农村污水处理常用方法范文

导语：如何才能写好一篇农村污水处理常用方法，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

我国农村生活污水治理还处于初期阶段，农村污水治理工作仍然十分艰巨。全国各地开展了不少的农村污水治理工程的建设，但所建设的污水处理设施的出水水质标准不一，吨水建设投资费用差距很大。上世纪末，我国在农村配置了许多形式各异的无动力或微动力的低能耗型一体化污水处理装置。一体化污水处理装置存在占地面积小、自动化程度较高、管理方便、工期较短等优点，但目前该技术也存在许多问题。一方面，生物处理效率较低，尤其表现为氮磷去除率很低，氮磷污染是导致水体富营养化的主要原因。另一方面，目前实施的分散污水处理只是初步实现了分散污水的收集、处理和排放，远未达到再利用的目的，即达到将污水就地处理和就地回用，实现污水资源化的目的。因此，农村污水处理技术应满足以下要求。

①基建投资少，运行费用低。目前城市污水处理工艺已相对成熟，但其污水处理设施基建费用和运行费用高，不适合在农村地区推广。污水处理的运行费用一般包括:电费、药剂费用、人员费、定期修理费用等，较高的运行费用最终将导致“建得起，转不起”的尴尬局面。因此，基建投资少是保证污水处理设施在农村地区推广的前提，运行费用低则是保证污水处理设施持续正常运行的重要条件。

②工艺多样化。我国南北地域气候差异大，且居住方式和生活习惯有很大不同，因此污水处理工艺应呈现多样化，以适应建设地区的气候和水质、水量等条件的变化。

③运行操作简单、效果稳定。农村污水处理设施的日常运行，大都需要由村民自主管理来完成。而村民的技术知识水平和管理操作水平相对较低，且缺少专业技术人员，因此农村地区的污水处理设施应该采用运行管理简单且成熟稳定的污水处理工艺。

2污水处理措施

2．1污水处理模式

农村生活污水处理大体上有3种模式:

①接入市政管网模式，适用于靠近城镇或靠近城镇污水管网的农村，将生活污水集中收集后输送到城镇的污水处理厂进行处理，有这种条件的村庄，应优先考虑这种模式;

②集中联片处理模式，若接入城镇污水厂管网条件不可行，单村或者集中联片的几个村庄集中收集污水后，规划建设污水处理设施;

③单独分散处理模式，因居住分散、地形复杂、污水难以集中收集，宜以组团为单元，分区收集污水，每个区域污水单独处理。所以，污水处理模式应采取“衔接地方规划、合理利用资源、听取群众意见、科学规划设计”的原则来确定。

2．2污水处理工艺

目前，国内外污水处理技术从工艺原理上基本可分为自然处理系统和生化处理系统两类。自然处理系统主要是利用土壤过滤、植物吸收和微生物分解的原理进行污水处理的系统，或称为生态处理系统。常用的有:人工湿地处理系统(水平流、垂直流)、地下土壤渗滤净化系统、塘处理系统等。生化处理系统又分为好氧生化处理和厌氧生化处理。好氧生化处理主要是通过动力给污水充氧，培养好氧微生物菌种，利用好氧微生物的分解，消耗吸收污水中的有机质、氮及磷等。常用的有活性污泥法、A/O法、生物转盘法、SBR法等。厌氧生化处理主要是利用厌氧微生物的代谢过程，在无需氧气的情况下把有机污染物转化为无机物。常用的有厌氧接触法、厌氧滤池、UASB升流式厌氧污泥床等。针对农村地区特点，常用污水处理技术有以下几种。

1)人工湿地处理技术。有条件的村庄，可充分利用现有的农田灌排渠道与附近的荒地、废塘、洼地和沼泽地等，建设人工湿地处理系统。该系统一般由人工基质和生长在其上的沼生植物(芦苇、香蒲等)组成，是一种独特的“土壤一植物一微生物”生态系统，利用各种植物、动物、微生物和土壤的共同作用，逐级过滤和吸收污水中的污染物，达到净化污水的目的。湿地处理系统工艺设备简单、管理方便、能耗低、工程基建低、运行费用低，能耐受冲击负荷，净化出水水质良好、稳定。缺点是占地面积大，需要解决土壤和水中的充分供氧及受气温和植物生长季节的影响等问题。人工湿地可与稳定塘等其他工艺联合运用，例如重庆大学的蔡明凯等人采用厌氧生物滤池－人工湿地－生态塘工艺处理养殖废水，经过各单元的处理，CODcr去除率约为80．30%，SS去除率约为94．69%，NH3－N去除率约为73．39%，TP的去除率约为86．78%，出水浓度能够达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准。

2)地下土壤渗滤净化系统。适合于农户居住的土地较分散，且村庄周边往往有闲置荒地。地下土壤渗滤净化系统是一种基于自然生态原理，予以工程化、实用化而创造出的一种小规模污水净化工艺技术，是将污水有控制地投配到经过一定构造、距地面约50cm深和具有良好扩散性能的土层中，投配污水缓慢通过布水管周围的碎石和砂层，在土壤毛管作用下向附近土层中扩散。表层土壤中有大量微生物，作物根区处于好氧状态，污水中的污染物质被过滤、吸附、降解。由于负荷低，停留时间长，水质净化效果好。地下土壤渗滤净化系统建设容易、维护管理简单、基建投资少、运行费用低;把整个处理装置放在地下，不损害景观，不产生臭气。缺点是占地面积大，易滋生蚊蝇，冬季运行效果差。清华大学在2000年国家科技部重大专项中，首先在农村地区推广应用地下土壤渗滤系统，并取得了良好效果:对生活污水中的有机物和氮、磷等均具有较高的去除率，CODcr、BOD5、NH3－N和TP的去除率分别达到80%、90%、90%和98%。

3)好氧生物处理系统。好氧生物处理系统是现阶段污水处理中最常用的一种处理技术。好氧生物处理工艺众多，各有优缺点。选择时要根据实际情况仔细论证和比选，注重经济适用。生物处理法就是通过风机等设备给污水输氧，培养生物菌种和微生物。通过菌种和微生物把污水中的大部分有机物分解为无污染的CO2、水等物质，少部分合成为细胞物质，促使微生物增长，并以剩余污泥的形式排出，使污水得以净化排放。如SBR法，集曝气、沉淀、排水功能于一体，不断地转换，省去了传统的污泥回流设备，大大降低了建设费用;A2O法具有脱氮、除磷功能，还有如生物转盘处理工艺、膜生物反应器处理工艺等。生物处理法和自然处理系统比较，占地面积小，抗气候等外界影响的能力强，处理稳定、效率高，但基建投资、运行成本要高于自然处理系统。

4)厌氧生物处理系统。厌氧生物处理技术是在厌氧条件下，兼性厌氧和厌氧微生物群体将有机物转化为CH4和CO2的过程，又称为厌氧消化。污水厌氧生物处理工艺按微生物的凝聚形态可分为厌氧活性污泥法和厌氧生物膜法。厌氧消化无需搅拌和供氧，动力消耗少;能产生大量含甲烷的沼气，可用于发电和家庭燃气;可高浓度进水，保持高污泥浓度。厌氧处理工艺在我国有很长的历史，我国农民在古代早已开始应用厌氧发酵技术沤制粪肥，进行粪便无害化处理，而且至今仍在应用。我国是世界上利用厌氧消化技术制取和利用沼气最早的国家之一。现在，厌氧沼气池处理污水技术在我国中东部地区应用较广。厌氧沼气池将污水处理与沼气的利用有机结合，实现了污水的资源化，是最能体现环境效益和社会效益结合的农村生活污水处理方式。农村地区可根据实际情况，采取沼气池与其他污水处理工艺组合使用的模式来处理生活污水。江苏省常州地区采用了“污水沼气净化处理+人工湿地”的污水处理方法，它在原来水压式沼气池的基础上加以改进和提高，采取适当的过滤、沉淀和人工湿地的方法，目前这种污水处理模式在当地成效较显著。经过各单位处理后，氨氮去除率达93%，总磷去除率达86%，出水水质能达到《污水综合排放标准》一级B排放标准;其建设成本每户约2500元，年维护费12．5元/人，非常经济。为此建议将厌氧沼气池作为农村生活污水初级处理措施与其他污水处理工艺组合使用，同时要重视对沼气池出料口出沼液的收集和处理。

2．3污水收集系统

污水收集系统基本上由污水收集管网和调节构筑物构成。污水管道的选择根据技术经济比较，建议DN＜400mm的污水管道采用UPVC(硬聚氯乙烯)双壁波纹管，500mm≤DN≤600mm的采用PE(聚乙烯)双壁波纹管，DN≥800mm采用钢筋混凝土排水管。下面主要对调节构筑物中化粪池与调节池进行说明。

1)化粪池。化粪池是污水收集系统中的重要单元，应避免化粪池渗漏引起的二次污染。农村改厕工作已成为农村卫生工作的重点，大部分农户建有冲水式卫生厕所，污水经过厕所进入化粪池，然后进入村庄污水管网。但多数化粪池结构过于简单，多采用12砖墙，沙浆抹面，从表面看做到了防渗，但由于化粪池埋深浅，经过1a冻融后，化粪池多数会出现渗漏，给污水收集带来困难。所以，村民家中化粪池应根据实际加以维修和改造，避免渗漏，确保污水能进入污水管网。

2)调节池。水量变化大是农村污水的特点之一，白天几个时段集中排水，夜间基本没有排水。若污水收集系统中不设调节池，水量、水质将都难以有效调节。水量大时，一方面由于污水没有出路，只能直排，另一方面污水处理系统必须根据水质变化情况，不断调整运行参数，增加了管理难度。所以在污水收集系统中必须设调节池，并且调节池容积应足够大，水力停留时间达到6～8h为宜。

2．4污泥处置

在污水处理过程中会产生污泥，污泥中含有大量的有毒物质，如寄生虫卵、病源微生物、细菌、合成有机物及重金属离子等。污泥处理就是要使污泥减量、稳定、无害化及综合利用。由于农村污水处理站规模一般较小，产生的剩余污泥也相对较少，单独对污泥进行脱水或压榨处理既不经济也不合理，只能妥善储存，累积到一定量后拖走处理。建议农村污水处理站对污泥处理采用“村收集，镇运输，县处理”的模式，各村将剩余污泥贮存于污泥池，所属乡镇有关部门统一安排环卫吸粪车运走，送至区县集中处理。建议设计一个较大的污泥储存池，能储存污水处理站半年左右的剩余污泥量。

3结语

篇2

关键词：大兴区；污水排放；污水综合治理

水是人类赖以生存、发展的最重要条件，是不可替代，不可再生的自然资源。水是生命组成的重要元素之一，是构成环境的基本要素。水资源是指人类可以直接利用的那部分淡水资源，是一种动态资源，随时空变化而变化，它是一种有限的资源。自然界万物生存离不开水，水环境优劣直接关系人类生存环境。

在人类迈向现代化的过程中，大量工业、农业和生活废弃物排入水中，水污染已成为重大世界性公害。权威机构调查，全世界每年约有4200多亿立方米的污水被排入江河湖海，污染了5.5万亿立方米的淡水，相当于全球径流总量的14%以上；在发展中国家，各类疾病有8%是因为饮用了不卫生的水而传播的，每年因饮用不卫生水至少造成2000万人死亡，水污染也因此被称作“世界头号杀手”。

北京是一个水资源短缺的城市，人均水资源不足300立方米，是全国人均水资源量的八分之一，世界人均水资源量的三十分之一，远远低于国际公认的人均1000立方米的缺水下限。而大量未经处理的污水的排放，更是严重威胁有限的水资源。大兴区的现状用水基本上是依靠开采地下水资源。日益增长的用水需求与有限的资源之间的矛盾已威胁到了经济的可持续发展。

而污水处理是污水再生利用的基础，也是实现污水资源化的前提。城市供水的80％转化为污水，经收集处理后，其中70％的再生水可以再次循环使用。这意味着通过污水回用，可以在现有供水量不变的情况下，使城市的可用水量至少增加50％以上，这是一笔巨大的资源。国内外的实践经验表明，污水的再生利用，实现污水资源化，是开源节流、减轻水体污染、改善生态环境、缓解水资源短缺矛盾的最有效的途径。

一、大兴区污水排放情况

1.现状

大兴区地处北京南郊，境内有大小河流七条，水库一座。分别是：永定河、凉水河、新风河、大龙河、南小龙河、北小龙河、天堂河和埝坛水库。其中永定河、天堂河及埝坛水库已多年无水，其余的凉水河、新风河、大龙河、南小龙河、北小龙河均已成为承污水体，主要为沿途生活污水和工业废水的排放河道。

大兴区境内的河流，由于工业废水和生活污水的排放，水质较浑浊，污染物种类多，河水呈现灰黑色、灰白色，有的水面上漂浮着黑色腐败物及一些垃圾，散发出难闻的恶臭，污染较为严重。其中以耗氧有机物、氨氮、总磷、石油类、阴离子表面活性剂、氟化物等为主要污染物。仅以大兴区2003年部分水质监测数据与国家《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中Ⅴ类水体水质标准进行比较，就可见一斑（ 见表1）。

