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生态工程在农村生活污水问题中的研究应用
摘要：农村生活污水问题是水资源处理的重要组成部分，它关系到农村居民的切身利益，对改善农村居民的生态环境和生活质量有密切联系。目前，我国农村生活污水治理污水收集难度大、工程设计未完全透明且淡化内容、政策建设资金紧张、设施建设质量得不到保证、设施运行管理水平不足等问题。本文从生态工程的角度分析应对我国农村生活污水治理的问题，论述人工湿地系统、稳定塘系统、地下渗滤系统、蚯蚓生态滤池四种现行生态工程在污水处理的应用，以期为促进我国农村生活污水的治理提供借鉴。
关键词：生态工程，农村，生活污水，应用
长期以来，由于治理资金短缺和对农村水环境保护意识的淡薄，农村地区的生活污水未经处理就直接排放，成为江河湖泊水体水质下降的主要原因。据世界卫生组织以及水供应和卫生合作理事会调查显示，发展中国家中有25%的居住人口享受不到卫生系统提供的便利，相比而言，农村人口的比例高达82%
［1］
。现有的成熟的污水处理工艺对污水处理能够达到很好的处理效果，但是它们又存在自身的限制，如运行过程中需要化学药剂的添加、释放恶臭、运行管理要求掌握相关技术技能，基建、运行维护相关投资费用高，从环境友好角度而言，它们也不是最佳选择［2-3］，尤其是对于经济、技术实力相对落后的农村地区而言，因此人们开始致力于高效经济的自然生态处理工艺研究。进行农村生活污水的研究，探索适合农村生活污水的处理模式，对推动社会主义新农村的建设，具有迫切的现实意义。农村生活污水处理存在的问题
1.1 污水收集难度大、管网欠缺
污水收集上存在的问题是大多数农村污水处理设施存在的共性问题。由于农村地区居民,并非像城市居民居住相对集中;因其居住相对较分散,且地势高低不平,污水难以通过自流进入污水处理设施。同时,由于缺乏系统规划及农村集体经济薄弱等原因,绝大多数村庄没有完善的污水管网。已建的农村污水处理设施由于管网不够完善,收集范围小,户接入面窄,导致污水收集率低。
1.2 工程设计未完全透明、淡化内容
虽然农村污水处理设施的建设都是通过专业的设计单位进行设计,但目前国家还没有出台针对农村地区污水处理工程的设计和施工相关规范,工程设计和施工往往只能参照其它相关规范进行。同时,由于受工程总承包等相关利益的驱使或对知识产权的保护等,或因农村污水处理设施单个项目投资额小,设计收费较低等原因的影响,设计单位在方案中对一些须具体明确化的设计内容往往加以淡化或模糊化,这使得设计单位的设计文件内容深度不足,比如涉及到人工湿地(生态绿地)等工程时,对水力负荷的论证、湿地管道的铺设、管道布水孔的设置,湿地填料的优化级配、填料的孔隙度、填料的具体要求,湿地植物的选配、种植密度、种植面积等往往没有给出明确的规定,这对后期的工程监管、工程施工、工程审计等留有较大的疏漏隐患。
1.3 政策建设资金紧张、缺口较大
由于上级部门资金投入不足,基层配套资金不到位,导致工程建设无法完整实施,达不到设计标准,工程设施简陋、管网不全、污水收集和处理率较低。
1.4 工程运行管理欠缺、缺乏机制
虽然农村生活污水处理设施的建设大都选用运行费用低廉,管理维护简单等技术,但并不完全是指所有污水处理设施不需要运行维护管理。部分农村污水处理设施的运行管理也反映出了诸多问题(1)专职的管理人员缺乏,甚至无管理人员。即使有专人管理但主要以兼职管理为主,由于管理人员其他工作的限制,未有足够的时间和精力投入到污水处理设施的管理上,使得出现问题无法及时解决,影响处理设施的正常运行;(2)管理人员缺乏专业技术知识。管理人员大都未经过相关的专业技术指导或培训,同时,设计单位未在设计方案中指明具体的管理内容、管理范围和管理方法,无法对其所负责的污水处理设施进行正常维护和有效管理;(3)缺乏完善的长效管理机制。管理部门多头管理,比如涉及包括农办、环保、水办等部门,工程设计、施工、验收整个环节缺乏专门的管理部门和系统的管理程序,治理资金分散,工程运行维护和管理出现空位。生态工程在农村污水处理中的应用
