农村生活污水处理技术研究综述.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流农村生活污水处理技术研究综述.精品文档.农村生活污水处理技术研究综述摘要：随着我国城镇化进程的不断推进和农民生活水平的日益提高，农村生活污水污染是农村环境污染的主要表现，是农村水源地潜在的安全隐患。为保护农村水源安全、保障农民身体健康和改善农村环境，农村生活污水处理问题亟待解决。本文在简单介绍农村生活污水来源和特点的基础上，就近年来国内外农村生活污水处理的现状和研究技术进行了分析，提出目前存在的若干问题及相应解决措施，并展望了我国农村生活污水处理技术的发展方向。关键词：农村；生活污水；处理技术；现状随着我国经济的发展、乡村的城镇化、农村人口的

2、增加和生活品质的改善，农村人均需水量和总需水量不断增加，污水总排放量也随之增加。农村生活污水污染是农村环境污染的主要表现，生活污水造成的环境污染不仅是农村水源地潜在的安全隐患，还会加剧淡水资源的危机，使耕地灌溉得不到有效保障，危害农民的生存发展 梁祝,倪晋仁. 农村生活污水处理技术与政策选择J. 中国地质大学学报(社会科学版), 2007, 7 (3).。据统计，我国废水年总排放量为600亿立方米，其中工业废水200亿立方米，城市和乡镇生活污水各有200亿立方米。按城市有3.8亿人口计算，每人每天生活用量平均为52.63升，而农村与乡镇按9.2亿人口计算，每人每天生活用量平均为21.74升，农

3、村生活污水的人均产量为城市的2/5。随着乡镇经济的发展，估计今后我国大部分污水将来自乡镇，而据1998年统计，乡镇污水的处理率不足1% 王俊起,王友斌, 李筱革,等. 乡镇生活垃圾与生活污水排放及处理现状J. 中国卫生工程学, 2004, 3(4).。因此，对农村生活污水处理技术的研究刻不容缓。1 农村生活污水概述1.1农村生活污水的概念农村生活污水是指农村地区居民在生活过程中厕所排放污水、洗浴、洗衣服和厨房污水等 张克强. 农村污水处理技术M. 北京:中国农业科学技术出版社, 2006.。随着农村居民生活水平的提高，肉、油类食物的食用量增加，生活污水中油类成分增加；由于含磷洗衣粉的使用导致洗

4、涤污水中含有大量磷，流入湖泊引起富营养化污染；冲厕水则含有高浓度的COD、BOD5和SS。1.2农村生活污水的特点（1）污染面广且分散。与城市相比，农村的占地面积大，人口不集中，分布密度小。污水排放相当分散，管网不能延伸到户。（2）水质、水量地区差异较大。农村生活污水的水质、水量因各地区的地理环境、经济条件、季节和生活习惯的差异而有较大的不同。总体上经济发达的地区水量大于落后地区，旱季的各指标浓度高于雨季 苏墁丽, 赵言文,胡正义等. 太湖流域农村污水污染特征研究J. 江西农业学报, 2009, 21(7)：176-179.。（3）间歇排放。农村居民生活规律相近，农村污水的排放一般在上午、中午

5、、下午各有一个高峰时段，夜间排放量小 孙瑞敏. 我国农村生活污水排水现状分新J. 能源与环境, 2010, (5)：33-34.。因此，农村生活污水的排放为不均匀排放，日变化系数较大。（4）水质相对稳定。农村生活污水的水质比较稳定，氮、磷和有机物含量较高，一般不含重金属和有毒有害物质，可生化性好。2 国内农村生活污水处理现状我国农村生活污水处理方面研究较晚，但近年来，随着国家对环境保护的重视，逐步认识到农村生活污水处理的重要性，并投入大量资金，开展示范工程，采用一些低能耗、低成本、低运行费用、管理简单的技术来处理污水。我国常用的农村生活污水处理技术按工艺原理可分为四类，一是厌氧生物处理技术，常

