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摘要：闡述人工快滲一體化設備在農(nóng)村污水處理過程中的運用，并對人工快滲一體化設備的系統(tǒng)組成、處理原理、系統(tǒng)設計和防止堵塞等方面的研究進行論述。整體來看，人工快滲一體化設備運行成本低、負荷能力強、運營管理便捷，能夠有效解決農(nóng)村地區(qū)污水處理的現(xiàn)狀，是適合在農(nóng)村地區(qū)推廣應用的工藝設備。

關鍵詞：人工快滲一體化；農(nóng)村；污水處理

隨著農(nóng)村生活水平的不斷提高，水式馬桶、淋浴以及洗衣機等衛(wèi)生設施日益普及，農(nóng)村地區(qū)的用水量和污水排放量也日益增多，污水成分日益復雜。截止到2018年年底，我國鄉(xiāng)村常住人口56401萬人，按照人均每天排污30L，我國農(nóng)村地區(qū)年生活排污量高達1693.203億L。然而，農(nóng)村地區(qū)污水處理工作剛剛起步，且建設資金、處污技術以及運營管理等存在諸多缺陷。根據(jù)我國國家住建部《2017年城鄉(xiāng)建設統(tǒng)計公報》相關數(shù)據(jù)，截止到2017年底，全國共有533017個村莊，污水處理1441659萬元，平均每個村莊2.7萬元，處理資金嚴重不足。除此之外，全國有近3億多農(nóng)村人口飲用水不達標，近8000多萬人的飲用水不安全。大量未經(jīng)處理的生活污水直接排放到江河湖海中，對農(nóng)村生態(tài)環(huán)境和居民生命健康造成嚴重影響，并成為污染我國水域的重要因素。隨著新農(nóng)村建設的逐步加快和國家相關政策的傾斜，部分農(nóng)村地區(qū)已經(jīng)開始建設污水處理工程，但受到資金、人才及技術等方面影響，農(nóng)村地區(qū)的污水處理工程發(fā)展非常緩慢。人工快滲技術開始運用于2001年，經(jīng)實踐證明在處理農(nóng)村生活污水方面具有成本低、運行高效等技術優(yōu)勢，是適合農(nóng)村處理生活污水的新技術。

1農(nóng)村污水的排放特征

農(nóng)村污水主要是指農(nóng)村民眾在日常生活和生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水。農(nóng)村生活污水大致包括洗漱用水、廚房用水以及沖廁用水等。農(nóng)村生產(chǎn)污水則主要包括畜牧業(yè)養(yǎng)殖廢水以及農(nóng)產(chǎn)品加工廢水等。與大中城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)中心相比，農(nóng)村污水排放特征主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1.1污水排放總量小，排污時間不定。與城市相比，農(nóng)村地區(qū)居住密度低，污水排放總量小。但受到用水量和用水習慣的影響，農(nóng)村地區(qū)的排污時間較為分散。1.2污水排放變化非常顯著。受生活規(guī)律影響，農(nóng)村污水排放大致在三餐前后會出現(xiàn)高峰時段，夜間污水排放量幾乎為0，污水水質(zhì)同樣會受到諸多方面影響。1.3污水收集存在難題。農(nóng)村地區(qū)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，加之地勢、地基等方面存在差異性，污水收集存在難題。1.4污水中雜質(zhì)比較少。與工業(yè)污水不同，農(nóng)村地區(qū)污水中極少含有雜質(zhì)，幾乎沒有重金屬和有毒有害物質(zhì)，可凈化成本低，生化性好。人工快滲一體化設備（CRI）的成本低、運行高效，可通過信息技術實現(xiàn)自動化運營。當前，我國部分農(nóng)村地區(qū)已經(jīng)開始建設A/O、MBR等主題工藝的一體化設備，且取得良好成效。