2、来源

（1）工业废水。大兴区在二二年六月，被国家环境保护总局批准为第七批全国生态示范区建设试点地区。加强我区的环境建设，营造清洁优美的环境，创建全国环境优美乡镇是加快生态示范区建设的重要内容之一。随着经济的飞速发展，大兴区已由传统、单纯的农业经济向农业、养殖业、轻工、生物医药、精细化工，加工业等多元化发展。中央及市属单位、外资企业相继迁至我区，主要集中于黄村卫星城及周围地区。各镇的企业数量也是逐年增加。仅2003年大兴区工业废水总量就达880.96万吨，工业废水排放量达224.87万吨。

（2）生活污水。经济的发展，同时也刺激了人口的增长，城市人口也从原来的几万人，增至到现在的几十万人（见表2） ，根据规划远景预测，到2010年，全区人口将达到115万，城镇人口65万，大量的生活污水随之产生。

（3）养殖业废水和生活垃圾。我区的农村大多没有专门的污水处理和垃圾处理的系统。养殖业的发展，一方面带动了当地的经济发展，一方面也给当地环境带来了负荷。散放的垃圾、牛、羊、猪、鸡、鸭等家畜家禽的粪便，无任何处理，自然堆放情况较为普遍，一到雨天就通过地表径流被冲进了河里，大量的氮、磷等营养物质和重金属进入水体，此外农田中过量使用的化肥和农药，也是破坏水环境的一大“凶手”。

（4）入境污水。丰台、石景山地区大量未经处理的生产、生活污水通过李营沟汇入凤碱河，每年入境污水量约4730万吨，这些污水不但对我区地下水源已造成不同程度污染，而且破坏了我区的自然景观，群众反映很大。同时也增大了我区污水处理系统的处理负荷和资金投入。

3、特点

（1）我区城镇化建设加快，乡镇企业发展迅速，但工业布局不尽合理，生活区与工业区相连，污水成分多样化。

（2）我区农村地区广大，农村污水包括农村生活污水、畜禽养殖业等污染源，如何控制这方面污染问题，难度较大，需要综合防治与生态农业相结合来进行控制。

（3）我区的基础设施不完善，除黄村卫星城已建设运行的黄村污水处理厂外，其余各镇均未有建成使用的综合性污水处理设施。而采育镇污水处理厂、榆垡镇污水处理厂、天堂河污水处理厂、魏善庄镇污水处理厂等各镇处理厂也只是针对各自的工业区，目前处于项目可行性研究阶段或待建阶段，远期可投入使用，增强污水的处理能力，是当务之急。

（4）现阶段污水排放量较少且不稳定，随着各镇规划发展和基础设施的建设，水量、水质趋于稳定。

二、我区污水处理的特点

（1）承担的排水面积较少，污水量小，而水量和水质的日变化较大，污水可生化性较差。

（2）我区相比较与北京市其他区县，全年财政收入较低，受此影响，政府用于水污染物治理的资金投入有限。

（3）受人员的知识结构、层次水平影响，操作管理技术水平较低。

（4）我区区域广阔，全区共有14个镇，总面积1030平方公里，大部分为农村地区，污水集中处理有一定的难度。

三、处理方法

污水处理技术，就是采用各种污水处理方法将水中含有的污染物成分分离出来，或将其转化为无害或稳定的物质，从而使污水得到净化。按其处理原理分，污水处理技术可分四类，分别为物理法、化学法、物理化学法、生物法。由于污水的成分、数量复杂，往往需要通过多种方法组合起来进行处理，按其处理程度，可分为三级：一级处理、二级处理、三级（深度）处理。污水处理多采用一级、二级处理方法，可以去除污水中的悬浮颗粒、胶体和小固体颗粒，可以去除大部分有机污染物。三级处理多用在二级处理之后，去除特定污染物，如脱磷、脱氮等。城镇污水处理中最常用的方法是生物处理法，而活性污泥法是最流行的生物（好氧）处理方法，近年已发展出多种工艺流程和工艺方法，其应用范围、处理效果、工艺设计、运行管理更加科学化。利用厌氧处理产生的沼气，作为能源，则是广大农村地区常用的处理方法。此外，污水的土地处理系统，也有较多应用，如人工湿地，污水灌溉等。

结合我区污水排放的特点和处理设施特点，应找出符合大兴区经济能力、技术水平、人员素质的合理化综合处理方法，处理方法即要简便、经济，又要符合现有的经济水准和环保要求，同时也要考虑到长远的环境效益。此外，我区的城镇布局，可大致分为以下三种情况：A、相对集中的小城镇，城市化水平较高，如黄村卫星城、亦庄等地；B、广大的农村地区，这部分地区占我区区域的绝大部分，如我区的南部一些镇；C、镇级工业区与农村地区相交错，形成“农村包围城市”的格局。因此我区的污水处理也应与城镇布局相对应。同时，国家科技攻关研究成果的结论也指出：“城镇水污染处理，必须由分散的点源治理转向综合治理，必须结合城镇建设，经济建设和水利建设等，因地制宜地部署水污染重点工程。”同时也要考虑到，我区水资源紧缺的问题，不仅要处理污水，同时也要综合利用污水。

根据上述内容，总结出以下几种较适应去我区的污水处理方法。

（1）氧化沟（小城镇）。活性污泥法于1914年首先在英国被使用，几十年来，其工艺方面的改革和净化功能方面的研究一直在不断地进行，不断有新的发展出现。其中，延时曝气活性污泥法中的一种特殊形式――氧化沟（混合液在首尾相连的沟渠内循环流动），是一种处理效果好且稳定的处理方法，不需要建初沉池，耐冲击负荷，污泥产率低，出水水质好。在氧化沟里存在缺氧和好氧交替的区域，能发生硝化和反硝化反应，具有较好的脱N、P的作用，而且其基建投资省，运行费用低，非常适合中小型污水处理厂。然而，与传统的活性污泥法相比，氧化沟占地面积大，但我区土地使用情况相对富裕，因此占地应该不成问题。大兴区黄村污水处理厂正是采用此种处理方法，于2000年7月投入运行，处理能力为80000m3/d，目前运转良好。待建的采育镇污水处理厂也是采用改良的氧化沟法对污水进行处理。

（2）厌氧处理法（农村地区）。厌氧生物处理法是利用兼性厌氧菌和转性厌氧菌来降解污水或污泥中有机污染物，分解的最终产物是以甲烷为主的消化气，即沼气，沼气是可以作为能源利用的。农村地区推广的沼气池，也是利用厌氧消化的原理，以粪便、草茎秆等作为原料制取沼气，并提高肥效。这样，农村地区散放的垃圾、牛、羊、猪、鸡、鸭等家畜家禽的粪便可收集起来制取沼气，一方面减少了垃圾的排放，避免经雨、雪等降水淋洗使污染物进入水体，增加水体负荷，减轻处理负担；另一方面则可把垃圾变废为宝，实现二次利用。而且有助于改变农村燃料结构，提倡使用清洁能源，有效改善大气环境质量。

（3）人工湿地（农村地区）。人工湿地污水处理技术作为一项新的方法，近年来正逐步受到重视和发展。经处理后的出水水质可以达到地面水水质标准，“劣五类”地面水经湿地系统处理后，可直接用于中水回用、景观用水、农田灌溉和自然水体的水源补充等。不仅具有很好的景观效果，而且其建设和运行费用都大大低于同等处理能力的污水处理厂。人工构建湿地系统，是在一定的填料上种植特定的湿地植物，如芦苇、水葱、纸莎草、美人蕉等，建立起一个人工湿地生态系统。该系统能因地制宜，与景观建设相结合，既解决了污水处理的难题、又恢复了自然生态系统。其基本-原理为：通过土壤渗滤、芦苇等富营养湿地植物吸收、微生物分解等共同作用，实现多层过滤。逐步降解吸收、达到净化水质的目的。其中包括了土壤----植物、过滤、吸附、与生物氧化等十分复杂的过程。我区的区域广阔，广大的农村地区产生的污水不易集中收集处理，若建设集中式污水处理厂，其建设费用较庞大，而且用于收集污水的管线建设也是一大障碍，而利用人工湿地系统来处理，是一种比较合理的方法。与常规处理方法相比较，人工湿地系统具有：A、高效、便利、廉价的特性；B、该方法不仅能去除常规污染物，而且对N、P等营养物质也有较好的处理效果，可有效的控制和防止水体富营养化；C、其运行、维护、操作简便，无需专业人员；D、可以改善和恢复自然的生态环境，获得很好的环境效益。

（4）污水处理与土地灌溉（农村地区）。利用处理后的污水处理厂的出水进行污水土地灌溉也是使污水无害化、资源化的一种处理方法。尤其适合我区“农村包围城市”的格局。农村土地与镇级工业区相连，工业区处理后排放的水，可满足地表水Ⅴ类水体的要求，可做农业灌溉用水。尽管有部分持否定态度的人认为，处理后的水可能含有某些有毒有害物质，会在植物体内富集，而且在灌溉的同时造成地下水污染。但根据我区的企业结构，绝大部分企业不产生或产生少量废水（而且以生活污水为主），经处理后的出水水质基本能满足农田灌溉的水质要求，因此，使用处理后的出水进行土地灌溉在我区是可行的。

城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918---2002）一级B 标准和农田灌溉水质标准（GB5084---1992）二级标准、地表水环境质量标准（GB3838-2002）中Ⅴ类水体的部分水污染物标准相比较如下（见表3）。

注：①根据北京市《水污染物排放标准》（DB11/307----2005）中规定，我区地表水为Ⅲ类、Ⅴ类水体，因此城镇污水处理厂出水排入Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类水体及其汇水范围的，执行城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918---2002）表1中一级标准的B标准以及表2、表3 的有关规定。

②我区农业作物多为旱作作物，即农业灌溉用水为二类。

四、结论

综上所述，由于我区的水资源匮乏和人民生产生活用水量持续增加，如何合理的利用有限的水资源，已成为一个摆在我们面前亟待解决的问题。本论文对于大兴区污水的排放现状、污水来源、污水水质特点，及处理设施的特性等问题进行了阐述，并结合我区的实际情况，系统地分析了适合我区的污水处理方法，使污水变废为宝，实现水资源的二次利用。在处理的同时，实现了水资源的节约，符合北京市建设节约型城市这一总体发展要求。愿通过我们环保工作者的不懈努力，使我们的居住环境天更蓝，水更清，人民生活更美好。

作者单位：大兴区环境保护局

参考文献：

[1]北京市环保局.环境保护标准选编[M].北京：中国标准出版社，2002.

[2]张希衡.水污染控制工程[M].北京：冶金工业出版社，2004.

[3]王金梅，薛叙明.水污染控制技术[M].北京：化学工业出版社，2004.

[4]王守信，郭亚兵，李自贵.环境污染控制工程[M].北京：冶金工业出版社，2004.

篇3

论文摘要：目前，我国每年的废（污）水排放总量很大，其中大部分未经处理就直接排入江河湖泊，部分湖泊受到了不同程度的污染，有近60%的城市没有污水处理厂，农村地区的生活污水基本上未经过处理就直接排放，农村生活污水治理已经影响到现代新农村的建设。因此，农村环境污染越来越受到人们的关注。文章针对农村生活污水的实际情况，介绍了农村生活污水处理的一些技术与措施，期望能为我国农村污水治理分析的研究提供有益的借鉴作用。

据有关资料显示，我国每年的废（污）水排放总量已经达到了620亿吨，其中大部分未经处理就直接排入江河湖泊，有近四分之一的湖泊受到了不同程度的污染，有近60%的城市没有污水处理厂，农村地区的生活污水基本上未经过处理就直接排放，农村生活污水治理已经影响到现代新农村的建设。我国是农业大国、人口大国，水资源严重短缺，水资源占有量仅2200立方米，为世界人均占有量的1/4，并被列为13个贫水国家之一。到2030年我国人均水资源占有量将从现在的2200立方米降到1700至1800立方米，需水量接近水资源可开发利用量，缺水问题将更加突出。目前，我县在开展社会主义新农村建设中，污水治理任重而道远。

一、农村水环境污染现状和特点

（一）农村水环境污染现状

农村水环境是指分布在广大农村的河流、湖沼、沟渠、池塘、水库等地表水体、土壤水和地下水体的总称。我国总计有乡镇45412个，村民委员会739980个，乡村户数23692.7万户，乡村人口达91960万人。农村人口分散，人口数量多，没有任何生活污水的收集和处理设施，这使农村生活污染源成为影响水环境的重要因素。据测算，全国农村每年产生生活污水80多亿吨，严重污染了农村地区居住环境，农村大部分地区河、湖等水体普遍受到污染，饮用水水质安全受到严重威胁，直接危害农民的身体健康，严重影响农村地区的环境卫生，极易导致一些流行性疾病的发生与传播。据估算，农村环境问题每年造成的经济损失已超过千亿元，我国农村环境与生态状况令人担忧。

改革开放的三十多年来，我国农业生产能力获得了较大幅度的提高。畜禽散养户的不断增多，大量畜禽粪便没有处理就直接排放，粪便污染逐年加重。有资料显示，养殖一头猪所产生的废水是一个人的7倍，而养殖一头牛则是22倍。这些有机物未经处理，渗入地下或进入地表水，使水环境中硝态氮、硬度和细菌总数超标，严重威胁着居民饮用水的安全。