6、用的有化粪池、厌氧沼气池、地埋式无动力厌氧处理技术等；二是土地处理系统；三是人工湿地处理技术；四是稳定塘处理技术。2.1 厌氧生物处理技术2.1.1化粪池我国早期分散式生活污水处理的主要手段是修建标准化粪池，相当于一级处理，用于处理来自厕所的粪便污水，有机污染物去除率仅20左右，且出水呈酸性、有恶臭，达不到环境卫生要求。改良的化粪池系统由三个基本部分组成：化粪池、配水槽、渗滤场。化粪池上清液自流进入配水槽，经穿孔塑料管网分配到渗滤场。穿孔管由碎石包裹埋在土层中，污水离开管网后透过碎石渗入土壤层，即通过土壤微生物对营养物质的吸收、土壤的机械截滤作用、生物降解以及水中物质同土壤组分间的化学反应来达

7、到污水净化的目的。2.1.2厌氧沼气池厌氧沼气池是我国农村最常用、能够体现环境效益与社会效益结合的生活污水处理技术，实现了污水的资源化利用 马溪平. 厌氧微生物学与污水处理M . 北京：化学工业出版社, 2005.。污水中的大部分有机物经厌氧发酵后产生沼气，发酵后的污水被去除了大部分有机物，达到净化目的。在农村有大量可成为沼气利用的原材料如农作物秸秆和人畜粪便等。沼气池工艺简单、成本低、运行费用几乎为零，还能获得清洁能源（沼气）。陆慧等 陆慧, 刘浩华. 有沼气池农户与无沼气池农户家庭能源消费结构比较与发展趋势研究J. 中国沼气, 2006, 24(3)：19-23.利用层次分析法，分析、比较

8、有沼气池农户、无沼气池农户家庭能源消费结构及发展趋势，得出有沼气池农户中沼气部分地取代了商品能消费，商品能的需求较无沼气池农户减少大约20%左右。但是生活污水属低负荷污染型，采用沼气池处理，必须与其他污染物相结合，实际操作中有一定难度 田娇,王玉军,梁小萌. 农村污水处理技术现状及发展前景J. 环境科学与管理, 2010, 35(5)：83-85.。2.1.3地埋式无动力厌氧处理技术(UUAR)该技术是以厌氧为主、兼性生物滤池为辅的生活污水处理系统。“地埋式”，即把设施埋在地下，“无动力”是指仅依靠重力驱动污水，不需要水泵等电动装置。沈东升等 沈东升,贺永华,冯华军,等. 农村生活污水地埋式无

9、动力厌氧处理技术研究J. 农业工程学报, 2005, 21(7)：111-115.采用生活污水自流的方式，应用厌氧生物膜技术及推流原理，采用内充固定空心球状填料的地下厌氧管道式或折流式反应器装置为唯一处理设备，利用附着于空心球状填料内外表面或悬浮的专门驯化专性厌氧或兼氧微生物去除生活污水中的有机污染物、病原菌和部分氮、磷，从而达到净化生活污水的目的。结果表明：在水力停留时间1d 及常温条件下，UUAR对农村生活污水CODCr、BOD5、SS、T 2N、T 2P、大肠菌群、细菌总数和蛔虫卵的平均去除率分别达到66.1%68.3%、70.8%76.8%、80.5%90.2%、18.26%23.0%

10、、33.9% 35.2%、95.8%99.8%、37.4%82.9% 和78.7%100%，出水水质稳定达到国家二级排放标准；通过优化设计和调节球状填料的配比，并延长水力停留时间至2d，出水可达到国家一级排放标准，且未出现剩余厌氧污泥的积累问题。黄武等 黄武,陈明晖,赵光桦,等. 无动力、地埋分散式厌氧系统处理农村生活污水J. 中国给水排水, 2008, 24(20)：43-45.结合浙江省的实际应用情况，详细介绍了该工艺的设计要点及处理效果。该工艺对COD 的去除率72%，出水NH3-N的浓度均达到了污水综合排放标准(GB 89781996)中的一级标准，对SS的平均去除率 80%。但由于兼