2人工快滲技術處理污水的基本原理

人工快滲技術主要是指以滲透性較好的河沙為基本過濾料，采用干濕交替方式，通過物理、化學和生物等諸多方式，去除水中污染物，凈化水質(zhì)的污水處理技術。2.1系統(tǒng)組成。人工快滲技術大致包括預處理和人工快滲池共2個部分。預處理部分主要是降低污水中存在的大塊漂浮物與顆粒物，以防止堵塞。一般而言，預處理部分主要采用沉淀池、格柵網(wǎng)、砂濾池等。人工快滲池則是整體人工快滲技術的核心部分，如何選擇滲濾介質(zhì)是提高人工快滲效率的重要內(nèi)容。國內(nèi)外相關研究表明，針對農(nóng)村地區(qū)的污水處理，天然河砂附之以海綿鐵、砂石等組成的滲濾介質(zhì)是最高效填料選擇，更是經(jīng)濟合理的選擇。2.2去污原理。人工快滲去除污染物主要通過以下幾個方面完成：（1）去除有機污染物。人工快滲去除污染物主要是通過物理吸附、化學轉(zhuǎn)化以及生物分解來完成。當污水經(jīng)過快滲池時，水中絕大部分大顆粒有機物經(jīng)預處理、生物絮體截留和沉淀，大分子物質(zhì)逐漸轉(zhuǎn)化為可溶解、可被利用的有機物，進而被降解。而在落干期，截留在系統(tǒng)中的有機物則會被微生物吸收，以恢復CRI系統(tǒng)的除污能力。（2）氨氮化物去除。氨氮化物的去除則主要依靠化學轉(zhuǎn)化，通過反硝化物作用等來完成。相關研究表明，在CRI系統(tǒng)中，有機氮化物與微生物相互結(jié)合進而轉(zhuǎn)化為NH4-N。氨氮的硝化作用則分為兩步。首先由亞硝酸菌進行，獲取能量，其次則進行氧化作用。氨化作用和硝化作用改變氮的基本形態(tài)。而微生物的反硝化作用則能夠?qū)⒌貧鈶B(tài)化，以從CRI系統(tǒng)中永久去除。在落干期，快滲池內(nèi)部則主要是氨氮與有機氮以及吸附裝填氨氮的硝化的轉(zhuǎn)化。（3）TP去除。相關研究表明，人工快滲去磷主要是通過離子交換、吸附及共沉淀。污水中的有機磷溶解性較差，無法直接被微生物吸收運用，必須將其轉(zhuǎn)化為磷酸鹽，才能夠為填料吸附利用或者微生物吸收。一般而言，人工快滲系統(tǒng)的生物去磷效果較差，想要提高人工快滲系統(tǒng)的去磷效果，就必須強化CRI系統(tǒng)的物理化學反應。（4）系統(tǒng)復氧。人工滲透主要依賴于大氣復氧，復氧的效果直接決定脫氮效果。為提升復氧效率，當前主要采用干濕交替、設置通氣管和利用植物根系共3種方式。2.3系統(tǒng)堵塞問題。必須承認，農(nóng)村地區(qū)污水中有大量的懸浮物。在CRI系統(tǒng)處理過程中，懸浮物被截留、吸附往往會導致表層發(fā)生嚴重堵塞。從實踐運用來看，填料層50mm及以上區(qū)域是發(fā)生堵塞概率最大區(qū)域。當前，針對CRI系統(tǒng)的堵塞問題，主要采取以下幾種措施：如強化系統(tǒng)的預處理，降低系統(tǒng)處理的有機負荷；根據(jù)水質(zhì)的情況，選擇適合的過濾介質(zhì)；改變系統(tǒng)的運行模式等。當然，部分地區(qū)也會在系統(tǒng)運行一定時間后對過濾層50mm及以上區(qū)域進行疏松，利用物理形式降低系統(tǒng)堵塞概率。