（二）农村污水特点

农村生活污水的特点：厨房炊事用水、沐浴、洗涤用水和冲洗厕所用水，这些用水分散，农村没有任何收集的设施，随着雨水的冲刷，随着地表流入河流、湖沼、沟渠、池塘、水库等地表水体、土壤水和地下水体，其中有机物含量大是其主要的特点。

1．水质特点。（1）农村村镇人口较少，分布广泛且分散，大部分没有污水排放管网；（2）农村生活污水浓度低，变化大；（3）大部分农村生活污水的性质相差不大，水中基本上不含有重金属和有毒有害物质（但随着人们生活水平的提高，部分生活污水中可能含有重金属和有毒有害物质），含一定量的氮、磷，水质波动大，可生化性强；（4）不同时段的水质不同；（5）厕所排放的污水水质较差，但可进入化粪池用作肥料。

2．水量特征。（1）一般农村的生活污水量都比较小，除小城镇外，农村人口居住分散，水量相对较少，相应地产生的生活污水量也较小；（2）变化系数大，居民生活规律相近，导致农村生活污水排放量早晚比白天大，夜间排水量小，甚至可能断流，水量变化明显，即无水排放呈不连续状态，具有变化幅度大的特点；（3）在上午、中午、下午都有一个高峰时段。

3．排放体制特征。农村生活污水一般呈粗放型排放。很多农村尚无完善的污水排放系统，污水沿道路边沟或路面排放至就近的水体。少部分地区具有完善的污水排放系统。

农村生活污水中有机物含量高，N、P含量增多。人们无意识的排放和雨水的冲刷，使大量的有机质和N、P等物质流入湖泊等水体，如果不加以处理利用，常常会引起富营养化，给人们的身体健康带来不利影响。

二、农村生活污水处理技术的选择

（一）污水处理技术路线

农村污水处理技术的选择要量力而行，充分考虑到农村地区财力状况薄弱、农民实际承受能力较低这一普遍情况，处理工艺的选择不能盲目攀比，不能一味地选择时髦先进、处理效果好、自动化控制水平很高的处理工艺，而着重应该考虑选用既成熟可靠，又适合农村特点和实际的污水处理适用技术。建议污水处理技术的选择优先达到两个目标：一是达标排放或回用；二是注重经济适用，运行成本低，管理维护简单。

目前国内外应用农村生活污水治理的处理技术比较多，名称也多种多样，但从工艺原理上通常可归为两类：第一类是自然处理系统。利用土壤过滤、植物吸收和微生物分解的原理，又称为生态处理系统，常用的有：人工湿地处理系统、地下土壤渗滤净化系统等；第二类是生物处理系统，又可分为好氧生物处理和厌氧生物处理。好氧生物处理是通过动力给污水充氧，培养微生物菌种，利用微生物菌种分解、消耗吸收污水中的有机物、氮和磷，常用的有：普通活性污泥法、AO法、生物转盘和SBR法等。厌氧生物处理是利用厌氧微生物的代谢过程，在无需提供氧气的情况下把有机污染物转化为无机物和少量的细胞物质，常用的有：厌氧接触法、厌氧滤池、UASB升流式厌氧污泥床等。

（二）人工湿地处理系统

有条件的村庄，应充分利用现有的农田灌排渠道与附近的荒地、废塘、洼地和沼泽地等，建设人工湿地处理系统。

污水湿地处理系统分自然和人工湿地处理系统，自然湿地就是自然的沼泽地，人工湿地污水处理技术是一种基于自然生态原理，使污水处理达到工程化、实用化的新技术。将污水有控制地投配到土壤经常处于饱和状态、生长有象芦苇、香蒲等沼泽生植物的土地上，利用植物根系的吸收和微生物的作用，并经过多层过滤，来达到降解污染、净化水质的目的，它是一种充分利用地下人工介质中栖息的植物、微生物、植物根系，以及介质所具有的物理、化学特性，将污水净化的天然与人工处理相结合的复合工艺。

湿地处理系统工艺设备简单、运转维护管理方便、能耗低、工程基建低、运行费用低、对进水负荷的适应性强，能耐受冲击负荷，净化出水水质良好、稳定。缺点占地面积大，易受气候影响，表面径流的臭味比较大。（三）地下土壤渗滤净化系统

分散的几户或十几户人家适合采用地下土壤渗滤净化系统。

地下土壤渗滤净化系统是一种基于自然生态原理，予以工程化、实用化而创造出的一种新型小规模污水净化工艺技术，是将污水有控制地投配到经一定构造、距地面约50cm深和具有良好扩散性能的土层中。投配污水缓慢通过布水管周围的碎石和砂层，在土壤毛管作用下向附近土层中扩散。表层土壤中有大量微生物，作物根区处于好氧状态，污水中的污染物质被过滤、吸附、降解。所以地下渗滤的处理过程非常类似于污水慢速渗滤处理过程。由于负荷低，停留时间长，水质净化效果非常好，而且稳定。地下土壤渗滤净化系统建设容易、维护管理简单，基建投资少，运行费用低。整个处理装置放在地下，不损害景观，不产生臭气。

（四）好氧生物处理系统

好氧生物处理系统是新农村污水处理中最常用的一种处理技术。好氧生物处理工艺众多，各有优缺点，选择时要根据实际情况仔细论证和比选，注重经济适用。

生物处理法就是通过风机等设备给污水输氧，培养生物菌种和微生物，通过菌种和微生物把污水中的大部分有机物分解为无污染的二氧化碳、水等物质，少部分合成为细胞物质，促使微生物增长，并以剩余污泥的形式排出，使污水得以净化排放。如SBR法，集曝气、沉淀、排水功能于一体，不断地转换，省去了传统的污泥回流设备，大大降低了建设费用；A20法具有脱氮、除磷功能，还有如生物转盘处理工艺、膜生物反应器处理工艺等。生物处理法和自然处理系统比较，占地面积小，抗气候等外界影响的能力强，建设的地点选择范围大，处理稳定，处理效率高。但基建投资、运行成本要高于自然处理系统。

（五）厌氧生物处理系统

我国从上个世纪80年代开始开展生活污水厌氧生物法的开发和研制工作，许多形式各异的无动力或微动力的低能耗型一体化污水处理装置得到应用。如无动力地埋式生活污水处理装置采用无动力厌氧生物膜技术，工艺流程简单，不耗能，全部埋于地下，也无需专人管理。与好氧生物处理相比，无动力地埋式生活污水处理装置技术设备的基建投资略高于好氧处理，无日常运行费用的支出。

厌氧生物法目前技术上还存在一些问题，主要表现在生物处理效率较低，尤其表现为氮磷去除率很低，在一定程度上限制了其应用。

实践证明，以上方法都能很好的解决农村生活污水治理的问题，但在运用中要考虑到建设与运行成本等费用，要根据实际情况加以选择。

参考文献

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[2]宁桂兴，高良敏．浅议农村生活污水处理模式[J]．矿业科学技术，2007，（2）．

篇4

关键词：农村生活污水；处理工艺；对比分析；适用性；浙江省

中图分类号：X799.3 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）14-3597-04

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.14.015

Abstract： As the rural water environment deterioration has become increasingly serious，it is becoming a key and difficult point to explore an appropriate treatment process for rural domestic sewage. Through investigating the status of the rural domestic sewage discharges and common treatment processes in Zhejiang province， this study gave the systematic and comparative analysis of the treatment process of rural domestic sewage through the aspect of cost and the advantages as well as the disadvantages. Several useful advices were put forward towards the treatment process of the rural domestic sewage in Zhejiang province.

Key words： rural domestic sewage； treatment process； comparative analysis； applicability； Zhejiang province

浙江省现有农村人口较多，超过全省总人口的60%。随着工业化、城镇化的加快推进，工业污染、农业面源污染、农村生活污染明显加剧，部分农村生活污水直接排放，缺乏有效治理，导致农村水生态环境日益恶化[1]。与城镇相比，农村人口居住分散，生活污水收集系统和处理设施缺乏，零星的分散式污水处理设施的运行和管理也不到位。农村供水事业不断发展，由于淋浴、洗衣机、冲厕等卫生设施的普及，农村生活排水不断增加[2]。有些未经处理的生活污水任意排放，自流到地势低洼的河流、湖泊及排水沟渠塘等地表水体中，严重威胁水环境健康[3]。

目前，浙江省农村生活污水排放特点表现：①排放面广且分散，难以收集。大多数村庄分散、农民住房分散，使得农村生活污水排放分散，难以收集后集中处理；②水量水质波动大。农村生活污水水量、水质根据用水及生活习惯差异而不同，具有间歇排放特点，早、中、晚是排水高峰；③污染物类型相对简单。农村生活污水中污染物主要是可降解的有机污染物，可生化性好，一般不含有毒有害物质，相对易处理；④排放量逐年增大。随着农民生活水平的提高以及农民生活方式的逐步城市化，污染物的排放总量不断增加，抽水马桶和洗衣机的普及，生活污水的产生量也将随之增大；⑤农家乐污水逐年增多。农家乐污水以节假日为排放高峰，其产生的餐饮污水含油量比一般的农家厨房污水要高很多，且水质水量波动大，对污水处理技术及管理提出了更高的要求[4]。

浙江农村生活污水的特点，决定了绝大部分农村生活污水在现阶段不能纳入城镇污水处理厂处理，而需通过就近新建农村生活污水处理设施来治理，所选污水处理工艺应抗冲击负荷能力强，且宜选择就近独立处理的方式。同时，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。此外，所选工艺应具有运行管理简单和维护方便的特点[5]。

近年来，浙江省通过全面推进“千村示范、万村整治”工程和美丽乡村建设，不断加大农村环境综合整治力度，有效改善了农民的生产生活条件[6]。2013年，浙江省委省政府做出了“五水共治”的重大决策，决心以治水为突破口，打好转型升级“组合拳”，其中农村生活污水治理是“五水共治”工作的重要内容之一。通过全面控制浙江省农村生活污水污染，加强农村生活污水的收集、处理和资源化利用，积极探索并全面实施适应农村实际的污水综合治理将是浙江省水污染防治的重要保障工作。为此，对浙江省农村生活污水排放处理工艺进行了系统分析比较，并针对浙江各地域的自然和经济社会状况，提出了适于不同区域环境条件的农村生活污水处理工艺。

1 材料与方法

1.1 浙江省农村生活污水处理工艺问卷调查

2014年6月在浙江省开展了县（市、区）农村生活污水治理情况的问卷调查，主要包括居民户数、污水来源、污水处理工艺等内容。其中66个县（市、区）反馈了问卷，其中包含377个村庄采用的生活污水处理典型设施。

1.2 浙江省农村生活污水处理效果现场调查

2014年6-7月和2015年3月分别取平湖市、嘉兴市和安吉县3个地方调研，并选取了6个农村污水处理设施分别对进口和出口进行水质采样和监测。

其中，pH采用电位法（GB/T 22592-2008）测定，COD采用重铬酸盐法（GB11914-89）测定，总磷采用钼酸铵分光光度法（GB11893-89）测定，氨氮采用纳氏试剂分光光度法（GB7479-87）进行测定。

2 结果与分析

2.1 浙江省农村生活污水处理工艺类型

根据调查问卷反馈结果，目前浙江省农村污水处理工艺主要包括人工湿地、厌氧、厌氧+人工湿地/氧化塘、地埋式微动力一体化土地处理、A2/O、A/O工艺、A/O+膜处理、膜生物反应器（MBR）、 A2/O（A/O）+人工湿地、净化槽等。

在反馈的典型设施（样本数377个）中，厌氧+人工湿地处理工艺应用最多，占48.4%，A/O处理技术位居第二，占统计总数的40.3%。

2.2 处理工艺对比分析

按照不同的污水处理效果，选取浙江省六项有代表性的农村生活污水处理工艺进行系统研究，分别为人工湿地、厌氧+人工湿地、A/O、A/O+人工湿地及A2/O+人工湿地、净化槽。对以上几种工艺从投资成本、适用范围、优缺点、处理效果等方面进行了对比分析，以期为不同区域环境条件的农村生活污水处理工艺提出合适的对策建议。

2.2.1 人工湿地 人工湿地是由填料（基质）、植物和微生物组成的复合系统，该系统依靠物理、化学和生物的三重协同作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污染物的高效净化，同时通过营养物质和水分的生物地球化学循环，促进绿色植物生长并使其增产，实现废水的资源化和无害化[7]。工艺流程见图1。

2.2.2 厌氧+人工湿地 通过厌氧过程对污水中的有机污染物进行消化后进入人工湿地，污染物在人工湿地内经过滤、吸附、植物吸收及生物降解等作用得以去除[8]。工艺流程见图2。

2.2.3 A/O A/O脱氮除磷工艺是一种常见的污水处理工艺。废水经连续厌氧、好氧运行去除水中COD（化学需氧量）、SS（固体悬浮物）、TN（总氮）、TP（总磷）等污染物，其特点是通过污水回流实现同步脱氮除磷的效果[9]。工艺流程见图3。

2.2.4 A/O+人工湿地 利用A/O技术与人工湿地相结合，利用厌氧菌/好氧菌等微生物在缺氧/有氧条件下，去除废水中的有机污染物，同时人工湿地利用土壤、植物以及微生物等生态系统污染物质良性循环达到污水净化作用[10]。工艺流程见图4。

2.2.5 A2/O+人工湿地 A2/O+人工湿地工艺是从A/O工艺发展而来的污水生物处理工艺，工艺中的生物处理部分均指生物接触氧化法。生活污水首先进入厌氧池，在厌氧的环境中将大分子的有机物转成小分子有机物和稳定的沉渣[11]。兼氧池中通过机械搅拌进一步完成有机物的水解酸化，为后续好氧接触氧化创造良好的条件。好氧池中同样悬挂填料，污水浸没全部填料，填料上附着生长的微生物形成生物膜，污水流经生物膜时，污水中的悬浮物、有机物、氨氮、总氮等污染物被去除，再经人工湿地进一步去除氮磷及有机物，或经后续的二沉池去除悬浮物和剥落生物膜。适用于村域自建区域型、集中式农村污水处理。工艺流程见图5。

