我國水污染現(xiàn)狀不容樂觀，水環(huán)境質(zhì)量與和諧社會(huì)建設(shè)不相稱，也制約了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。隨著城市污水處理率的大幅度提高，農(nóng)村生活污染顯得越加突出，以太湖流域?yàn)槔r(nóng)村污染排放量占所有排放源排放量的比例為：COD占23%，氨氮占38%，TN占40%，TP占38%。加快農(nóng)村生活污水治理，對(duì)水環(huán)境質(zhì)量的改善顯得十分必要和緊迫。
與城鎮(zhèn)污水處理技術(shù)相比，我國農(nóng)村生活污水排放分散，處理率低（行政村覆蓋率12%，實(shí)際處理率約6%），嚴(yán)重缺乏技術(shù)儲(chǔ)備。同時(shí)，由于農(nóng)村生活污水排放分散，缺乏專業(yè)技術(shù)與專職管理人員，處理工藝絕不可以簡單套用城鎮(zhèn)污水處理廠規(guī)模化、專業(yè)化的工藝流程。農(nóng)村生活污水處理工藝首先要求的是，工藝簡單、易維護(hù)，同時(shí)還需要具備穩(wěn)定、高效氮磷資源化利用的特點(diǎn)。
國際上對(duì)農(nóng)村生活污水的處理主要有生物處理和生態(tài)處理技術(shù)。生物技術(shù)以日本的凈化槽為代表，是一種大型污水廠處理工藝小型集約化應(yīng)用技術(shù)。用于我國農(nóng)村時(shí)存在建設(shè)及運(yùn)行成本高、難以滿足管理人員專業(yè)素質(zhì)的要求，且一般不具備除磷功能等弊端，在經(jīng)濟(jì)實(shí)力和管理水平有限的我國廣大農(nóng)村地區(qū)難以大規(guī)模推廣應(yīng)用。
單一的生態(tài)處理技術(shù)主要在澳大利亞、北美等土地資源豐富、環(huán)境容量大的地區(qū)運(yùn)用，所需占地較大，處理效果受季節(jié)影響明顯。而我國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的農(nóng)村地區(qū)受土地資源和地理位置的雙重制約，不具備應(yīng)用的條件。
我國農(nóng)村生活污水治理的有利條件是：污水沒有有毒有害物質(zhì)，且富含氮磷。如果把農(nóng)村生活污水治理融入到農(nóng)業(yè)之中，則農(nóng)村生活污水中的氮磷則可變廢為寶，成為農(nóng)業(yè)種植所需的寶貴肥料資源，農(nóng)田種植業(yè)也完全具備消納生活污水氮磷的強(qiáng)大能力。從這一立場出發(fā)的農(nóng)村生活污水治理的戰(zhàn)略選擇應(yīng)該是：源于三農(nóng)，融入三農(nóng)，服務(wù)于三農(nóng)。農(nóng)村污水處理應(yīng)該瞄準(zhǔn)“因地制宜、高技術(shù)、低投資與運(yùn)行成本、易維護(hù)、資源化利用氮磷”的目標(biāo)，體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的污水治理原則。
國內(nèi)外相關(guān)研究成果與實(shí)踐提示我們，無論是生物技術(shù)(城市污水處理廠的主流工藝)還是新興的生態(tài)工程技術(shù)，單獨(dú)應(yīng)用都不能解決農(nóng)村生活污水處理及除磷脫氮的問題。必須將生物方法與生態(tài)工程有機(jī)結(jié)合，并進(jìn)行針對(duì)性符合農(nóng)村特點(diǎn)和條件的工藝流程設(shè)計(jì)，才能既節(jié)省成本和運(yùn)行費(fèi)用，又能達(dá)到穩(wěn)定的除磷脫氮效果。東南大學(xué)在國家水專項(xiàng)和省部級(jí)專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)的支持下，經(jīng)過多年的持續(xù)研究和開發(fā)，形成了可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)村生活污水生物生態(tài)組合處理成套技術(shù)：厭氧-缺氧生物濾池-跌水充氧接觸氧化裝置-水生蔬菜濾床和浸潤度可控型人工濕地組合工藝（見圖1）。
通過對(duì)生物方法和生態(tài)工程的優(yōu)化組合，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)村生活污水處理過程中的節(jié)能減排與高效除磷脫氮目標(biāo)，具有節(jié)能、節(jié)地、資源回收以及低投資和運(yùn)行費(fèi)用、易維護(hù)等特點(diǎn)，各個(gè)單元功能明確而高效，實(shí)現(xiàn)了氮、磷的資源化利用和尾水回用的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。