11、氧处理段的溶解氧浓度远不能满足“硝化需氧量”的要求，工艺对NH3-N污染物的去除率相对较低。2.2土地处理系统土地处理系统是指利用农田、林地等土壤-微生物-植物构成的陆地生态系统的生物、化学、物理等固定与降解作用，对污染物进行综合净化处理的生态工程，通过营养物质和水分的生物地球化学循环，促进绿色植物生长，实现污水的资源化与无害化。土地处理系统可分为慢速渗滤系统、快速渗滤系统和地下渗滤系统三种类型。2.2.1慢速渗滤土地处理系统慢速渗滤土地处理可以简化用于农村生活污水的处理，是土地处理技术中应用最广泛的一种。通常被称为自然净化技术，对氮、磷等污染物的去除效果较好，但是传统的慢速渗滤系统的污水投配

12、负荷一般较低，所投配的污水与植物需要、蒸发蒸腾量、渗滤量大体保持平衡，一般不产生径流排放 肖锦. 城市污水处理及回用技术M. 北京：化学工业出版社, 2002.。传统的污水慢速渗滤土地处理系统以污水的深度处理和利用为主要目标，水力负荷较小。赵建芬等 赵建芬, 马香玲, 靳路明,等. 污水慢速渗滤土地处理系统的改进试验研究J. 农业工程学报, 2006, 22(9)：85-87.对传统的土地处理系统进行改进，在土壤1m深处设置排水系统，增大系统水力负荷，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。在沈阳西部的滞洪区建的面积约为700hm2 的慢速渗滤土地污水处理场，年总进水量为13万m

13、3，平均日进水量为651 m3，进水水质SS、BOD5、CODCr、T-N、T-P 分别为122 mgL-1、106.2168 mgL-1、258539 mgL-1 、16.6776.70 mgL-1 、1.7817.15mgL-1，经稻田处理后其平均去除率分别为42.2%、97.0%、86.9%、90.3%、96.6% 赵思平, 颜京松.废水处理与利用生态工程类型及一些案例J. 城市环境与城市生态，2000, 13(6)：6-10.。2.2.2快速渗滤土地处理系统快速渗滤土地处理系统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、

14、氧化和还原等一系列作用而得到净化的一种污水土地处理工艺类型 苏东辉, 郑正, 王勇,等. 农村生活污水处理技术探讨J. 环境科学与技术, 2005, 28 (1)：81.。通常淹水、干化交替运行，以便使渗滤池处于厌氧和好氧交替运行状态，通过土壤及不同种群微生物对污水中组分的阻截、吸附及生物分解作用等，使污水中有机物、氮、磷等物质得以去除。其水力负荷和有机负荷都相对较高，但对水文地质条件较严格，要求渗滤池的土质通透性能强、水力负荷大、活性高、处理效率高为原则。一般在系统运行45周后，就需要对渗滤床耕作，以恢复其渗滤速度 PELL M, NYBEG F. Infiltration ofwastew

15、ater in a newly started pilot sand - filter system: . Reduction of organic matter and phosphprus J. J Environ Qual, 1989, 18: 451 - 467.- CHECK G G, WALLER D H, LEE S A, etal. The later - alflow sand - filter system for septic tank effluent treatment J . Water Environ Res. , 1994, 66: 919 - 928.。而且它