2.2.6 净化槽 净化槽是一种小型生活污水处理装置。用于分散型生活污水或者类似生活污水的处理[12]。污水进入净化槽后，沉淀分离槽进行预处理，去除比重较大的颗粒及悬浮物，提高污水的可生化性；预过滤槽内装有填料，在填料上的厌氧生物膜的作用下，去除可溶性有机物；曝气槽集曝气、高滤速、截留悬浮物和定期反冲洗为一体。沉淀槽溢水堰设置了消毒装置，对出水进行消毒处理。净化槽不仅能从源头解决农村一家一户生活污水的污染问题，而且还能促进农村自来水化的有效实施，提高农村生活质量和环境质量[13]。

2.3 浙江省农村生活污水处理排放测定

通过对平湖、嘉兴、安吉等地的实地调研、采样和试验分析，6个农村污水处理设施的主要处理结果见表1。前4个农村处理设施工艺的设计标准均为《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）中一级B标准，但从实测结果来看，氨氮和总磷不能稳定达标。第5个农村处理设施工艺（净化槽）的污水处理效果较好，基本能达到一级A标准，净化槽具有很好的污水处理效果，但是投资和运行成本较高，只能在有条件的农村地区推广。第6个农村处理设施工艺和第5个处理工艺一样，都是净化槽，但明显处理效果不佳。因此可以得出无论采用哪种技术，必须在合理的规划、正确选择排放标准、污水能正常收集、工程建设质量合格、日常维护有人管等前提下，才能保证处理设施的正常运行和出水水质达到设计标准，才不至于出现“晒太阳工程”等问题[14]。

2.4 处理工艺适用范围及优缺点分析

按照问卷调查反馈情况，并结合实地调研和试验监测结果，对浙江省主要采用的几种典型工艺类型从投资成本、适用范围、优缺点、处理效果等方面进行了对比分析，结果见表2。

3 小结与讨论

鉴于农村生活污水的特性，其治理方式应因地制宜，为科学选择农村生活污水治理模式和技术，统筹考虑城乡统筹发展、经济社会状况、环境功能区划和农村人口分布等因素，并在分析水源保护区、自然保护区、水源涵养区、生态源头地区、江河流域等地区的生态敏感程度、环境容量和自净化能力基础上，确定农村生活污水排放标准，科学选择效率优先、经济实用、维护简便、循环利用的农村生活污水处理工艺[15]。

污水处理工艺的选取可根据各自特点和实际情况单独或结合使用，实现农村生活污水的低费用运行和污染治理的双重目标[12]。在实际调研和上述分析的基础上，笔者给出了浙江省农村生活污水处理工艺选择的建议：①对于平原地区的经济较发达县（市、区）（由于人口集聚程度高、土地资源紧张、且对运行费用有一定承受能力），可选择采用的主要治理工艺包括A/O（A2/O）+人工湿地、厌氧+活性污泥法、MBR膜处理工艺、净化槽等。②对于位于山区的经济欠发达县（市、区），由于人口密度较低，经济水平有限，生态环境重要性较高，可选择采用的主要治理工艺包括人工湿地、厌氧+人工湿地、A/O等。③而对于海岛县，由于经济较发达，旅游景点相对较多，可选择采用的主要治理工艺包括人工湿地、A2/O+人工湿地、A/O、净化槽等。

另外，在农村生活污水处理工程设计前，还应对污水的水质特征、污染物构成进行详细调查或测定，从而作出合理的分析预测[16]。提出切实可行的农村生活污水治理模式及长效管理机制，从而达到改善农村水环境的目的[17]。

加强浙江省农村生活污水治理工作，积极探讨适应该省不同区域农村特点的生活污水处理可行方案，对全面提高该省农村水环境质量有积极意义。通过分析研究，根据不同的人口密度和经济情况，提出了适于该省3种不同类型农村生活污水处理工艺建议方案，为浙江省农村生活污水处理提供了参考借鉴。

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篇5

Abstract： Traditional sewage treatment facilities in rural areas include septic tanks and biogas fermentation ponds， etc.. New type facilities include buried sewage treatment facility， micro-power integrated equipment， and non-power anaerobic treatment equipment+artificial wetland. This paper compares the different processing facilities using the value engineering principle and combined with the analytic hierarchy process， from technical aspects such as treatment capability and effect and economical aspects such as investment and operation and maintenance， so as to provide reference for the project to be built.

关键词：农村污水；终端设施；比选分析

Key words： rural sewage；terminal facilities；comparison analysis

中图分类号：[R123.3] 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）02-0043-03

0 引言

浙江省作为经济较为发达的省份之一，新农村建设推进力度较大，农村生态生活环境日渐改善，生活污水处理作为农村环境整治中的重要环节，存在着量少、面广的问题。农村污水终端处理设施是保证污水能够达标排放中最为关键的一个环节，在选择时要充分结合实际，考虑众多因素。从技术、成本及管理等定性方面的研究有较多的阐述和成果，但是定量的分析比选还有较大的空白，本文通过价值工程原理，在充分调研和分析的基础上，对污水处理终端设施的功能和成本进行详细的分析，并对功能系数进行计算，选定最优的方案，可以保证建设投资、处理要求和运维管理三者的有机统一，希望能对待建的农村污水处理终端设施的选型提供绵薄之帮助。

1 现状分析

东阳市地处浙江中部，被誉为著名的“三乡一城”，即“教育之乡、建筑之乡、工艺美术之乡、文化影视名城”，政府主管部门非常重视新农村建设，在2014年成立了“五水共治建设指挥部”着力开展治污工作。根据东阳市人民政府针对污水治理三年行动计划（2014年-2016年）中制定的目标，要求开展农村污水的专项整治工作，计划到2016年底，全市农村污水治理行政村、自然村覆盖率将达到100%，农户覆盖率提高到70%以上。根据笔者走访东阳市下属的街道、乡镇获取的数据显示，截止到2016年上半年，绝大部分农村已经完成截污纳管中管道的铺设工作，即将开始进行污水处理终端设备的选型、建设和运行管理工作。

在治污改建之前，东阳市农村污水处理终端设施主要还是以传统的、分散式的化粪池为主，对主要的污染物如BOD5、COD等处理效果不够理想，并且存在着投入和效益的不统一、价值低劣的情况。本次“五水共治”对污水排放标准的要求高、处理能力强且排放稳定、建设投资和运营管理费用合理等为原则，采用价值工程原理及层次分析方法，通过严格控制相关经济指标，对各种常见的处理设施进行功能系数、成本系数的计算和分析，确定最优方案。

结合目前掌握的污水收集和排放数据，东阳市80%以上的农村污水量集中在30～60t/d，污水处理设施将会以中小规模为主，目前适应性较强的终端处理设施有人工湿地处理模式、微动力厌氧+人工湿地处理模式、AOBR（厌氧好氧生物反应器）一体化设备等。

2 评价原理

从价值工程的表达式中可以看出，通过对备选方案利用价值工程理论进行分析比选时，价值系数最大的方案即为最优方案。

3 模型建立

建立污水处理终端设施选型的步骤包括：①选择不同类别的终端处理设施为价值工程的研究对象；②收集供选择的终端设施的相关资料；③对备选的终端设施进行相应的功能分析和功能评价[2]。

3.1 污水终端处理设施的备选

①人工湿地处理模式[3]。人工湿地是利用生态系统中物种共生、物质循环再生原理，通过土壤、微生物、植物吸收和分解污水中的有机物，从而降低污水的污染指标，以获得污水处理与资源化的有效统一。该处理工艺简单，不需要外在动力，后续的运营和养护较为方面和经济。

②微动力厌氧+人工湿地处理模式[3]。污水厌氧生物处理是指在无氧的环境条件下，通过厌氧及兼性厌氧微生物的共同作用，将污废水中各种复杂有机物进行转化、分解，生成甲烷、二氧化碳、硫化氢、氨等物质的过程。在人工湿地的模式的基础上，增加了厌氧处理环节并增加动力系统，如水泵，提升了处理能力和处理效果，动力来源有太阳能、市电系统等，缺点是运营和养护成本增加。

③AOBR（厌氧好氧生物反应器）一体化设备处理模式[4]。AO污废水处理工艺法也叫厌氧好氧工艺法，A（Anaerobic）是指厌氧处理，主要目的在于脱氮除磷；O（Oxic）是指好氧好氧处理，用于除水中的有机物。AOBR一体化生活污水处理设备，是综合了厌氧和好氧处理的工艺，同时结合工程实践，设计出的有机废水处理装置，能高效去除BOD5、COD、NH3-N。在技术性能上，具有较强的稳定性和可靠性，在处理效果上，能符合相应的地表水排放标准，同时还具有投资省、自动化运行、维护操作方便、不占地表面积等优点。

3.2 相关资料收集

通过资料文献查阅、实地走访勘察，针对三种常用的生活污水处理终端设施相关参数收集如表1所示。

3.3 功能分析和评价

①功能分析。功能分析是价值工程的核心，它是对研究对象系统地分析其功能，科学地评价其重要性的过程[5]。以污水处理终端设备为研究对象，根据收集到的资料和系统的逻辑关系，建立其功能体统图，如图1所示。

②功能评价。

1）确定功能评价系数Fi。根据污水处理设施比选所要达到的目的和涉及到的因素，构建结构模型。在设施比选过程中，要充分听取各方的意见，如政府部门（水务、环保、农办等）、业主单位、设计单位、施工单位、监理单位等。需要考虑的因素有经济、技术、运行管理和环境保护等几个方面，构建如下结构模型图，如图2所示。

在结构图中，A为污水处理的综合效益，B和C为选择依据，C为B的具体指标，其中C1为项目投资；C2为经营成本；C3为占地面积；C4为BOD去除率；C5为COD去除率；C6为NH3-N去除率；C7为运行稳定性；C8为运行可靠性；C9为施工难度；C10为运行管理难易程度，其中C4～C10为功能性评价指标。首先明确各方的评价权重，然后由各方对不同的终端设施选择方案进行功能重要程度、满意程度进行打分，通过数据统计、处理，计算各方案的功能系数Fi。

2）确定成本系数Ci。根据各比选方案的建设投资、运行成本，成本系数Ci=某方案成本/全部方案成本之和，确定某一方案的成本系数Ci。

3）确定价值系数Vi。根据Vi=方案的功能系数Fi/方案的成本系数Ci。

4）选定最优方案。根据计算结果，选定价值系数最大的方案为最优方案。

4 实例分析

浙江省东阳市南市街道某行政村，有常住人口800人，在设计年限内，生活用水量定额取100L/cap・d-1，污水排放量按照用水量的75%确定，该村污水总量为60m3/d，现有人工湿地、微动力厌氧+人工湿地、AOBR一体化设备三种处理模式可作为该村污水处理终端设施的备选，现邀请业主单位、设计单位、承包单位对不同方案进行评价，利用价值工程原理进行分析比选[5]。

①将方案功能进行划分，共分为BOD去除率（F1）、COD去除率（F2）、NH3-N去除率（F3）、运行稳定性（F4）、运行可靠性（F5）、施工容易程度（F6）、易于管理程度（F7）等7项功能性指标。

②对评价的三方给予不同的权重，并对三种方案的功能性指标进行评价（表2）。

③确定功能重要系数（表3）。

④计算功能评价得分（表4）。

⑤确定功能系数F（表5）。

⑥确定成本系数C（表6）。

⑦确定价值系数V（表7）。

计算结果表明，B方案，即微动力厌氧+人工湿地处理模式，价值系数为1.07，最高，故B为最优方案。

5 结语

在农村环境整治过程中，污水处理只是其中一环，终端设施的比选要考虑的因素众多，还要结合村庄自身的经济实力来进行选择，最好能利用价值工程原理，充分发挥集体的智慧，群策群力，得到最佳的选择方案。在建设完成后，还需要加强污水终端处理设施的运行、维护及管理，使之能够真正达到改善农村人居环境的目的。

参考文献：

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[3]孙红杰，杨少华，等.人工湿地在农村生活污水处理中的应用与研究[J].吉林农业大学学报，2013，35（3）：328-333.

[4]陈梅，钟成华，等.农村生活污水处理技术的应用效果及其经济性分析研究[J].环境科学与管理，2014，11：78-81.