可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)村生活污水治理的理念與工藝創(chuàng)新體現(xiàn)在：處理技術(shù)采用生物生態(tài)組合工藝，生物處理單元與生態(tài)處理單元相融合：由生物單元去除有機(jī)物，生態(tài)單元作為污染凈化型農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)氮磷去除和資源化利用。
與常規(guī)技術(shù)相比：由于生物處理單元只去除有機(jī)物，不專門設(shè)計(jì)除磷脫氮功能，從而大幅度簡化了生物單元，既降低了建設(shè)成本，又使得運(yùn)行管理簡單；前置大深徑比厭氧反應(yīng)器可實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的高效去除，降低后續(xù)好氧段有機(jī)負(fù)荷和需氧量；在生態(tài)處理單元，篩選氮磷吸收能力強(qiáng)、生物量大的空心菜、萵苣、水芹等經(jīng)濟(jì)性作物替代傳統(tǒng)的蘆葦、香蒲等濕地植物，在實(shí)現(xiàn)污水中氮磷的資源化利用的同時(shí)，產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益，工藝推廣應(yīng)用的前景廣闊。
多級(jí)串聯(lián)大深徑比高效厭氧反應(yīng)器
國內(nèi)外研究實(shí)踐表明，常溫厭氧處理低濃度污水是可行的，問題在于水力停留時(shí)間過長，往往難以滿足實(shí)際要求。因此提高低濃度污水常溫高效厭氧處理效率顯得十分重要。生物生態(tài)組合體系中，厭氧段需要高效降解有機(jī)物，以降低好氧段有機(jī)負(fù)荷和需氧量，為后續(xù)好氧段實(shí)現(xiàn)低耗能提供保障。
從反應(yīng)器流態(tài)看，理論上推流厭氧反應(yīng)器比完全混合反應(yīng)器具有更高的處理效率和耐沖擊負(fù)荷能力。多級(jí)串聯(lián)大深徑比高效厭氧反應(yīng)器可以解決這一難題：以水動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)器構(gòu)造原理為基礎(chǔ)，增加厭氧反應(yīng)器的有效水深，形成“大深度，小內(nèi)徑”的特征構(gòu)型，在其內(nèi)部形成整體升流或降流的推流流態(tài)，而多級(jí)串聯(lián)使水力停留時(shí)間更趨推流，保證厭氧反應(yīng)的高效進(jìn)行。
反應(yīng)器內(nèi)填充無紡布或彈性填料，通過提高生物附著比表面積來提高厭氧反應(yīng)效率。在相同容積負(fù)荷的情況下，較大的深徑比也縮減了反應(yīng)器的占地面積。該反應(yīng)器適用于地下水水位較深、土地資源緊張的地區(qū)。
作為替代單元，折板高效厭氧反應(yīng)池適用于地下水位埋深淺，地質(zhì)條件不好的地區(qū)，是采用特定填料的渠道式或折流板式推流反應(yīng)器裝置。其處理水量有限，適合于單獨(dú)一戶或幾戶民居的生活污水就地處理，可利用現(xiàn)有的化糞池進(jìn)行改造。
高適應(yīng)性農(nóng)村生活污水處理的低能耗好氧處理單元
組合工藝中好氧段以氮磷的無機(jī)化和有機(jī)物的進(jìn)一步去除為主要功能，以保證后續(xù)濕地出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。常規(guī)小型污水生物脫氮工藝中，曝氣動(dòng)力消耗一般占日常運(yùn)行成本的80%，是傳統(tǒng)生物處理的主要耗能單元。采用水車驅(qū)動(dòng)生物轉(zhuǎn)盤、階式跌水、往復(fù)式跌水、拔風(fēng)等自然充氧形式，改變了傳統(tǒng)生物處理曝氣方式高耗能的缺陷，構(gòu)建了多種低能耗好氧處理裝置。跌水曝氣充氧裝置利用污水提升獲得勢(shì)能，分級(jí)跌落，將勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，形成水幕、水滴自然充氧，無需曝氣裝置。本技術(shù)包含多種不同構(gòu)型的充氧裝置，以應(yīng)對(duì)不同的農(nóng)村生活污水水質(zhì)變化的需求。可以有階梯式和垂直交錯(cuò)跌水兩種類型。
