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摘要：农村污水具有点多、面广、量小、分散等特点，同时面临管理水平低、建站和运行资金短缺等实际问题。我国在农村污水处理技术研究上进展缓慢，尚无专门针对农村污水的处理技术。本文介绍了一种新型的工艺技术——人工快渗，该技术十分适合农村水污染治理的特点，为解决新农村环境问题的提供一种新的思路。
关键词：农村污水；新型工艺；人工快渗
农村环境作为城市环境的支持者，一直是城市污染的消纳地，长期受城乡“二元”发展结构的影响，我国在城市环境日益改善的同时，农村的环境保护长期受到忽视，生态环境质量急剧下降，环境污染给农民带来了严重的负面影响。因此，重视与加强农村地区的水污染治理工作，防止对农村及周边地区的水体、土地等自然环境造成污染，成为新农村建设的一项重要内容，也是改善和提高当前农村人居环境工作中最重要的任务之一。
目前，我国在城市和城镇废水处理技术研究上已取得较大的进展，但在农村污水处理技术研究上进展缓慢，尚无专门针对农村污水的处理技术，更缺乏相关的标准规范。因此，研究农村水污染防治的对策，开发出适合农村水污染治理特点的技术成为解决新农村环境问题的首要任务。
一、农村水污染的特点
与城市和小城镇污水处理相比，农村水污染主要有如下特点：
（一）规模小且分散
我国现行的“城市污水处理工程项目建设标准(1997)”中将城市污水处理规模分为五类，其中V类为10000～50000m3/ d。我国的小城镇污水处理规模一般小于20000m3/ d，重点是2000～5000m3/ d。而农村污水处理是不同于城市和中小城镇污水的第三种类型，其污水量比中小城镇还小很多，一般在1000m3/ d以下，其中多數在500m3/ d以下。与城市和小城镇污水处理相比，农村不仅居住密度小，而且有些户与户之间居住较分散、村与村间距也相对较远。
（二）区域差异大
我国幅员辽阔，从冬季时间长达半年以上的北部到常年四季如春的海南，地理环境、气候、当地经济发展水平等地区差异大，给污水处理带来很大困难。我国现阶段在污水处理领域普遍采用生物处理法，老一辈环保工作者通过对寒冷地区冬季污水处理厂运行效率的影响研究,从微生物生长、生化反应速度等机理出发,分析了低温对微生物生长、酶促反应速度、生物处理反应速度、生物脱氮、沉淀装置的各种影响[1]。
（三）水量水质变化大
每天的不同时段，水质水量变化较大，且比较集中；特别是早、中、晚集中做饭时间，污水量达到高峰，是平时污水排放量的2～3倍；此外，农村排水系统很不完善更没有经过合理的规划，雨污混排，受雨季影响，水量变化系数较大。
农村生活污水的来源主要是厨房用水和洗涤用水，由于农村没有完善的排水系统，渗漏严重，农村生活污水的CODcr 、BOD5普遍高于城镇生活污水，水质参考指标如表1：
表1 农村污水水质参考指标
（四）管理水平低
污水处理工程是一个由不同功能单元组成的系统，是一个特定“车间”，需要一定的水力学、环境工程微生物学和机械设备等专业知识背景。目前我国农村污水处理站主要由村民管理，人员专业素质低，维护管理技术人员及运行管理经验严重缺乏。
（五）资金短缺
农村供水排水设施建设与运营缺乏可靠的资金来源是阻碍农村水污染治理的一大难题。实践证明：工艺再简单，操作管理再方便的污水处理站，也需要动力消耗，需要一定的运行管护经费和定期大修资金。以一个日处理200吨的污水处理站为例，采用常规传统工艺，日常运行费用以0.5元/吨水计，则年运行费用为3.60万元。
（六）缺乏工艺设计参数
农村污水处理的规模比较小，进行污水处理工程设计时如果沿用和照搬城市污水和小城镇污水处理工艺的设计参数，这样势必造成工程投资和运行费用过高，其结果是建不起、也用不起。缺乏有针对性的治理技术及工程设计参数制约了农村污水治理工作的发展。
二、人工快渗
（一）技术背景