16、对总氮的去除率不高，处理出水中的硝态氮可能导致地下水污染。2.2.3地下渗滤土地处理系统地下渗滤土地处理系统主要处理对象是小流量、分散的生活污水，由于可生化性好，国内一般采用化粪池(隔油池)作为地下渗滤系统的预处理技术。具有不影响地面景观、基建及运行管理费用低、氮磷去除能力强、处理出水水质好、可用于污水回用等特点。郑彦强等 郑彦强, 卢会霞, 许伟,等. 地下渗滤系统处理农村生活污水的研究J. 环境工程学报, 2010,4 (10)：2235-2238.在天津武清区一村落构建了2个并行的地下渗滤系统，该系统水力负荷为10 cm /d，处理能力为50t/d。填充介质选用土壤、陶粒、炉渣和两种自然

17、有机质，按5:2:2:1的比例配置的人工土层。结果表明地下渗滤系统对污水中各种主要污染因子均有一定的去除效果，在进水COD和C /N 较低的不利条件下，COD、总磷、氨氮、总氮、悬浮物均得到有效去除，出水中各项污染指标平均浓度均达到城镇污水处理厂污染物排放标准中的一级A标准。但是其占地面积大、水力负荷较低和土壤堵塞等问题，一直是技术难点与研究热点 李英华, 孙铁珩, 李海波. 地下渗滤系统处理生活污水的技术难点及对策J. 生态学杂志, 2009,28 (7)：1415- 1418.。2.3人工湿地处理技术人工湿地是人工建造和管理控制的、工程化的湿地；是由水、滤料以及水生生物所组成，具有较高生产

18、力和较天然湿地有更好的污染物去除效果的生态系统。主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种技术。其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用。按照污水的流动方式可分为表面流人工湿地、水平潜流人工湿地和垂直流人工湿地。我国人工湿地处理废水的研究较晚，最早是在1987 年天津市环保所建成了我国第1个占地6 hm2、处理规模为1400m3/d 的芦苇床湿地工程，标志着我国人工湿地废水处理系统的应用研究正式开始 高拯民. 城市污水土地处理利用设计手册M . 北京: 中国标准

19、出版社, 1990：241- 244.。1990 年7月又在深圳建设了白泥坑人工湿地污水处理系统。随后在北京、沈阳、潍坊、阿图什等地也相继建造了一批人工湿地废水处理系统，取得了许多重要的试验数据和系统运行参数，为我国人工湿地系统的研究奠定了良好的基础 张虎成, 俞穆清, 贾春明. 吉林西部建设人工湿地污水处理系统可行性研究J. 东北师范大学学报: 自然科学版, 2005, 37( 1)：99- 103.。资料表面，在进水污染物浓度较低的条件下，人工湿地对BOD5的去除率可达85%95%，对CODCr的去除率可达80%以上，处理出水的BOD浓度在10 mg/L左右，SS小于20 mg/L，对磷和

20、氮的去除率分别可达到90%和60% 何江涛,汤鸣皋,陈鸿汉,等. 污水土地处理技术与污水资源化J. 地学前沿, 2001, 8 (1)：155 - 160., 梁继东,周启星,孙铁珩. 人工湿地污水处理系统研究及性能改进分析J. 生态学杂志, 2003, 22 (2)：49 - 55.。帖靖玺等 帖靖玺,钟云,郑正,等. 二级串联人工湿地处理农村污水的脱氮除磷研究J. 中国给水排水,2007,23（1）采用二级串联潜流式人工湿地系统对太湖地区农村生活污水进行了脱氮除磷的试验研究，试验结果表明：在夏季，当进水容积负荷为400 L/d 时，人工湿地系统对NH4+-N、TN 和TP 的去除率分别为8

21、3%、80%和83%；在冬季，当进水容积负荷为240 L/d时，人工湿地系统对NH4+-N、TN 和TP 的去除率分别为90%、90%和94%。吴树彪等 吴树彪,胡静,翟旭,等.家庭人工湿地组合系统处理农村生活污水的试验研究J.水处理技术,2009,35（3）对家庭人工湿地组合系统处理农村生活污水进行了为期8个月的试验研究，发现系统对COD、NH3-N、TP 去除率依次为92.4%97.9%、84.5%96.0% 、79.5%90.7%，平均出水浓度依次为33.6mgL-1、2.88mgL-1、0.66mgL-1；严弋等 严弋,海热提. 潜流式人工湿地在我国干旱区的试运行J.水处理技术,200