篇6

关键词：新农村建设；农村生活污水；污水治理系统

农村生活污水包括洗涤、洗浴和厨房用废水及人、畜粪、尿和家禽养殖废水等，污染物主要以有机污染物为主，相对城镇生活污水，农村生活污水具有分散、污染物成分简单、易处理，水量变化大等特点。

一、农村水环境污染现状

农村水环境是指分布在广大农村的河流、湖沼、沟渠、池塘、水库等地表水体、土壤水和地下水体的总称。我国总计有乡镇45412个，村民委员会739980个，乡村户数23692.7万户，乡村人口达91960万人。农村人口分散，人口数量多，没有任何生活污水的收集和处理设施，这使农村生活污染源成为影响水环境的重要因素。据测算，全国农村每年产生生活污水80多亿吨，严重污染了农村地区居住环境，农村大部分地区河、湖等水体普遍受到污染，饮用水水质安全受到严重威胁，直接危害农民的身体健康，严重影响农村地区的环境卫生，极易导致一些流行性疾病的发生与传播。据估算，农村环境问题每年造成的经济损失已超过千亿元，我国农村环境与生态状况令人担忧。

改革开放的三十多年来，我国农业生产能力获得了较大幅度的提高。畜禽散养户的不断增多，大量畜禽粪便没有处理就直接排放，粪便污染逐年加重。有资料显示，养殖一头猪所产生的废水是一个人的7倍，而养殖一头牛则是22倍。这些有机物未经处理，渗入地下或进入地表水，使水环境中硝态氮、硬度和细菌总数超标，严重威胁着居民饮用水的安全。

二、农村污水特点

农村生活污水的特点：厨房炊事用水、沐浴、洗涤用水和冲洗厕所用水，这些用水分散，农村没有任何收集的设施，随着雨水的冲刷，随着地表流入河流、湖沼、沟渠、池塘、水库等地表水体、土壤水和地下水体，其中有机物含量大是其主要的特点。

1.水质特点。

（1）农村村镇人口较少，分布广泛且分散，大部分没有污水排放管网；

（2）农村生活污水浓度低，变化大；

（3）大部分农村生活污水的性质相差不大，水中基本上不含有重金属和有毒有害物质（但随着人们生活水平的提高，部分生活污水中可能含有重金属和有毒有害物质），含一定量的氮、磷，水质波动大，可生化性强；

（4）不同时段的水质不同；

（5）厕所排放的污水水质较差，但可进入化粪池用作肥料。

2.水量特征。

（1）一般农村的生活污水量都比较小，除小城镇外，农村人口居住分散，水量相对较少，相应地产生的生活污水量也较小；

（2）变化系数大，居民生活规律相近，导致农村生活污水排放量早晚比白天大，夜间排水量小，甚至可能断流，水量变化明显，即无水排放呈不连续状态，具有变化幅度大的特点；

（3）在上午、中午、下午都有一个高峰时段。

3.排放体制特征。农村生活污水一般呈粗放型排放。很多农村尚无完善的污水排放系统，污水沿道路边沟或路面排放至就近的水体。少部分地区具有完善的污水排放系统。

农村生活污水中有机物含量高，N、P含量增多。人们无意识的排放和雨水的冲刷，使大量的有机质和N、P等物质流入湖泊等水体，如果不加以处理利用，常常会引起富营养化，给人们的身体健康带来不利影响。

三、污水收集管道建设方式与要求

建设村内污水收集系统，将每户污水都接入到该系统中，最大程度的完成了村内的雨污分流系统的建设，新建成的管网将分散排放的污水集中收集到处理设备处进行处理。

1、污水收集管道建设方式

对于目前已经建有雨污合流的沟渠，而且大部分紧贴化粪池和房屋外墙而建，村内的巷道上除了化粪池和雨水沟外，几乎没有空间来建设新的排水管道，考虑到这个因素，污水管道宜按以下两个方式：

（1）当巷道内有位置敷设污水管道时，宜将污水管紧挨现状雨水排水沟建设，并且在满足排水要求的情况下，应尽可能的减少埋设深度。

（2）当巷道没有位置敷设污水管道时，可考虑将原有合流沟渠改造为污水收集渠，雨水采用地表漫流的方式排放。

2、污水收集管道建设的要求

污水管道的设计要根据农村排水的特点，增加个性化的设计，以确保最大量收集污水。

（1）连接每户卫生间出水的管道不应小于DN100，坡度不小于1%，出户后首先接入化粪池，化粪池有效容积2～3m3。

（2）连接每户生活洗涤水出水的管道不应小于DN100，坡度不小于2.5%。

未经化粪池的生活污水在排入收集系统前应设置格栅或格网，拦截固体物。

（3）污水管道宜根据地形沿道路铺设，在满足排水标高的情况下，应尽可能的减小埋深，管道规格采用DN150～DN300，车行道下管道覆土不小于0.5m，非车行道下采用浅埋方式，覆土不应小于0.3m，管道坡度不应小于3‰。

（4）管材采用UPVC管。采用检查口替代检查井，每隔30～40m设置污水检查口，在管道的交汇点，选用D700或者600x600的检查井。

四、农村生活污水处理技术研究

1、污水处理技术路线

目前国内外应用农村生活污水治理的处理技术比较多，名称也多种多样，但从工艺原理上通常可归为两类：第一类是自然处理系统。利用土壤过滤、植物吸收和微生物分解的原理，又称为生态处理系统，常用的有：人工湿地处理系统、地下土壤渗滤净化系统等；第二类是生物处理系统，又可分为好氧生物处理和厌氧生物处理。好氧生物处理是通过动力给污水充氧，培养微生物菌种，利用微生物菌种分解、消耗吸收污水中的有机物、氮和磷，常用的有：普通活性污泥法、AO法、生物转盘和SBR法等。厌氧生物处理是利用厌氧微生物的代谢过程，在无需提供氧气的情况下把有机污染物转化为无机物和少量的细胞物质，常用的有：厌氧接触法、厌氧滤池、UASB升流式厌氧污泥床等。

2、人工湿地处理系统

有条件的村庄，应充分利用现有的农田灌排渠道与附近的荒地、废塘、洼地和沼泽地等，建设人工湿地处理系统。

污水湿地处理系统分自然和人工湿地处理系统，自然湿地就是自然的沼泽地，人工湿地污水处理技术是一种基于自然生态原理，使污水处理达到工程化、实用化的新技术。将污水有控制地投配到土壤经常处于饱和状态、生长有象芦苇、香蒲等沼泽生植物的土地上，利用植物根系的吸收和微生物的作用，并经过多层过滤，来达到降解污染、净化水质的目的，它是一种充分利用地下人工介质中栖息的植物、微生物、植物根系，以及介质所具有的物理、化学特性，将污水净化的天然与人工处理相结合的复合工艺。

湿地处理系统工艺设备简单、运转维护管理方便、能耗低、工程基建低、运行费用低、对进水负荷的适应性强，能耐受冲击负荷，净化出水水质良好、稳定。缺点占地面积大，易受气候影响，表面径流的臭味比较大。

3、地下土壤渗滤净化系统

分散的几户或十几户人家适合采用地下土壤渗滤净化系统。

地下土壤渗滤净化系统是一种基于自然生态原理，予以工程化、实用化而创造出的一种新型小规模污水净化工艺技术，是将污水有控制地投配到经一定构造、距地面约50cm深和具有良好扩散性能的土层中。投配污水缓慢通过布水管周围的碎石和砂层，在土壤毛管作用下向附近土层中扩散。表层土壤中有大量微生物，作物根区处于好氧状态，污水中的污染物质被过滤、吸附、降解。所以地下渗滤的处理过程非常类似于污水慢速渗滤处理过程。由于负荷低，停留时间长，水质净化效果非常好，而且稳定。地下土壤渗滤净化系统建设容易、维护管理简单，基建投资少，运行费用低。整个处理装置放在地下，不损害景观，不产生臭气。

4、好氧生物处理系统

好氧生物处理系统是新农村污水处理中最常用的一种处理技术。好氧生物处理工艺众多，各有优缺点，选择时要根据实际情况仔细论证和比选，注重经济适用。

生物处理法就是通过风机等设备给污水输氧，培养生物菌种和微生物，通过菌种和微生物把污水中的大部分有机物分解为无污染的二氧化碳、水等物质，少部分合成为细胞物质，促使微生物增长，并以剩余污泥的形式排出，使污水得以净化排放。如SBR法，集曝气、沉淀、排水功能于一体，不断地转换，省去了传统的污泥回流设备，大大降低了建设费用；A20法具有脱氮、除磷功能，还有如生物转盘处理工艺、膜生物反应器处理工艺等。生物处理法和自然处理系统比较，占地面积小，抗气候等外界影响的能力强，建设的地点选择范围大，处理稳定，处理效率高。但基建投资、运行成本要高于自然处理系统。

5、厌氧生物处理系统

我国从上个世纪80年代开始开展生活污水厌氧生物法的开发和研制工作，许多形式各异的无动力或微动力的低能耗型一体化污水处理装置得到应用。如无动力地埋式生活污水处理装置采用无动力厌氧生物膜技术，工艺流程简单，不耗能，全部埋于地下，也无需专人管理。与好氧生物处理相比，无动力地埋式生活污水处理装置技术设备的基建投资略高于好氧处理，无日常运行费用的支出。

