农村生活污水经过有限处理后进行农田灌溉,能有效缓解水资源不足,且促进农业增产并改善生态环境。近年来,国外污水农灌普及率和国内污水灌溉面积逐年增加,但是污水“拿来就灌”存在一定的问题,科学的农灌有必要提上日程。针对于我国农村地区缺乏建设、运行和维护污水处理设施的资金及管理运营经验等特点,不宜选择城市污水回用技术,宜谨慎选择适合于农村生活污水特点、耗资不大、对建设及后期运营维护要求不太高的土地污水处理和回用技术。本研究采用三组人工快速渗滤柱(缩写CRI,简称低柱、高柱、通风柱)进行对比,通过合理设计CRI装置构造,将以往“强化脱氮除磷”改为“保氮保磷”,利用CRI工艺自身氮磷去除效果差的特点,通过调控运行参数,实现去除污水中污染物的同时最大限度的保留氮磷元素。主要研究内容和结果如下:(1)为筛选合适的“保氮保磷”的CRI系统填料,研究了黏土陶粒、页岩陶粒、本地细砂和本地粗砂的吸附和解吸特性以及理化性能。结果表明,黏土陶粒和粗砂对氮磷吸附效果差且解吸率高,且孔隙率及渗透系数较大,不易堵塞,故选择黏土陶粒和粗砂作为CRI填料。(2)采用“连续进水快速挂膜法”对CRI系统进行挂膜启动,结果表明,低柱和高柱在第33 d启动成功,通风柱在第27d启动成功,填料厚度对CRI系统完成启动的快慢影响不明显,而机械通风缩短了CRI的启动时间,启动成功后,三组CRI对COD的去除率均稳定在60%以上。(3)采用三组CRI(低柱、高柱、通风柱)进行对比,研究了出水用于农灌的CRI系统在不同湿干比(连续进水、3:1、1:1、1:3)下,填料厚度和机械通风对其处理生活污水的影响。结果表明,在4种湿干比条件下,低柱和高柱在湿干比为1:1时对COD和SS的去除率最高,通风柱在连续进水时对COD和SS的去除率最高,在这4种湿干比下,三组CRI对TN的保留效果均较好,平均去除率在9.43%~25.8%,但对TP的保留效果相对较差,平均去除率在60.78%~82.79%。(4)采用三组CRI(低柱、高柱、通风柱)进行对比,研究了出水用于农灌的CRI系统在不同水力负荷下(1 m3/(m2·d)、1.25 m3/(m2·d)、1.5 m3/(m2·d)),填料厚度和机械通风对其处理生活污水的影响。结果表明,在3种水力负荷下,三组CRI均在水力负荷1m3/(m2·d)对COD和SS去除最佳,在这3种水力负荷下,三组CRI对TN的保留效果均较好,平均去除率在11.43%~18.89%,但对TP的保留效果相对较差,平均去除率在38.37%~67.86%。(5)采用三组CRI(低柱、高柱、通风柱)进行对比,研究了出水用于农灌的CRI系统在不同进水COD负荷下(70mg/L、100mg/L、225mg/L),填料厚度和机械通风对其处理生活污水的影响。结果表明,随着进水COD浓度升高,三组CRI对COD和SS的去除稳中有升,低柱在较低进水COD浓度(70~100mg/L之间)出水可灌溉生食蔬菜,在进水COD浓度225mg/L左右时出水仅能灌溉非生食蔬菜;高柱和通风柱在三种进水COD浓度下,出水均可灌溉生食蔬菜,在这3种进水COD浓度下,三组CRI对氮的保留效果均较好,对TN的平均去除率最大为33.44%,且在进水COD浓度较低时保留效果更好;对磷的保留效果相对较差,低柱对TP的平均去除率在50%左右,高柱和通风柱对TP的平均去除率在70%左右。(6)在最佳工况下,研究三组CRI对农灌标准所要求的基本控制指标的去除效果及氮磷保留效果,并对稳定运行35d后的不同高度处填料表面形貌进行分析。结果表明:最佳工况下稳定运行35d,三组CRI出水pH值稳定,其出水BOD5、COD、SS、LAS、全盐量、氯化物以及5种重金属(六价铬、铅、镉、汞和总砷)均满足《农田灌溉水质标准(GB5084-2005)》中生食蔬菜标准,DOM经三组CRI的生物降解作用后去除显著;三组CRI对磷的保留效果:低柱>高柱>通风柱,对TN的保留效果为高柱>低柱>通风柱;三组CRI进水粪大肠菌群数超出农灌标准110倍,处理后出水均远低于生食蔬菜标准;三组CRI稳定运行后,根据三组CRI填料表面SEM扫描电镜显示,从填料层上表面至下,CRI柱内生物膜依次变少,且下部填料表面生物膜稀疏多孔。