22、7,33（10）.采用潜流式人工湿地处理乌鲁木齐平西梁村污水，结果表明：在气候条件恶劣、昼夜温差变化显著、季节性差异大的干旱地区，人工湿地依然可以正常运行，系统对COD、BOD5、NH3-N、TP 的平均去除率分别为78.3%、61.1%、46.4%和66.2%。2.4稳定塘稳定塘是一种天然的或经人工构筑的污水净化系统。污水在塘内经较长时间的停留、存储，通过微生物（细菌、真菌、藻类、原生动物等）的代谢活动，以及相伴随的物理、化学、物理化学过程，使污水中的有机污染物、营养素和其他污染物质进行多级转换、降解和去除，从而实现污水的无害化、资源化与再利用。我国有关稳定塘的研究始于20世纪50年代末，从

23、60年代起陆续建成了一批污水塘库，8090年代是我国稳定塘处理技术迅速发展的时期，目前已经建成并投入运行的稳定塘几乎遍布全国各个地区 高廷耀,顾国维,周琪,等. 水污染控制工程.下册M. 北京：高等教育出版社,2007：247-257.。稳定塘按塘水中微生物又是群体类型和塘水的溶解氧状况可分为好氧塘、兼氧塘、厌氧塘和曝气塘。稳定塘适用于人口密度不大，土地资源相对丰富，但管理技术水平相对落后的农村地区，农业开发利用价值不高的废河道、沼泽地、峡谷等地段可进行改造成稳定塘。其不足之处是占地面积大、净化效果受气温等自然因素影响。3 国外农村生活污水处理现状国外在农村生活污水处理技术的研究和应用方面开展

24、较早，美国、日本、法国、英国、澳大利亚等发达国家对农村生活污水处理技术的研究较为深入，成果斐然。3.1多级土壤渗滤系统（MSL）多级土壤渗滤系统（MSL）是日本在20 世纪90 年代开发的一种新型土地处理技术，其核心理念将土壤模块化，整体结构呈砖块垒砌模式，在周围空隙内填充粒径较大的填料如沸石、砂砾等形成渗滤层 魏才倢,吴为中,杨逢乐等. 多级土壤渗滤系统技术研究现状及发展J. 环境科学学报, 2009, 29(7)：1351-1357.。系统内不同材料的粒径和结构的差异，可以有效地控制污水的渗透性，防止堵塞。MSL 系统具有投资少、运行费用低、处理水量负荷高、脱氮除磷效果好等优点，并可以充分

25、利用当地资源添加到混合模块层来增加系统除磷、反硝化及对特定污染物的去除效果 魏才,朱擎,吴为中. 2种不同模块化填料组合的多级土壤渗滤系统的比较J. 环境科学, 2009 ,30(6)：1860-1866.。据报道，MSL 系统在日本应用于处理餐饮废水，在运行的第9年，其BOD、TN、TP的处理效率依然可分别达到95%、75%和80%，大大地提高了土地处理系统的使用年限 Attanandana T, Saitthiti B, Thongpae S, et al. 2000. Multi-media-layering system for food service wastewater trea

26、tmentJ. Eco Eng, 15: 133-138.。Boonsook等 Boonsook P, Luanmanee S, Attanandana T, et al. 2003. A comparative study of permeable layermaterials and aeration regime on efficiency of multi-soil-laying system for domestic wastewater treatment in Thailand J . Soil Sci and Plant Nutr, 49 (6) : 873882.研究了采用不