篇7

把污水处理设施放在城市建设的第一位。由于污水的特有水质，所以在选择对污水的处理工

艺上有很高的要求，它直接关系到对污水处理再利用的效果，还与当地环境的的可持续发展

战略有直接的联系。本文通过不同方式的污水处理特点，对污水处理厂建设时对工艺的选择

提出合理建议。

关键词：城市污水处理污水处理工艺

中图分类号：X703文献标识码：A

一、背景

当今人类面临的最大环境危害之一就是水污染严重，城市的污水处理设施是每个城市发

展鼻部可少的基础建设，它体现着对水资源的合理利用和对水污染的控制方式。是科学的坚

持可持续发展斩落的必然措施。而污水处理厂工艺的选择,直接关系到厂房的建设费用和运

行费用以及对污水的处理效果，还有也影响着污水厂占地面积的大小、管理上的方便与否等

关键问题。因此,在进行污水处理厂设计时,必须做好工艺方案的比较,以确定最佳方案。

污水处理厂工艺是指处理方法在达到要求的前提下，湖水处理的各个有机单位有效的组

合。污水通过污水处理厂水的自净能力和处理后的水的去向是决定污水处理厂选择工艺的主

要依据，所以各个地区依据自身城市不同的情况以及需求的不同选择了不同的工艺。每种处

理方法具有各自其自身的特点和只用范围，所以地方的不同应该选择不同的处理工艺。

二、处理方法

1.活性污泥法

活性污泥法是水体自净的人工强化,是使微生物群体在曝气池内呈悬浮状,并和污水接

触而使之净化的方法。包括标准活性污泥法、长时间曝气法、分段式曝气法、限制曝气法以

及统活性污泥法的改型法来开发高效脱氮除磷工艺。目前,活性污泥法占主导地位,适用于处

理生活污水所占比重较大的城市污水，新工艺的开发对于工业污水成份比较高的污水的处理

效果也有了提高。他可以分为传统活性污泥处理法和间歇活性污泥处理法，这两种方法各自

有独有的特点。传统活性污泥处理方法在污水处理时，他在处理时可以达到很好的作用，建

设成本虽然高点，但是建成投产其运作成本就低的多。由于其建设过程中设备庞大，基建投

资较大，在建筑施工时占地面积大员造成管理困难。所以选择该项技术的主要是为了废水体

系的组分、浓度均匀化,重新估价预处理,重新研究调整槽；以及探讨选择活性污泥微生物系

的菌种；活性污泥法的设备中引入仪表化和拟定管理指标。

间歇式活性污泥法也就是小规模污水处理，主要是近几年来随着城市规模的不断扩展以

及城镇自身的发展,下水道设施已呈现出大城市转向中小城市、农村小镇的趋势,小规模污水

处理设施逐步增加,农村小城镇对于改善生活环境条件的要求越来越迫切了。

小规模污水处理设施与大规模处理设施比较,它的自然条件和社会条件大不相同,因此,

必须研究采用适于小规模污水处理设施,用以取代过去的大规模处理方式。小规模污水处理

应具备运行管理方便、维修方便、建设成本低、处理的水水质良好等特点。经过国内外一些

污水处理厂(如日本千叶县的大原町污水净化厂等)的多年实践证明,间歇式活性污泥法正是

一种能满足这些条件的处理方法。间歇式活性污泥法是采用一个处理池进行曝气、沉淀、排

出处理水,使设备简单化、小型化,池内流态分明,运行管理方便,可做到无人运转,对于流入污

水的负荷变动,有缓冲能力,处理性能稳定,不仅能去除有机物质和悬浮固体而且脱氮效果好。

间歇式活性污泥法具有代表性的方式,一般设两个曝气沉淀池,连续进入混合污水,各自错开

半个周期进行运转,运行一个周期为6小时，这样循环处理。

2生物膜法

生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生

态系统，其附着的固体介质称为滤料或载体。生物膜自滤料向外可分为厌气层、好气层、附

着水层、运动水层。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附着水层有机物，由好气层的好气

菌将其分解，再进入厌气层进行厌气分解，流动水层则将老化的生物膜冲掉以生长新的生物

膜，如此往复以达到净化污水的目的。最早出现的生物膜法生物器是间歇砂滤池和接触滤池

（满盛碎块的水池）。它们的运行都是间歇的，过滤-休闲或充水-接触-放水-休闲，构成一个

工作周期。它们是污水灌溉的发展，是以土壤自净现象为基础的。接着就出现了连续运行的

生物滤池。新型塑料问世后，又有了新的发展。

3．序批式曝气法

序批式曝气法是一种古老的工艺,最初是在一个池中间歇进水、间歇曝气,然后沉淀、排

水、排泥,处理工序相当简化。如采用延时曝气的SBR法,还可省去污泥消化、沼气贮存利

用工序,整个污水厂只需要几个构筑物。目前,我国只在一些规模不大的城市污水厂应用,规模

为每天10000立方以下,但由于其突出的简易特点,已显示出管理简单、运行稳定等优点,引

起人们广泛的重视。该工艺不仅工艺简单,而且对水量水质的变化有很强的适应性,可以省去

调节池,不存在污泥膨胀的危险,污泥沉降性好,可以脱氮除磷,出水水质好,占地省,在一定规

模下造价省,运行费用低。它的缺点是进水、曝气倒换频繁,且由于排出装置,国内尚未形成该

工艺,发展有一定限制,一直未能推广。但仍是两种很有潜势的工艺,逐渐受到重视。序批式曝

气法工艺近年来发展很快,已出现多种改型,目前常用的有以下几种型式:①传统间歇进水,

间歇曝气,这种型式对水量水质变化适应性强,水量变化很大,水型污水厂最为适用。②连续进

水,间歇曝气,对进水不加控制,但必须使其不影响沉淀。③双池串联,连续进水,前池连续曝气,

后池间歇曝气,从后池往前池回流混合液以保持污泥浓度。后两种形式均为连续进水,可用于

较大型污水处理厂。

4结论

总之，21世纪是水的世纪。水资源短缺、水污染等问题的加剧将对21世纪人类社会持

续发展带来深刻的影响。研究新的城市污水处理技术,将处理后的水和泥变为可利用的资源,

使城市污水处理事业成为一种自然资源再生和利用的新兴工业,是解决水污染和合理利用

水资源的重要途径之一。作为污水处理技术的研究方向,重点在于降低能耗、改善出水水质、

减少污泥量、简化与缩小处理构筑物的体积、减少占地、降低基建与运行费用、改善管理条

件等。可以预见,随着现代科学技术的理论与方法在水污染的研究和水污染的控制应用方面

不断拓宽与加深,诸如化学、生物学、生态学、系统论、控制论、信息论、耗散结构论、协

同学等基础学科和理论,以及化工技术、生物技术、生态工程技术、计算机技术、遥控遥测

技术等先进的技术手段的广泛应用,城市污水处理技术将会得到迅速发展。就我国目前的污

水处理现状而言,污水处理技术市场需求相当大。城市污水处理的发展将表现为以下几个方

面的特点：氮、磷营养物质的去除仍为重点,也是难点；工业废水治理开始转向全过程控制,

单独分散处理转为城市污水集中处理；水质控制指标越来越严；由单纯工艺技术研究转向工

艺、设备、工程的综合集成与产业化及经济、政策、标准的综合性研究；污水再生利用提上

日程；中小城镇污水污染与治理问题受到重视。

参考文献：

文武,贾丽艳,刘洪波,贾玉鹤.城市污水处理技术与工艺研究进展综述[J].环境保护科学.

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[关键词]印染废水 深度处理 排河

中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）27-0326-01

1、前言

某印染企业位于农村地区，印染能力为5000吨/年，但由于周边配套设施不完善，尚无集中污水处理系统。由于印染废水水质负荷高、色度大、可生化性较差，因此其废水处理具有较大的难度。

2、印染废

水的具体情况

该企业废水主要为生产废水、生活污水。生活废水经化粪池初步处理后与其他生产废水一起汇入厂区污水处理站处置。生产废水主要为洗毛废水和印染废水。

①洗毛废水

废水为连续排放，主要污染物为COD、BOD5、SS、色度、氨氮。其浓度为COD 16000mg/L、BOD5 5300mg/L、SS 1500mg/L、色度160、氨氮220mg/L。

②印染废水

废水为连续排放，主要污染物为COD、BOD5、SS、色度、氨氮。其浓度为COD 2000mg/L、BOD5 300mg/L、SS 300mg/L、色度200、氨氮90mg/L。

③生活污水

废水为连续排放，主要污染物为COD、BOD5、SS、氨氮。其浓度为COD 350mg/L、BOD5 200mg/L、SS 150mg/L、氨氮25mg/L。

3、废水的治理工艺及可行性分析

废水进入厂区污水处理站处理，处理工艺为“格栅+调节池+气浮+水解酸化+生物接触氧化+混凝沉淀+多介质过滤器+超精细过滤膜串联处理工艺”治理工艺。

（1）工艺流程说明

①格栅：原水中含有一些漂浮的杂物，这些杂物进入后续处理设施会形成浮渣，甚至堵塞管路，必须予以去除。

②调节池：调节水量水质，使出水水质稳定。

③气浮池：水从调节池通过真空泵打入气浮池，气浮法是将一定量的空气吸人密闭容器内，施加一定压力使空气溶解废水中，在减压情况下将溶解在废水中的空气重新释放出来，形成微小气泡，大量的微小气泡吸附在废水的悬浮物周围，降低了悬浮物的比重，当比重小于1时，悬浮物则上浮于水面。从而降低了废水的COD、SS值。此级处理主要是将废水中可沉降的悬浮物去除，减轻后续处理设备的负荷。

④水解酸化池：在厌氧或兼氧环境条件下利用微生物将大分子有机物降解为小分子的有机酸等易生化降解的物质，将染料中的大分子物质断链，改善废水的好氧可生化性。

⑤生物接触氧化：在耗氧环境条件下，利用微生物的生物氧化作用将有机污染物进一步降解为，小分子的物质或二氧化碳和水、无机盐。

⑥混凝沉淀池：生物膜法沉淀池出水还存在一定量的有机污染物，有时不能稳定达到出水的水质要求，还需对好氧生化单元的出水进行进一步的处理。由于生物膜法出水的水质生化性能下降不适宜进一步生物氧化，并且还有悬浮的胶态物质，出水再经过膜生物滤池的深度处理，保证废水中COD、悬浮物和色度的去除，以达到出水的标准。

⑦多介质过滤器：多介质过滤器是利用一种或几种过滤介质，在一定的压力下把浊度较高的水通过一定厚度的粒状或非粒材料，从而有效的除去悬浮杂质使水澄清的过程，常用的滤料有石英砂，无烟煤，锰砂等，主要用于水处理除浊，出水浊度可达3度以下。过滤的作用，主要是去除水中的悬浮或胶态杂质，特别是能有效地去除沉淀技术不能去除的微小粒子和细菌等，BOD5和COD等也有某种程度的去除效果。

⑧超精细过滤膜：超滤膜，是一种孔径规格一致，额定孔径范围为0.001-0.02微米的微孔过滤膜。在膜的一侧施以适当压力，就能筛出小于孔径的溶质分子，以分离分子量大于500道尔顿、粒径大于2～20纳米的颗粒。采用超滤膜以压力差为推动力的膜过滤方法为超滤膜过滤。以超滤膜为核心产品，利用多孔材料的拦截能力，以物理截留的方式去除水中一定大小的杂质颗粒。在压力驱动下，溶液中水、有机低分子、无机离子等尺寸小的物质可通过纤维壁上的微孔到达膜的另一侧，溶液中菌体、胶体、颗粒物、有机大分子等大尺寸物质被截留，从而达到筛分溶液中不同组分的目的。

⑨污泥浓缩池：将水解酸化池、混凝沉淀池产生的污泥排入污泥浓缩池进行浓缩，浓缩后的污泥提升至污泥脱水机进行脱水。

（2）工艺流程特点

①该废水采用“格栅+调节池+气浮+水解酸化+生物接触氧化+混凝沉淀+多介质过滤器+超精细过滤膜串联处理工艺”，效率高，投资少，见效快。针对该厂洗毛、印染废水的特点，采用该工艺科学合理、有效，而且运行简单。

②高效气浮可有效去除废水中微小悬浮物，处理效果明显，解决了关键污染问题。

③采用生化工序，有效分解废水中较大分子的有机物，明显降低水中COD。

④采用多介质过滤器和超精细过滤膜深度处理工艺，可有利保障出水达《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级标准中A级标准。

⑤整个工艺无“二次污染”，实现了清洁生产，处理达标后的废水还可以回用于染色工序，具有一定的经济效益。

污水理站处理工艺流程见图。

（3）处理可行性

类比其他同行业企业同类处理工艺，预计本厂设计方案对废水中主要污染物的设计出水：COD

从废水治理工艺分析，废水虽然可以进行生化处理，但生化比偏低，采用酸化水解处理后，不仅可降低高浓度有机污染物浓度，同时也可使可生化性提高到40%以上。因此采用酸化水解――混凝沉淀工艺处理是比较适合该厂情况的处理方案，而且国内不少类似厂家采用了该方法进行预处理。

根据国家环保总局和国家经贸委颁发的环发[2001]118号文《印染行业废水污染防治技术政策》之规定，对于“洗毛回收羊毛脂后废水（本厂采用经初步清洗后国产羊毛，羊毛脂量较低，故本厂不提取羊毛脂），宜采用予处理、厌氧生物处理法、好氧生物处理法和化学投药法相结合的治理技术路线。或在厌氧生物处理后，与其它浓度较低的废水混合后再进行好氧生物处理和化学投药处理相结合的治理技术路线。棉机织、毛粗纺、化纤仿真丝绸等印染产品加工过程中产生的废水，宜采用厌氧水解酸化、常规活性污泥法或生物接触氧化法等生物处理方法和化学投药（混凝沉淀、混凝气浮）、光化学氧化法或生物炭法等物化处理方法相结合的治理技术路线。”因此，该厂采用的治理方案符合国家印染废水污染防治技术政策。

污水处理站出水可达《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准，水质可以满足生产中染色工艺中第一次清洗用水要求，该厂染色用水部分回用污水处理站出水，满足生产工艺要求，也符合节能减排、清洁生产要求，回用可行。

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关键词：农村污水；低耗能；无人值守一体化污水处理设备；远程监控；人工湿地；处理系统；构建与设计

中图分类号：R123文献标识码： A

一、引言：

低耗能无人值守一体化污水处理设备，利用A2O生化工艺，将调节池，厌氧段，缺氧段，好氧段，沉淀段，消毒段等全部集中到一体化设备中，选用先进技术设备，220V电机设备，适应农村用电水平，设备具有寿命长，工程建设快速，占地小，对周围环境适应性强等特点。人工湿地是一种人为的建构与监视控制以及自然湿地类似地，是人工石料，沙，土等一种或几种介质构成的矩阵。按一定比例，并选择性地植入植物生态污水处理系统。人工湿地具有良好的处理效果，低建设成本和运营成本，易于维护等优点，并获得了广泛的关注，人工湿地近年来成为一种新的废水处理技术，开展人工湿地技术的前提和基础是湿地的设计研究，这一直是人工湿地处理技术研究的重点。本文根据对低耗能无人值守一体化设备+人工湿地景观系统的构建与设计方面进行研究。

二、低耗能无人值守一体化设备+人工湿地景观系统工艺的构建与设计

1、低耗能无人值守一体化设备

（一）主要用电设备电机选用220V电压

农村普遍使用220V用电电压，低耗能无人值守一体化设备主要用电设备考虑农村用电水平，选用220V电机设备，适应农村现状，取电用电方便。系统选用电磁式鼓风机作为气源，噪音低，能耗低，故障率低，性能稳定，无需保养维护。

（二）系统应用新专利技术--电解除磷装置，确保出水水质达标

随着居民生活水平越来越高，农村污水中磷含量越来越高，确保系统出水磷含量达标，应用了新专利技术--电解除磷装置，电解除磷设备采用铁板或铝板作为电极，浸没在水中，通上直流电源后，阳极在电源作用下电解产生铁离子或铝离子，这些离子能与污水中的PO43-反应生产不溶性的化合物，然后通过固液分离将这些不溶化合物从污水中分离出去，随着沉淀及颗粒物得以去除，从而达到除磷的目的。电解除磷过程中磷的去除发生于沉淀、吸附和气浮等综合效应。本装置具有操作简单合理，实现除磷设备运行无人值守，与传统电解除磷设备、化学除磷方法需要人工配药，人工切换阀门等，相比省时省力，提高了除磷效率，降低了运行成本，更加节能环保，可以确保系统出水中磷含量达标，无需人工配药，降低劳动强度，新专利技术--电解除磷装置适应农村现状，全自动运行。

（三）系统高度集成，各处理单元可独立安装，占地面积小，对周围环境适应性强。

低耗能无人值守一体化污水处理设备，利用A2O生化工艺，将调节池，厌氧段，缺氧段，好氧段，沉淀段，消毒段等全部集中到一体化设备中，运输方便，寿命长，工程施工周期短，使用方便，根据实际现场情况，各处理单元可调整位置，单独放置，利用管道连接成一体，占地面积小，对各种地形及周围环境适应性强。设备运行状态远程监控，真正实现无人值守，设备运行稳定。低耗能无人值守一体化设备系统出水进入人工湿地景观系统，对系统出水可以储存利用，美好周围景观，提升农村环境资源价值。针对农村污水水量水质变化大的特点，低耗能无人值守一体化设备+人工湿地景观系统抗冲击负荷高，耐冲击性好，确保系统出水水质达标。