人工快渗工艺（Constructed Rapid Infiltration，简称CRI工艺）源于原始土地处理法中的快速渗滤工艺（Rapid Infiltration，简称RI工艺）。RI系统由渗滤池、供排水系统、调整系统和预处理系统（格栅、均质池等）构成，其历史较长，如美国的卡柳特系统（Calumet RI）建于1887年，乔治湖系统（George Lake RI）建于1939年，这些工程仍在运转。进入19世纪60年代后，城市污水排放量迅速增大，污水快速渗滤系统造价低、能耗少的作用又被重新认识和估价。在我国，土地处理技术经过“七五”、“八五”联合科技攻关，实现了从小试、中试到实用规模的试验、示范研究，确立了完整的技术分类系统，明确了各种类型的工艺特征、技术要点和工程参数，为在我国推行这项技术提供了有力保证[2、3]。
CRI系统就是在这种背景下发展起来的，自2000年以来，由深圳市深港产学研环保工程技术股份有限公司、北京大学深圳研究生院、中国地质大学（北京）等企业单位、科研院所的科技人员组成的专业研发团队开展了CRI系统的核心技术开发和应用性研究，取得了大量的研究成果及运行管理经验。并成功解决了该技术不适用于北方寒冷地区冬季稳定运行的难题[4]，拓宽了其应用范围。
（二）工艺流程
CRI系统分为预处理单元（隔栅、预沉池等）和主反应单元（快渗池）两部分，流程如下图所示：
图1CRI系统工艺流程示意图
CRI处理工程在工艺流程上都是以人工快渗池为主体，前处理构筑物去除水体中部分SS和颗粒有机物，防止后续的人工快渗系统发生堵塞；同时在一定程度上降低进入快渗池的污染物的浓度，提高后续人工快渗池的水力负荷。
（三）技术原理
CRI系统采用渗透性能良好的CRI介质（以一定级配的天然河砂为主，并掺入活性矿物填料），采用干湿交替的运转方式，污水自上而下流经填料的过程中发生综合的物理、化学、生物作用，使污染物得以去除，其中生物作用是主要的污染物去除手段。
1．有机物去除机理
在CRI系统中，有机物的去除首先是通过渗滤介质及其表面的微生物的过滤吸附作用而截留在系统内，再通过微生物的作用特别是落干期好氧微生物的降解作用而获得最终去除的。快渗池对COD和BOD的去除率均在90％以上。
2．氮类污染物去除机理
在CRI系统中，氨氮一般先通过介质吸附，再在硝化细菌的作用下被氧化成硝氮而得到去除。为进一步提高对总氮的去处理，在人工快渗系统中增加了后序的生物塘处理，有效提高了系统整体的出水指标。CRI系统对氨氮的去除率可以达到90%以上。
3．磷的去除机理
CRI系统除磷机制主要是渗滤介质的吸附、化学沉淀和生物降解。为进一步提高对总磷的去除，在人工快渗系统前处理中增加了絮凝沉淀工艺，有效提高了系统整体的出水指标。
（四）技术特点
1．节能高效
人工快渗污水处理工艺是一种节能高效的符合节能减排理念的污水处理技术。在污水处理厂的运行中，最大的能耗在鼓风曝气上，约占污水处理厂总能耗的50%，此外，像污泥回流、污泥脱水等部分也占据着相应较大比例的能耗。人工快渗污水处理系统运行时，不需要曝气，不需要设置二沉池，同时系统不产生活性污泥，极大地减少了能源消耗，提高了能源利用率。下表是人工快渗技术与其他污水处理技术处理吨水的能耗对比。
表2 各处理工艺吨水能耗比较
2．土地利用效率高
人工快渗污水处理系统属于改进的土地处理系统，相对于目前常用的人工湿地处理系统，人工快渗污水处理系统水力负荷高，对于合流制污水水力负荷可达2.0m3/ m2·d以上，对于城市生活污水水力负荷可达1.5m3/ m2·d以上，占地面积比人工湿地工艺小1/3。
3．抗冲击负荷强
短时间的水质水量突变不会影响系统正常运行，出水依旧稳定。停止运行较长时间后，经3～5天的翻晒保养即可迅速恢复正常运行。
4．运行管理方便