3人工快滲一體化設備在農(nóng)村的運用

當前，CRI處理技術也在不斷改進。近些年來，國內(nèi)外諸多學者不斷探索CRI系統(tǒng)對各種污染物的去除原理，擴寬了該系統(tǒng)的運用范圍。3.1CRI系統(tǒng)在農(nóng)村雨水的處理。農(nóng)村地區(qū)雨污合流，污染面廣。CRI系統(tǒng)利用雨水調(diào)節(jié)池，有效控制進水量，實現(xiàn)對雨水的有效收集和處理，防止污染源的進一步擴散。3.2CRI系統(tǒng)針對氮磷處理率低的改進。CRI系統(tǒng)對氮磷處理率較低。為有效提升系統(tǒng)處理氮磷效率，國內(nèi)學者在人工快滲系統(tǒng)中增加生物塘工藝，有效提升了系統(tǒng)出水的質(zhì)量，氨氮去除率更是高達90%。3.3CRI系統(tǒng)針對北方地區(qū)防凍問題的改進。CRI系統(tǒng)常年在戶外，受氣溫影響較大。夏季氣溫高，微生物活性大，系統(tǒng)處理效率高效。而北方地區(qū)冬季氣溫低，微生物活性非常低，系統(tǒng)處理效率隨之降低。北方地區(qū)運用CRI系統(tǒng)必須考慮到當?shù)氐臍鉁匾蛩?，進行防凍設置，以減少對系統(tǒng)穩(wěn)定性的沖擊。從國內(nèi)現(xiàn)狀來看，北方地區(qū)CRI系統(tǒng)的改進主要采取大棚形式予以解決，即大棚構建保溫房，保溫房內(nèi)安裝暖氣，以保證溫度。除此之外，對地下快滲池的設置，則在凍土層上利用非凍脹性砂石來填埋。3.4CRI系統(tǒng)針對出水效果與工程景觀方面的處理。CRI系統(tǒng)的去除氮氧化物與磷氧化物的效率非常低效。鑒于農(nóng)村地區(qū)的實際情況，筆者認為可以在CRI系統(tǒng)后增加生物塘系統(tǒng)，以有效處理氮磷化物。一方面，增加生物塘系統(tǒng)能夠有效提高CRI系統(tǒng)的出水指標，以便于進一步的生產(chǎn)生活用水。另一方面，建造科學合理的生物塘系統(tǒng)，能夠有效改善CRI系統(tǒng)的整體外部景觀。與此同時，運用生物塘還可以養(yǎng)殖等方面發(fā)揮功效，為農(nóng)民增收產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益。在生物塘系統(tǒng)中，氮磷化物以及諸多營養(yǎng)物質(zhì)的去除，最重要的途徑之一就是依靠植物體的吸收同化。運用生物塘系統(tǒng)，一方面速生水生植物能夠直接從水中吸收氮氧化物和硝酸鹽氮，并伴隨植物組織合成從而被轉(zhuǎn)移到水體之外。另一方面，生物塘系統(tǒng)中包括大量的反硝化菌，物種可以進行反硝化反應，去除一部分氨氮化物。況且，生物塘系統(tǒng)的諸多細菌強大的降解作用也可以將部分有機磷酸鹽以及不溶解磷降解為可溶解的磷酸鹽，從而便于植物體的吸收。

4結(jié)語

人工快滲一體化設備已經(jīng)在我國眾多農(nóng)村地區(qū)得到運用，如四川雙流縣大林鎮(zhèn)、四川綿陽市北川縣曲山鎮(zhèn)、重慶九龍坡區(qū)彩云湖等。自投產(chǎn)之后，各個地區(qū)的CRI系統(tǒng)運行穩(wěn)定，出水效果能夠達到國家污染物排放標準，且有效改善諸多村寨的居住環(huán)境和流域水質(zhì)，有效實現(xiàn)了污水和污泥的資源化。我國農(nóng)村地區(qū)位置分散，經(jīng)濟實力差。因此，去污效果好、操作簡便，成本低廉的污水處理技術是農(nóng)村地區(qū)的首要選擇。人工快滲一體化設備的出現(xiàn)能夠很好的滿足農(nóng)村地區(qū)的污水處理現(xiàn)狀。并且，隨著現(xiàn)代科學技術的不斷進步和工藝參數(shù)的逐步完善，人工快滲一體化設備必然會在農(nóng)村地區(qū)污水處理過程中發(fā)揮更加重要的作用，實現(xiàn)經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益的和諧發(fā)展。

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作者:厲勵 單位:信陽農(nóng)林學院