2、人工湿地景观系统

（一）湿地基质的构建

湿地的所有生物和非生物资源库中的植物生长基质载体，它会出现在各种连接成一个整体湿地内部流程。在污水净化过滤，沉淀和吸附污染物的过程。在人工湿地的设计中，需要考虑到从基质，粒径和三区的厚度类型建立矩阵。湿地各种不同的基材其净化效果也不同，朱夕珍，等用石英砂，粉煤灰和高炉矿渣为基质人工湿地，研究其对城市污水的净化效果，实验表明：对有机污染物的处理效果最好的是煤灰渣基质的人工湿地，COD和BOD5的去除率分别在71%~88%和80%~89%两个数值之间；高炉渣人工湿地的除磷效果最好，磷的总去除率到达83%~90%；而效果较差的石英砂人工湿地处理，COD、BOD5和 TP的去除率分别为36%~49%、65%~75%和45%~55%。富含Fe3+ 、Al3+ 、Ca2+ 等离子的基质容易通过配位体交换与污水中磷酸根离子发生吸附和沉淀反应，所以，污水以P为特征的，选择的基质最好为飞灰、页岩，次之是铝矾土、石灰石或膨润土等，泡沸石和油页岩对P的吸附能力有些差，不适合选择使用。污水有机污染物和悬浮物表征，常常作基质的会用土壤、细沙和砾石中一部分或多部分，就可以展现良好的效果。影响湿地系统水力传导性的主要原因是基质粒径的大小，直接关系到污染物在湿地中的停留时间和系统的空隙度。粒径大的基质，空隙度大，所能容纳的污水量也大，污水能在湿地内部受到较长时间的停留与吸收，对于污水净化是有帮助的。目前正在运行的人工湿地，基质粒径在0~30mm之间，经常参考的粒径范围是4~16mm，实践表明，粒径为8~16mm的基质，水力传导性好，适合植物的生长，处理效果好。

所述基板的厚度是一个重要的参数确定湿地横截面面积和污水处理的效果，通常需要根据物种的种植和确定根生长的深度，以确保必要的湿床需氧条件。现在实行的人工湿地，它的基质厚度一般是0.5~1.0m之间，大部分人工湿地的基质厚度一般是在0.6~0.8m之间。大部分垂直流湿地的基质层较厚在70~80cm之间，潜流湿地的基质厚度大概在60cm左右，表面流湿地对基质厚度的要求不太严格。

（二）构建人工湿地植物

植物在人工湿地中的作用有三个方面：一是直接吸收和利用营养物质的废水，过滤，吸附和一些有毒重金属和有害物质的富集；二是输送氧的需氧微生物的根区域，提供一个合适的环境的氧化还原各种生物化学反应的发生；三是增强和维持介质的水力传输。人工湿地中常选择使用挺水植物，这是因为挺水植物根系发达、生物量大、生长率高，在人工湿地中能起到固定床体表面、提供良好过滤条件、防止淤泥堵塞等作用。人工湿地植物的构建包括植物的选择、栽培和收割管理三个方面。在湿地植物种类常用的主要是芦苇，香蒲，菖蒲，灯心草，莎草和苔草，芦苇和香蒲是其中最多的应用。不同的植物对生活污水的净化效果是不一样的。长苞香蒲和水烛等大型植物具有很多发达的粗根和不定根，水净化效果都较好，而小香蒲根系不能与前者发展的水平相比较，它的效果是较差的水。含有高浓度污水的氨氮（氨氮24.7mg/ L的浓度），莎草，芦苇去除能力比香蒲显著较高的基础上，有机污染物去除污水能力比草和芦苇叶宽香蒲更好。因此，人工湿地植物的选择应考虑以下方面：一是生态可接受性，植物的选择是不是有害的杂草，对周围的自然环境，生态完整性不构成危害的基因；二是能够适应当地的气候条件，抗病虫害能有一定的能力；三是能忍耐污染物和水生的环境条件；四是容易繁殖和生长速度快；五是净化能力强。

总之，选择越来越多的人工湿地植物往往具有区域特色，耐沾污性，该品种的净化率。种植湿地植物多发生在春季和秋季，春季播种更有利于植物的成活和生长。栽培植物的主要靠自然移栽，直接种植和三个育苗移栽。移栽容易引入来自大自然杂草和限制的气候条件，一般发生在春季。直接种植湿地植物成活率高，但增长缓慢。移栽是国外普遍采用的方式，这样一来，植物的成活率高，生长快，整个湿地可以在短期内覆盖。种植密度增加氧气的植物可增强其能力，以帮助提高系统的氧含量，从而提高其效率。加强湿地管理，控制杂草，定期收获植物还有助于保持该系统的处理效果。

（三）人工湿地构造与工程参数

人工湿地和工程参数是核心湿地工艺设计，包括湿地床的配置和两个系统的水力特性。其中，湿地床结构设计包括两个宽高比和系统的底坡参数。液压系统的功能包括系统流程方法中水力负荷，有机污染负荷，污水停留时间。湿地床的长度通常为20〜50米。时间过长，易造成湿地床死了，让人很难调节水位，不利于植物生长。湿宽高比不是太大，建议控制3:1或更少，目前，1:1〜2:1大多数欧洲国家的湿地的纵横比，与土壤的系统之间，该纵横比应小于大于1。

湿地底面坡度的大小，需要根据矩阵的性质和湿地的大小来决定，目前湿地的设计，底部坡度，一般1％至7％，大多数在1％左右的砾石层湿地可取2％，0.5％或更少的表面流湿地，潜流人工湿地小于1％。

目前，人工湿地设计的机械特性是薄弱环节湿地工艺设计，没有统一的技术标准和设计规范，国外大部分的设计都是由简单的计算模型，并结合所获得的实际经验进行。一般来说，当液压系统进行设计负荷时，应考虑场地条件，污染物和水质降解动力学要求的气候，土壤条件，渗透性和植被类型，与由于在加工和夏季可行性设计湿地蒸发，蒸腾作用特别注意在干旱地区。通常情况下，潜流湿地水力负荷可达150〜500立方米/（公顷•d）中，名列前茅，在水力负荷187〜374立方米/（万hm2•d）所示。降低液压加载系统有利于提高水的效益。

人工湿地处理废水的性质和条件的变化，这一般为18〜110kgBOD5/（公顷•d）的有机污染负荷。湿地停留时间和治疗效果之间密切相关，停留时间太短，生化反应不充分，停留时间长，可导致水滞留和扩展厌氧区，治疗效果，一般为10〜20d中的影响。各种污染物的最好的治疗效果。欧洲国家建议使用以下参数水力特性：表面流人工湿地，有机污染负荷10。水平潜流人工湿地，有机污染负荷

三、结语

低耗能无人值守一体化设备+人工湿地景观系统，具有低能耗，技术先进，无人值守，全自动运行，远程监控，节省占地面积，对周围环境适应性强，抗冲击负荷高，耐冲击性好，确保系统出水水质达标。系统适应农村污水特点，对系统出水可以储存利用，美好周围景观，提升农村环境资源价值。随着设备不断进步，技术不断发展，相信会有更多新技术应用到农村污水处理系统中。湿地生态系统是一个完整的人工生态系统，它已经取得了不错的成绩，同时也不断地被研究，应用和发展。除了其投资少，操作简单，还具有低运行和维护成本，有良好的水质，一个巨大的绿色区，抗冲击力强，改善生态环境美化景观等。这项技术最重要的是，低耗能无人值守一体化污水处理设备+人工湿地景观系统非常适合污水处理和管理农村和小城镇，具有非常广阔的应用前景。我们的低耗能无人值守一体化设备+湿地污水处理系统技术还处于探索发展的阶段，需要技术创新，并从各个方面学习，现在面临着在技术发展中遇到的问题，需要进行不断的改造和加工技术，从而为确保我们的农村污水处理技术更好的发展。

篇10

关键词：微藻;生物质能;脱氮除磷;耦合技术

收稿日期：2011-08-29

作者简介：傅晓娜（1988―），女,四川成都人,四川大学建筑与环境学院环境工程专业硕士研究生。

通讯作者：姚刚(1957―)，男,河南商城人,德籍华人,高级研究员,客座教授,博士生导师,主要从事环境工程各方向和环境管理方面的

研究工作。

中图分类号：X701

文献标识码：A

文章编号：1674-9944(2011)11-0100-05

1引言

水资源危机是指淡水消耗量超过可用淡水资源量的20%,而事实上,全球的淡水消耗量在1995年就已经超过20%,达到了27%~30%。我国人口众多,水资源匮乏,用水需求旺盛,但水体污染严重,尤其是氮、磷等化学物质排放到水体,引起藻类异常繁殖,造成水质富营养化问题,长期不能得到有效解决。与此同时,全球40%的人口严重缺水,水资源的可持续利用问题迫在眉睫。经过净化处理的可再生水可用作于城市和农村的非饮用水,如灌溉用水、景观用水,部分还可作为工业用水,不失为解决水资源紧张问题的新途径。因此,开发利用高效、低成本的水质深度处理技术,是解决水资源危机的重要手段之一。

早在20世纪50年代,Oswald和Gotaas就提出利用微藻处理污水的想法。近几年来,国内外对进一步发挥藻类净化污水的潜力进行了大量研究,在藻类净化污水的机理研究方面取得了很大进展［1］。与传统方法相比,利用藻类处理污水可以克服传统污水处理方法易引起的二次污染、潜在营养物质丢失、资源不能完全利用等弊端,同时能够有效去除造成水体富营养化的氮、磷等营养物质,具有广阔的应用前景。利用微藻产油作为生物柴油来源的构想,早在1980年就有相关学者提出,但并未受到重视。直到近年来因原油价格的攀升,开发再生能源的意识逐渐提高,微藻生物质能有着能源密度高、易储运、含硫低等优点,可以直接作为民用燃料和内燃机燃料,以微藻生产生物柴油的想法受到各界关注。

2微藻污水处理技术

2.1微藻对氮、磷的去除原理

中国湖泊的富营养化问题严重,巢湖、太湖、滇池等几大湖泊中氮磷含量较高,造成硅藻、蓝藻、绿藻等藻类大量繁殖,不仅会使水中溶解氧降低,而且藻类释放的藻毒素亦会影响水生生物的生长繁衍。但同时微藻可以用来去除污水中的氮、磷等营养物质,并以有机物的形式将其储存在藻细胞中［2］。微藻细胞利用二氧化碳和碳酸盐等作为碳源,通过光合作用进行自养生长,水中的氨氮、硝态氮和亚硝态氮等无机氮和各类有机氮便合成藻体氨基酸和蛋白质等必须营养物质。水中的磷可直接被藻细胞吸收,并通过多种磷酸化途径转化成ATP、磷脂等有机物（图1）。

图1微藻对氮、磷的吸收原理示意

同时,微藻的光合作用造成水体pH值升高,导致正磷酸盐和NH3•H2O分别通过形成沉淀和挥发的形式去除,从而间接去除氮磷。此外,微藻光合作用形成的高pH值,也可起到一定的消毒作用［3］。

2.2微藻对重金属的去除原理

重金属种类较多,具有微量、稳定、毒性大等特点,通过食物链在生物体内富集,不仅会危害水生生物的生长繁衍,也是造成多种人体疾病的罪魁祸首,是潜在危害性最大的水体污染物之一［4］。可通过各种水生植物和微生物,尤其是微藻细胞的生物吸附、积累、排泄、净化4个步骤来去除重金属。

微藻细胞对中重金属的吸收是包含了物理、化学、生物反应和各种机理的复杂过程。根据该过程是否消耗能量,微藻对重金属的吸收方式可分为主动和被动吸收两种方式,前者是指新陈代谢的藻类与金属之间的相互作用,重金属离子通过主动运输的方式被吸收到微藻细胞内,吸收速度慢,持续时间长,不可逆,需要细胞新陈代谢提供能量;后者则是通过物理和化学反应将重金属离子吸引到微藻细胞表面,吸附速度慢,持续时间短,可逆,不需要能量［5］。

微藻细胞壁的组成对重金属离子的吸收起决定作用。微藻的细胞壁是由多糖、蛋白质、脂质组成,因此它具有很高的黏度和较大的表面积且呈负电性。这些组成陈分包含了许多容易和重金属离子结合的基团,如羧基,酰胺基,羟基,硫代醇,硫代醚,咪唑,磷基,硫基等。其次,微藻细胞膜具有高选择性和半透性,这对生物吸附吸收重金属的效率有决定性作用。目前被广泛接受的微藻对重金属的吸收机理主要有表面络合,离子交换,氧化还原,微沉降等。

3微藻生物质能源生产技术

微藻细胞的主要化学成分是脂类、纤维素、木质素和蛋白质等,其中脂类是制备生物质燃料的主要成分。生长在海水中的绿藻,能积累大量游离的甘油以平衡环境中的盐浓度,其甘油的含量可占自身干重的50%~60%［6］。藻细胞通过光合作用将太阳能转化为生物能,通过不同的藻细胞加工方式可生产各种生物燃料。一方面,利用高温高压液化技术或超临界CO2萃取技术可获得藻细胞中的油脂,再通过酯交换技术将其转变为脂肪酸甲酯,即生物柴油;另一方面,藻细胞在无氧条件下可直接热解制备生物质油、焦炭、合成气及氢气等多种生物燃料［3］。通过微藻获得生物能源的途径(图2)。