27、同渗滤层( PL)材料(包括沸石、珍珠岩、砂砾和木炭等)对MSL 处理效率的影响。近几年，Sato等 Sato K, Masunaga T, Wakatsuki T. Characterization of treatment processes and mechanisms of COD, phosphorus and nitrogen removal in a multi-soil-layering system J . Soil Science andPlant Nutrient, 2005,51(2):213-221.、Masunaga等 Masunaga T, Sato K, Mor

28、i J, et al. Characteristics of waste water treatment using a multi-soil-laying system in relation to wastewater contamination level and hydraulic loading rates J. Soil Science and Plant Nutrient, 2007,53(2):215-223.、Chen等 Chen X, Sato K, Wakatsuki T, et al. Effect of structural difference on wastewa

29、ter treatment efficiency in multi-soil-layeringsystems: relationship between soil mixture block size and removalefficiency of selected contaminants J. Soil Science and PlantNutrient, 2007,53(2):206-214.分别研究了MSL系统采用不同水力负荷、不同模块大小对污染物去除的影响，并深入探讨了系统内污染物沿程去除机理。Luanmanee等 Luanmanee S, Boonsook P, Attanand

30、ana T, et al. Effect of organic components and aeration regimes on the efficiency of aMuti-soil-layering system for domestic wastewater treatment J. Soil Science and Plant Nutrient, 2002,53(2):125-134.通过控制曝气时间和曝气量来控制系统内的氧化还原环境的平衡。近几年，国内也有学者对MSL系统进行了相关研究，魏才倢等 魏才倢,朱擎,吴为中,等. 两段式沸石多级土壤渗滤系统强化脱氮试验J. 中国环境科

31、学, 2009, 29(8)：833-838.针对两段式沸石MSL系统缺氧段反硝化不足的问题，采取分段进水的方式，结果MSL系统TN去除率从53.7%上升到89.4%。魏才倢等 魏才倢,朱擎,吴为中,等. 2 种不同模块化填料组合的多级土壤渗滤系统的比较J. 中国环境科学, 2009, 30(6)：1860-1865.以滇池入湖河流污水为对象，研究了2种不同模块化填料组合的多级土壤渗滤系统在不同运行条件下的处理效果差异。结果表明，各系统都具有较好的COD 去除效果，平均去除率均在50 %以上。沸石-陶结系统无论曝气与否，均具有高NH+4-N 去除能力，出水浓度秋季春季冬季。3.5澳大利亚“FI

32、LTER”污水处理系统近年来，澳大利亚的科学和工业组织的专家提出了一种结合过滤、土地处理与暗管排水的，名为“FILTER”的高效污水灌溉系统，其工艺原理是利用污水进行作物灌溉，通过灌溉土地处理后，再用地下暗管将其汇集和排出。该系统一方面可以利用污水中的氮、磷等营养物质满足作物生长需求，另一方面可以净化污水，使之达到排放标准。澳大利亚CSIRO与中国水利水电科学院和天津市水利科学研究所合作，在天津市武清县建立试验区，灌溉小麦 曾令芳. 简评国外农村生活污水处理新方法J. 中国农村水利水电, 2001, (9)：30-33.。试验表明：总磷去除率97%99%，总氮的去除率达82%86%，生物耗氧量

33、的去除率为93%，化学耗氧量的去除率为75%86%。“FILTER”系统对生活污水的处理效果好、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。但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。该系统受作物生长季节限制，非生长季节不能灌溉，致使系统不能运行。4 结语农村生活污水污染问题在中国一直不受重视，生活污水处理技术研究起步较晚，缺少良好的示范工程，农村生活污水治理迄今未形成规模。国内外农村生活污水处理技术有各自的优缺点和适用范围，鉴于我国广大农村各自的独特性，各地区在建设污水处理设施时，不能照搬别人的技术，需要结合自身特点，以低建设投入、低运行费用、高效率为目标，通过科学设计和优化组合已有技术，打造出一套属于自己的农村生活污水处理技术。参考文献