CRI工艺流程简单，不采用曝气、不设污泥回流、不用处理污泥，污水经过一级处理沉淀后就可以直接进入快渗池进行二级生化处理，二级生化处理中没有任何污泥产生，仅有少量水泵和阀门检修方面的工作，减免了建设污泥处理设施的成本。流程简单使得操作方便，一般10000 t/d污水处理厂仅需5～8名经过简单培训的当地农民即可完全操作。
5．不产生二次污染
不产生剩余活性污泥，省去剩余活性污泥的处理费用，不会造成因剩余活性污泥处置不当而引起对环境的二次污染。
（五）工程案例
于2011年3月竣工并投入使用的位于湖北省武汉市江夏區梁子湖景区北咀新村水污染治理示范工程采用人工快渗工艺，建设规模300吨/日，占地面积850m2。设计出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准，实际运行成本0.168元/吨（污水）。工艺流程图见图2：
图2工艺流程图
2011年3月~6月水质情况如下：
图3 进水流道图4 出水河道
三、结论与建议
CRI技术具有节能高效、土地利用效率高、抗冲击负荷强、运行管理简单、一次投资建设费用少，运行成本低廉、无二次污染等优点，十分适宜在我国广大农村地区进行推广。
建议政府应以市场为导向，变单向性、防护性水污染整治为开发性环境治理，变救济性扶贫为开发性扶贫。在农村发展有机食品、无公害食品，加快生态示范区建设，努力实现农村经济和农村水环境保护工作的双赢！
参考文献
[1]钱程,任丽波,姚瑶．寒冷地区冬季低温对污水处理厂运行效率的影响研究[J]．环境科学与管理，2008，（5）.
[2]张金炳,黄培鸿,杨小毛等．东莞华兴电器厂生活污水人工快速渗滤处理系统[J]．环境工程，2003，（06）.
[3]黄培鸿,杨小毛,钟佐燊等．人工快速渗滤系统处理深圳市茅洲河水的试验研究[J]．应用基础与工程科学学报，2003，（04）.
[4]李璐，陈海斌．人工快渗污水处理技术冬季运行的实验研究[J]．建设者，2010，（10）.
作者简介：黄金（1983- ），男，深圳市西乡镇宝西建筑工程有限公司环保工程师，研究方向：废水、废气、固废等环保多个领域。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：农村污水；新型工艺；人工快渗
农村环境作为城市环境的支持者，一直是城市污染的消纳地，长期受城乡“二元”发展结构的影响，我国在城市环境日益改善的同时，农村的环境保护长期受到忽视，生态环境质量急剧下降，环境污染给农民带来了严重的负面影响。因此，重视与加强农村地区的水污染治理工作，防止对农村及周边地区的水体、土地等自然环境造成污染，成为新农村建设的一项重要内容，也是改善和提高当前农村人居环境工作中最重要的任务之一。
目前，我国在城市和城镇废水处理技术研究上已取得较大的进展，但在农村污水处理技术研究上进展缓慢，尚无专门针对农村污水的处理技术，更缺乏相关的标准规范。因此，研究农村水污染防治的对策，开发出适合农村水污染治理特点的技术成为解决新农村环境问题的首要任务。
一、农村水污染的特点
与城市和小城镇污水处理相比，农村水污染主要有如下特点：
（一）规模小且分散
我国现行的“城市污水处理工程项目建设标准(1997)”中将城市污水处理规模分为五类，其中V类为10000～50000m3/ d。我国的小城镇污水处理规模一般小于20000m3/ d，重点是2000～5000m3/ d。而农村污水处理是不同于城市和中小城镇污水的第三种类型，其污水量比中小城镇还小很多，一般在1000m3/ d以下，其中多數在500m3/ d以下。与城市和小城镇污水处理相比，农村不仅居住密度小，而且有些户与户之间居住较分散、村与村间距也相对较远。
（二）区域差异大
我国幅员辽阔，从冬季时间长达半年以上的北部到常年四季如春的海南，地理环境、气候、当地经济发展水平等地区差异大，给污水处理带来很大困难。我国现阶段在污水处理领域普遍采用生物处理法，老一辈环保工作者通过对寒冷地区冬季污水处理厂运行效率的影响研究,从微生物生长、生化反应速度等机理出发,分析了低温对微生物生长、酶促反应速度、生物处理反应速度、生物脱氮、沉淀装置的各种影响[1]。