图2微藻制油原理示意

3.1微藻培养系统

目前,常见的微藻培养系统可分为开放式和封闭式,其选择需要考虑许多因素,如微藻的生物特性、气候状况、目标产物种类与土地、人工、能源、用水、营养源等各项成本［7］。

3.1.1开放式微藻培养系统

开放式微藻培养系统是在户外利用阳光进行培养,适用于传统活性污泥法、氧化塘法与批量微藻生产的结合,培养快速生长的藻细胞和可耐受极限环境(高浓度重碳酸钠、高盐度等)的藻细胞,大致分为大型池、开放式槽体、圆形培养池及高效藻类塘跑道型培养池等4种形态。这种培养系统的优点在于能耗低、基建投入少、运行成本低,微藻产量大,缺点在于培养环境易受外界温度、天气、光照等的影响,以及其他藻种、细菌及原生动物的污染［7］,要控制这些条件以适应微藻的生长和达到污水处理的效果,操作上比较困难,且微藻的产率较低。

目前应用较广泛的开放式系统是高效藻类塘,通过“藻菌共生系统”可以同时去除污染水体中的有机物、重金属和氮磷等营养物（图3）。开放式系统在广大农村和小城镇的污水处理方面具有广阔的应用前景。在德国、法国、新西兰、以色列、南非、新加坡、印度、玻利维亚、墨西哥和巴西等国家都有高效藻类塘的应用,并取得了良好的运行效果。

图3高效氧化塘藻菌共生塘系统示意

3.1.2封闭式微藻培养系统

封闭式微藻培养系统主要指微藻光生物反应器,可用于自营、异营或混营培养,而且在户内或户外都可实施,可分为管式(垂直、水平、螺旋)、圆柱式、薄板式和聚乙烯袋式。光生物反应器可人为控制藻细胞生长条件,从而获得高产率品质稳定的藻细胞生物质,且可避免杂藻污染,后续分离纯化所花费的成本也可减少,但建设、运行成本高,规模放大难度较大缺点。

封闭式系统的微藻培养技术有活性藻系统和藻类固定化技术。前者采用人工强化培养出高浓度的藻液,然后再光生物反应器中利用污水进行藻类的继续培养的系统。该方法对有机物的降解效果好,且能有效去除颗粒污染物和氮、磷等营养物［8］。后者是通过包埋法或吸附法,将藻类细胞聚集成团或固定在载体上,其中包埋法应用较广泛。该技术具有微藻细胞浓度高、反应速度快、去除效率高、藻细胞易于收获等优点,在微藻处理污水中有广阔的应用前景。

3.1.3藻种选择

早在1978年,美国的能源部燃料发展就设立了水生生物计划(ASP)项目,专门研究微藻生物质能,包括沼气、甲烷和生物柴油,主要采用开放式微藻培养系统,在1978年到1996年将近20 年的时间里,科研人员从3 000株藻中筛选了300株高油脂含量的咸水藻种(大多是绿藻和硅藻)。20世纪80年代初美国国家可再生能源实验室(NREL)牵头并联合多个单位进行了可用于生产生物柴油的微藻的调查与筛选研究,运用现代生物技术开发出海洋工程微藻,实验室条件下脂质含量超过60%,户外生产达40%以上,每亩年产1~2.5t柴油［6］。同一时期,日本、德国和法国也在进行微藻培养的研究,主要方向是封闭式微藻光生物反应器［3］。表1列出了几种微藻的产油效率,产油效率是微藻作为生物质能源潜能的主要表征形式。

在我国,用于生物质燃料生产的微藻细胞的筛选和改良工作也取得了一定的成果。清华大学生物技术研究所通过异养转化细胞工程技术控制C/N,获得高脂含量、叶绿素消失、细胞变黄的异养小球藻细胞,其脂含量高达细胞干重的55%,是自养藻细胞的4倍。

然而高含油藻种不一定能在生活污水二级出水条件下正常生长并积累油脂,欲实现污水处理系统从处理工艺向生产工艺的转化,藻种的筛选与驯化是研究工作的前提与重点。针对水质深度净化与高价值生物质生产相耦合的目的,藻种筛选的依据应为:在生活污水二级处理出水的条件下生长速率快、氮磷去除效率高、生物质产量高以及单位微藻生物量的油脂产量高等。基于上述原则,李鑫,胡洪营等人在不同污水处理厂二级出水中筛选、分离得到了椭圆小球藻(Chlorella ellipsoidea YJ1)、贫营养型二型栅藻(Scenedesmus sp.LX1)等多株藻种［9,10］,它们对生活污水二级处理出水中的氮磷去除效率均在90%以上,单位藻细胞的脂质含量在33%~42%之间。

2011年11月绿色科技第11期

3.2微藻细胞的收集和油脂提取

3.2.1微藻细胞的收集和分离

污水处理中的微藻细胞的收集是实现污水系统发展微藻生物质能的重要环节,因为藻细胞非常小,本身密度与水接近,且培养液很稀,要收获一定量的藻细胞就要处理大量的液体,培养后的藻液需要浓缩100倍~1 000倍之后才能在工业上得以利用［11］。微藻的分离浓缩是高耗能过程,藻细胞分离浓缩的能耗是仅次于微藻培养的第2大成本消耗［12］。因此藻细胞的分离浓缩方式成为很多研究者的关注热点,也是实际工程中必须面对和解决的问题。

微藻收集主要的方法有自然沉降、絮凝沉降、气浮、固定化、离心分离、膜分离、过滤、浓缩、压滤等,表2列出了几种常见的微藻收集方法。

表2微藻收集方法

方法分离效果

自然沉降可去除50%~80%的藻细胞

絮凝沉降随着pH升高和无机磷酸盐沉淀,藻细胞自絮凝;但化学絮凝剂成本高,使出水盐度偏高;通过细菌产生生物絮凝剂,是目前研究热点之一;不适于体积小,生长快的藻类

气浮加明矾20~30mg/L,可去除99%的藻细胞

固定化固定化微藻团易分离,但成本高,可能发生藻细胞外泄

电解絮凝小电流(0.3kW•h/L)使藻细胞悬浮,藻细胞分离率可达到95%

过滤/离心分离效果好,但成本高

膜分离分离效果好,技术较成熟,但需注意膜污染问题

其中,絮凝沉淀/气浮、过滤离心、固定化是较常用的藻细胞分离方式,但成本较高,同时藻细胞固定化容易带来藻细胞外泄的问题。膜分离是一种有潜力的藻细胞分离收获方式,在反应器之后通过膜分离截留藻细胞以获得低氮磷含量的清水,同时通过浓藻液的回流实现反应器内藻细胞的高密度培养,可实现耦合系统对于出水水质及微藻光生物反应器中藻细胞高密度培养的要求。然而没有哪一种方法是万能的,对于价值较低的产品可以使用重力沉降的方法,或是配合絮凝进行,但对于价值较高的产品则可使用离心的方法［13］。

3.2.2微藻细胞的油脂提取

有机溶剂萃取是常用的藻细胞油脂提取方法,主要包括甲醇/氯仿法［14］、乙醚/石油醚法［15］和正己烷法［16］等。按照萃取时藻细胞的状态不同,又可分为干法萃取和湿法萃取。Lardon等人通过生命周期评价(Life cycleassessment,LCA)的方法对正己烷干法萃取和湿法萃取藻细胞油脂的效率及经济性进行了分析,表明油脂提取的能耗在生物柴油生产总能耗中占有很大比例(干法萃取和湿法萃取的能耗分别占总能耗的90%和70%),因此油脂提取技术的改进对耦合系统的经济性和可持续性具有直接影响［16］。

另外,油份提取后的藻渣还可继续利用,如用作肥料滋养农田,或进行厌氧发酵,可获得甲烷、氢气和乙醇等能源。有研究甚至认为,当单位藻细胞的油脂含量低于40%时,为了获得最大的能量收益,所有藻细胞生物质应该全部用于厌氧发酵［17］。

4进展与发展趋势

4.1国内外研发新进展

利用微藻处理污水在国内外早有应用,如德国、法国、新西兰、玻利维亚、以色列、新加坡、印度和巴西等已先后建成藻菌-共生大型氧化塘系统,用于处理一般市政废水和农村污水,比利时也有利用微藻处理养殖废水。美国早在20世纪50年代便提出利用藻类去除氮磷等营养物的概念,并基于此进行了大量研究,基于藻细胞污水处理技术有了快速的发展［18,19］。在微藻生物质能方面,国内外许多企业和机构也进行了大规模的试验,有得甚至已开始推广应用。雪佛兰(Chevrolet)公司在2006年与美国联邦研究员建立合作伙伴,共同研发微藻生物油;壳牌(Royal Dutch Shell)公司与夏威夷一家名为HR的微藻生物油公司联合成立了一家新公司,名为Cellana,在夏威夷1亿hm2的海面培养海藻,用于生产生物质燃料;埃克森美孚(Exxon Mobil)公司计划在未来5~6年投资6亿美元,用于研究与一般化石燃料兼容性良好的微藻生物燃料;日本国际贸易与工业部在1999和2000期间,资助了名为创新技术地球研究(Earth Research of Innovative Technology)的项目,用微藻来固定CO2,并初步研究光生物反应器。我国河北新奥科技发展有限公司,在内蒙古建立了一个生态微藻培养基地,面积将在2013年达到280hm2,并计划在2014年实现微藻生物油产业化;中石化与中科院于2009年开始共同实施微藻生物柴油技术系列项目,研究微藻光生物反应器;中石油和中科院也在合作研发微藻生物柴油技术。

在微藻污水处理与微藻生物质能的耦合方面,美国已经开始尝试用市政废水和煤烟厂大规模培养产油微藻,并取得了较好的物质和能量循环效果。胡洪营等人设计了利用污水资源生产微藻产油的耦合系统,以2008年的污水标准对培养微藻细胞每年生产生物柴油的潜力进行估算,得出如果全国范围内的生活污水全部采用他们设计的耦合系统进行处理与生产生物柴油,则生活污水中所含有的氮磷除去供给活性污泥微生物的生长后,剩余部分所培养的藻细胞每年生物柴油的生产潜力约为397万t［20］。

虽然微藻培养具有净化效率高、系统建造运行费用低等特点。另外,藻类在污水净化过程中产生大量的氧气,可减少水体因缺氧而形成的恶臭气味,因此用藻类处理污水在水质的改善中有广泛的应用前景。作为一种生物质能源的原料,微藻亦有许多其他原料不可比拟的优点,首先是种类繁多,便于取材;其次是藻类光合作用效率高,生长周期短;另外微藻的培养不需要占用粮食产地,并且和其他生物质能源一样,相对于化石能源,能减少或消除二氧化碳等温室气体的排放,并有可能解决海洋和湖泊的富营养化问题,环境效益高。但是要实现微藻污水处理与生物质能源生产耦合技术的产业化,仍存在一些问题有待解决。

4.2发展趋势

(1)新型藻种的选育和改良。继续筛选具有高效净化能力且营养价值高的微藻。

(2)光生物反应器的构建与规模化。将微藻光生物反应器与污水处理相结合,开发适合于可规模化运转的高效生物反应器,实现污染控制与资源化利用相结合。

(3) 固定化载体的开发。目前,包埋法固定化载体主要有天然高分子凝胶(如琼脂、海藻酸钙等)和有机合成高分子凝胶载体(如聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酰胺(ACAM)等)。天然高分子对生物没有毒害,传质性能较好,但是强度较低;有机合成高分子凝胶强度较大,但其传质性能稍差,在包埋时有时可能会影响细胞活性。因此,开发复合型固定化载体,改善其性能,是藻类固定化技术研究的重要内容［21］。今后还需弄清固定化微藻的生理生化特性及其净化机制,研究固定化微藻的保存、活化方法,为批量生产奠定基础。

(4)藻类生长繁殖条件的控制。由于微藻培养和污水处理耦合系统的前期投资较大,必须满足微藻最佳的培养条件和污水处理最低的运行成本,既要选择合适的光照方式,提高光能利用率,选用合适的培养系统,达到最大的培养数量,又要考虑出水水质和环境条件对污染物的影响等。

(5)降低制油成本。高昂的生产成本是利用微藻生产生物柴油所面临的最大问题,其中藻类培养耗资巨大,而藻类的收集、分离和脂质提取又是耗能最大的环节,假设采用含油量为30%(细胞干重)的微藻来生产生物柴油,那么从培养、收集、提炼到成品,成本约为19.1元/L。而我国2008年0号柴油的价格只有6.1元/L,此价格还包含了税收、利润、运输等费用。

(6)油脂提取技术的改良。高等植物种子中的油脂大都属于中性脂,易于通过压榨的方式提取,因此提取后的油脂基本上不存在极性脂及色素。而微藻细胞小,难以采取常规的压榨方式以获取油脂,用有机溶剂来提取,油脂中不可避免地存在着色素及磷脂等极性脂,为后续提炼等过程带来了相当大的隐患。

5结语

微藻污水处理技术与微藻生物质能生产技术,可以算是一项环境友好的集成创新技术,大多还处于概念提出和试验阶段。尽管目前仍然存在上述许多亟待解决的问题,但这些问题同时也是目前的研究重点和未来的发展方向,一旦突破了这些障碍,相信在水资源和能源日趋紧张的形势下,这项工艺将迎来更广泛和良好的发展前景。

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