2.1 人工湿地系统
人工湿地系统是自然湿地系统某些功能的强化，美国权威湿地研究与设计管理专家Hammer 定义人工湿地为: 一个为了人类的利用和利益，通过模拟自然湿地，人为设计与建造的由饱和基质、挺水与沉水植物、动物和水体组成的复合体
［4］
。人工湿地处理技术是一种应用比较广泛的利用低洼湿地沼泽地处理污水的方法，将污水有控制地投配到土壤（填料）生长有芦苇、香蒲等水生植物的土地上。人工湿地对废水的处理机理综合了物理、化学和生物三重协同作用。当湿地系统运行成熟后，填料表面和植物根系中生长了大量的微生物形成的生物膜，系统主要去除填料及根系阻挡截留，有机质则主要通过生物膜中微生物的同化吸收及异化分解而得以去除。湿地床层中植物对氧的运输、传递、释放作用，使其根系周围的微环境中依次呈现出好氧、缺氧和厌氧状态，有利于硝化、反硝化反应和微生物对磷的过量积累作用，保证了对氮磷的去除效果，最后通过湿地基质的定期更换及植物收割使污染物质最终从系统中去除。目前，在美国有600 多处人工湿地工程用于处理市政、工业和农业废水［5］，新西兰也有80 多处人工湿地系统被投入使用
［6］
。在过去的20 年里在我国的广大郊区、农村地区超过1 500 个人工湿地案例已经成功应用。由于单一的生态处理方法不能够达标，近年来复合工艺兴起，复合工艺就是将生态处理系统的不同类型按照场地条件、目的进行组合或与其他污水处理工艺相结合使用，可以提高系统的处理负荷，从而减少了对环境条件的依赖性;太湖流域的宜兴市尹家村污水处理工程采用MBR/人工湿地组合工艺处理农村生活污水，通过对参数的合理选取及精心设计，取得了较好的处理效果，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918 － 2002)的一级A 标准。工艺流程包括预处理单元、膜生物反应器处理单元、表流湿地单元、氧化塘单元属于典型的生态处理等工艺的综合运用;清华大学“九五”期间在滇池流域采用人工复合生态床处理农村生活污水，利用微生物的硝化/反硝化作用以及填料对磷的吸附/沉淀作用、水生植物的吸收作用，对营养物氮、磷的去除取得了较好的效果
［7］，但是在推广应用上仍有不足。
2.2 稳定塘系统
稳定塘是一种土地经过人工适当的修整，设围堤和防渗层的池塘，主要依靠自然生物净化功能使污水得到净化的污水生物处理技术。它具有显而易见的优点: 可充分利用地形，节省基建投资;运行维护费低，系统基本不耗能;无需污泥处理;可实现污水资源化。20 世纪50 年代末，美国加州大学伯克利分校的Oswald和Gotaas 在稳定塘基础上提出并发展了高效藻类塘。高效藻类塘是传统稳定塘的一种改进形式，它通过强化利用藻类的增值来产生有利于微生物生长和繁殖的环境，形成更紧密的菌藻共生系统，同时创造一定的物化条件，达到对有机碳、病原体尤其是氮和磷等污染物的有效去除。在法国污水处理领域稳定塘颇受人们喜爱，据统计，法国现在有2 500 ～3 000个稳定塘投入使用，平均每个稳定塘可服务600 个人，处理量为污水处理厂的20% 左右
［8］
。对稳定塘等复合工艺的应用，我国山东东营市是一个较为成功的案例，其具体工艺流程为: 污水→总提升泵站→压力管线→平流沉砂池→高效兼性塘→曝气塘→养鱼塘→曝气→养鱼塘→芦苇塘→藕塘→自流或回用，此系统以高效兼性塘、曝气塘和曝气养鱼塘为主要处理系统，对污水净化效果较好，还可以利用污水养鱼、鸭、鹅，达到污水处理效果的同时也获得了经济效益
