附等作用直接去除污染物；植物可增加湿地基质的遇水性，此外还能与周围环境的原生植物、微生物等形成各种小环境，将氧气传输至根区，形成特殊的根际微生态环境，这一微生态环境具有很强的净化废水的能力；布水系统主要是将进水按一定方式均匀地分布在处理系统中，并且保证不发生短流和堵塞，在潜流型人工湿地处理系统中多采用穿孔管布水系统。　
   潜流湿地可以充分利用填料表面及植物根系上生物膜及其他作用处理污水，对bod、cod、ss、重金属等污染物的去除效果较好，水力负荷大，而且卫生条件好，是目前应用最为广泛的湿地流态，缺点是控制相对复杂，脱氮、除磷的效果不如垂直流湿地[18]。
    付融冰等[19]研究了水平潜流人工湿地处理农村生活污水中氮的去除效果，结果表明湿地进水tn负荷与出水tn负荷去除之间有较好的线性关系，随着水力停留时间的延长，tn去除率也升高，停留时间为4d时，芦苇湿地和菖蒲湿地的脱氮效率可以达到60%以上。从脱氮效果看，芦苇湿地的略好于菖蒲湿地，有植物系统比无植物系统可以提高3%—21%的总氮去除量。在进水no2--n浓度小于0.062mg/l、no3--n浓度小于1.982 mg/l的情况下，湿地连续运行时的出水no2--n和no3--n浓度都很低，在湿地有落干情况发生时，两者浓度均会有一定程度的升高，但是平均都分别低于0.631mg/l和1.00mg/l，说明湿地系统的反硝化效果在两种情况下都是很好的。
    paolo mantovi等[20]采用两个75m2水平潜流式植被床处理农场废水和生活废水（6.5 m3/d），研究该系统对减少农村污水的污染负荷的效果。结果表明悬浮固体和有机负荷去除率达90%以上，其中n、p的去除率分别为50% 和 60%。总大肠菌群和埃希氏菌群减少了90%以上，链球菌减少了98%。经处理后硝酸盐、氯化物、硫酸盐、阴离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂和重金属浓度都较低。
    孙亚兵等[21]采用人工配水模拟太湖地区农村生活污水，利用改进的自动增氧型潜流人工湿地对其进行处理，结果表明：cod、nh4+-n，tp进水浓度分别在132.4-392.6mg·l-1、21.58-50.26 mg·l-1、3.60-13.17 mg·l-1范围内变化时，cod、nh4+-n，tp的去除负荷随着进水浓度的升高而增大，其最高去除负荷分别为226.38kg·d-1hm-2、44.40kg·d-1hm-2、10.44kg·d-1hm-2，相应的去除率为89.45%、88.93%、90.25%，且系统有较强的抗冲击负荷能力。
    3．垂直流湿地
    污水从湿地表面纵向流向填料床的底部，床体处于不饱和状态，氧可通过大气扩散和植物传输进入湿地。其硝化能力高于水平潜流人工湿地，可用于处理氨氮含量较高的污水。但处理有机物能力不如水平潜流人工湿地系统，落干/淹水时间较长，控制相对复杂，夏季有孽生蚊蝇的现象。
    目前，表面流和垂直流人工湿地应用不多，一般采用潜流人工湿地，或是复合型人工湿地。赵素芬等[22]将表面流与潜流两种流态湿地结合起来处理生活污水，分析系统对codmn、tn、tp的处理效果。研究结果表明复合床人工湿地系统对生活污水的处理效果非常明显。对codmn和浊度的平均去除率分别为89.12%和90.33%；对tn和tp平均去除率都达到了90%以上；同时对水的ph也有一定的改善作用。进水的tn和tp浓度变化对出水影响不大，系统对氮磷有一定的抗冲击能力。 待续

        (作者：毛映丹、李小雁，华东师范大学资源与环境科学学院在读硕士；徐亚同，华东师范大学环境科学系研究员、博士生导师)