（三）水量水质变化大
每天的不同时段，水质水量变化较大，且比较集中；特别是早、中、晚集中做饭时间，污水量达到高峰，是平时污水排放量的2～3倍；此外，农村排水系统很不完善更没有经过合理的规划，雨污混排，受雨季影响，水量变化系数较大。
农村生活污水的来源主要是厨房用水和洗涤用水，由于农村没有完善的排水系统，渗漏严重，农村生活污水的CODcr 、BOD5普遍高于城镇生活污水，水质参考指标如表1：
表1 农村污水水质参考指标
（四）管理水平低
污水处理工程是一个由不同功能单元组成的系统，是一个特定“车间”，需要一定的水力学、环境工程微生物学和机械设备等专业知识背景。目前我国农村污水处理站主要由村民管理，人员专业素质低，维护管理技术人员及运行管理经验严重缺乏。
（五）资金短缺
农村供水排水设施建设与运营缺乏可靠的资金来源是阻碍农村水污染治理的一大难题。实践证明：工艺再简单，操作管理再方便的污水处理站，也需要动力消耗，需要一定的运行管护经费和定期大修资金。以一个日处理200吨的污水处理站为例，采用常规传统工艺，日常运行费用以0.5元/吨水计，则年运行费用为3.60万元。
（六）缺乏工艺设计参数
农村污水处理的规模比较小，进行污水处理工程设计时如果沿用和照搬城市污水和小城镇污水处理工艺的设计参数，这样势必造成工程投资和运行费用过高，其结果是建不起、也用不起。缺乏有针对性的治理技术及工程设计参数制约了农村污水治理工作的发展。
二、人工快渗
（一）技术背景
人工快渗工艺（Constructed Rapid Infiltration，简称CRI工艺）源于原始土地处理法中的快速渗滤工艺（Rapid Infiltration，简称RI工艺）。RI系统由渗滤池、供排水系统、调整系统和预处理系统（格栅、均质池等）构成，其历史较长，如美国的卡柳特系统（Calumet RI）建于1887年，乔治湖系统（George Lake RI）建于1939年，这些工程仍在运转。进入19世纪60年代后，城市污水排放量迅速增大，污水快速渗滤系统造价低、能耗少的作用又被重新认识和估价。在我国，土地处理技术经过“七五”、“八五”联合科技攻关，实现了从小试、中试到实用规模的试验、示范研究，确立了完整的技术分类系统，明确了各种类型的工艺特征、技术要点和工程参数，为在我国推行这项技术提供了有力保证[2、3]。
CRI系统就是在这种背景下发展起来的，自2000年以来，由深圳市深港产学研环保工程技术股份有限公司、北京大学深圳研究生院、中国地质大学（北京）等企业单位、科研院所的科技人员组成的专业研发团队开展了CRI系统的核心技术开发和应用性研究，取得了大量的研究成果及运行管理经验。并成功解决了该技术不适用于北方寒冷地区冬季稳定运行的难题[4]，拓宽了其应用范围。
（二）工艺流程
CRI系统分为预处理单元（隔栅、预沉池等）和主反应单元（快渗池）两部分，流程如下图所示：
图1CRI系统工艺流程示意图
CRI处理工程在工艺流程上都是以人工快渗池为主体，前处理构筑物去除水体中部分SS和颗粒有机物，防止后续的人工快渗系统发生堵塞；同时在一定程度上降低进入快渗池的污染物的浓度，提高后续人工快渗池的水力负荷。
（三）技术原理
CRI系统采用渗透性能良好的CRI介质（以一定级配的天然河砂为主，并掺入活性矿物填料），采用干湿交替的运转方式，污水自上而下流经填料的过程中发生综合的物理、化学、生物作用，使污染物得以去除，其中生物作用是主要的污染物去除手段。
1．有机物去除机理
在CRI系统中，有机物的去除首先是通过渗滤介质及其表面的微生物的过滤吸附作用而截留在系统内，再通过微生物的作用特别是落干期好氧微生物的降解作用而获得最终去除的。快渗池对COD和BOD的去除率均在90％以上。