［9］。
2.3 地下渗滤系统
地下渗滤系统通常由化粪池和土壤渗滤装置构成，是将生活污水经过化粪池预处理后投配到地面下一定距离，在渗透性良好的地层中，通过土壤的毛细力、重力的作用下使得污水扩散运动，地下渗滤系统净化机理除了物理截留、物化吸附、化学沉淀、生物降解、动植物等作用，也存在一些土壤生态处理系统中的特殊机制，如光催化、光降解、植物吸取等。地下渗滤系统具有氮、磷去除能力强，处理出水水质好，可回用，基建及运行成本低，运行管理简单、维护容易、不产生剩余污泥且对进水负荷的变化适应性强等优点外，还对各种病原体具有很好的降解作用，适用于新兴农村地区的生活污水处理，因而成为人们所关注和广泛使用的农村污水处理工艺。上海市闵行区汇浦江镇正义村和汇中村采用地下土壤渗滤处理对当地农村生活污水进行示范工程，并详细地比较了面积分别为9 m2(服务人口11 人)、45 m2(服务人口170人)、90 m2(服务人口170 人)以及200 m2(服务人口170 人)的处理系统在工程实际中出水水质的不同，试验结果显示处理系统面积越大出水的各个水质指标相应变好，200 m2 的处理系统出水水质保持在一级A 水平，研究推荐对各农户污水进行收集后在统一建设，面积在90 ～ 300 m
2［10］
。张建等在滇池周边进行地下渗滤处理农村生活污水的中试，处理规模为30 ～ 40 ms /d，可处理200 余户村民产生的生活污水，运行效果良好，水力负荷为8 cm/d 时，系统对COD、NH4+-N、TP 和TN 的去除率分别达到80%、90%、95% 和80% 以上，出水水质优于建设部颁发的生活杂用水水质标准采用间歇配水
［11］。
2.4 蚯蚓生态滤池
蚯蚓生态滤池，又称蚯蚓生物滤池，是利用蚯蚓具有提高土壤透水性能和促进有机物质分解转化的生态学功能而设计的一种生物、生态相结合技术。蚯蚓生物滤池的滤料由上部蚯蚓有机分解层、中间层和下部碎石承托层构成。蚯蚓生态滤池是一个复杂的生态系统，内部生长着蚯蚓和大量的细菌、真菌、霉菌等。滤池就是利用基质、蚯蚓和微生物这个复合生态系统的物理、化学和生物的三重协同作用对生活污水进行净化，污染物在这些复杂而又相互联系和制约的作用下被去除。蚯蚓生物滤池工程造价和运行费用低，除污效能高，占地面积小，剩余污泥量少，可实现污水、污泥的同步处理，减少后续污泥的处置处理相关费用等，通过蚯蚓的运动疏通和吞食增殖微生物，还解决了传统生物滤池所遇到的堵塞问题南京大学郑正等对将蚯蚓生态滤池工艺应用于农村生活污水进行了研究，并建立了将农户现有的化粪池改装后直接加以利用的示范工程
［12］
。王树乾等将蚯蚓微生物生态滤池用于城镇生活污水研究，蚯蚓生态滤池对COD、BOD、TSS 的去除率都在80% 以上，对NH4+-N 的去除率在55%以上，总磷去除率在45%以上
［13］。
3总结讨论
中国农村生活污水的治理工作起步较晚，目前还没有形成规模。随着全国新农村建设步伐的加快和政策的倾斜，一些地方已经开始建设示范工程和规模化运行的处理设施,但其治理技术多是借鉴国外已有技术，并不完全适用于国内。先进的技术不一定是最适用的，只有高效、低投入、低运行成本的污水处理技术，才符合国情。上述污水处理技术具有投资省、效果好的特点，各地区可以因地制宜，酌情选择。此外，这些技术也都有自身的不足和值得改进之处,在实际应用中可通过科学设计、优化组合，达到技术上的互补。未来的污水处理技术会向着多方面、深层次的方向发展。可以预见，多种系统的联合使用会成为今后发展的主要方向。参考文献
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