2．氮类污染物去除机理
在CRI系统中，氨氮一般先通过介质吸附，再在硝化细菌的作用下被氧化成硝氮而得到去除。为进一步提高对总氮的去处理，在人工快渗系统中增加了后序的生物塘处理，有效提高了系统整体的出水指标。CRI系统对氨氮的去除率可以达到90%以上。
3．磷的去除机理
CRI系统除磷机制主要是渗滤介质的吸附、化学沉淀和生物降解。为进一步提高对总磷的去除，在人工快渗系统前处理中增加了絮凝沉淀工艺，有效提高了系统整体的出水指标。
（四）技术特点
1．节能高效
人工快渗污水处理工艺是一种节能高效的符合节能减排理念的污水处理技术。在污水处理厂的运行中，最大的能耗在鼓风曝气上，约占污水处理厂总能耗的50%，此外，像污泥回流、污泥脱水等部分也占据着相应较大比例的能耗。人工快渗污水处理系统运行时，不需要曝气，不需要设置二沉池，同时系统不产生活性污泥，极大地减少了能源消耗，提高了能源利用率。下表是人工快渗技术与其他污水处理技术处理吨水的能耗对比。
表2 各处理工艺吨水能耗比较
2．土地利用效率高
人工快渗污水处理系统属于改进的土地处理系统，相对于目前常用的人工湿地处理系统，人工快渗污水处理系统水力负荷高，对于合流制污水水力负荷可达2.0m3/ m2·d以上，对于城市生活污水水力负荷可达1.5m3/ m2·d以上，占地面积比人工湿地工艺小1/3。
3．抗冲击负荷强
短时间的水质水量突变不会影响系统正常运行，出水依旧稳定。停止运行较长时间后，经3～5天的翻晒保养即可迅速恢复正常运行。
4．运行管理方便
CRI工艺流程简单，不采用曝气、不设污泥回流、不用处理污泥，污水经过一级处理沉淀后就可以直接进入快渗池进行二级生化处理，二级生化处理中没有任何污泥产生，仅有少量水泵和阀门检修方面的工作，减免了建设污泥处理设施的成本。流程简单使得操作方便，一般10000 t/d污水处理厂仅需5～8名经过简单培训的当地农民即可完全操作。
5．不产生二次污染
不产生剩余活性污泥，省去剩余活性污泥的处理费用，不会造成因剩余活性污泥处置不当而引起对环境的二次污染。
（五）工程案例
于2011年3月竣工并投入使用的位于湖北省武汉市江夏區梁子湖景区北咀新村水污染治理示范工程采用人工快渗工艺，建设规模300吨/日，占地面积850m2。设计出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准，实际运行成本0.168元/吨（污水）。工艺流程图见图2：
图2工艺流程图
2011年3月~6月水质情况如下：
图3 进水流道图4 出水河道
三、结论与建议
CRI技术具有节能高效、土地利用效率高、抗冲击负荷强、运行管理简单、一次投资建设费用少，运行成本低廉、无二次污染等优点，十分适宜在我国广大农村地区进行推广。
建议政府应以市场为导向，变单向性、防护性水污染整治为开发性环境治理，变救济性扶贫为开发性扶贫。在农村发展有机食品、无公害食品，加快生态示范区建设，努力实现农村经济和农村水环境保护工作的双赢！
参考文献
[1]钱程,任丽波,姚瑶．寒冷地区冬季低温对污水处理厂运行效率的影响研究[J]．环境科学与管理，2008，（5）.
[2]张金炳,黄培鸿,杨小毛等．东莞华兴电器厂生活污水人工快速渗滤处理系统[J]．环境工程，2003，（06）.
[3]黄培鸿,杨小毛,钟佐燊等．人工快速渗滤系统处理深圳市茅洲河水的试验研究[J]．应用基础与工程科学学报，2003，（04）.
[4]李璐，陈海斌．人工快渗污水处理技术冬季运行的实验研究[J]．建设者，2010，（10）.
作者简介：黄金（1983- ），男，深圳市西乡镇宝西建筑工程有限公司环保工程师，研究方向：废水、废气、固废等环保多个领域。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。