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净化槽技术在中国农村污水分散处理中的应用吴光前，孙新元，张齐生（南京林业大学工业学院，江苏南京210037）摘要：起源于日本的净化槽污水处理技术，技术具有安装简便，运行管理方式灵活的特点，尤其适合于农村污水分散处理。加强对净化槽技术的研究分析，使之更好的应用于中国农村污水分散处理领域，对于建设社会主义新农村具有重大的意义。在此介绍了净化槽技术的基本原理、工艺特点以及日本对净化槽所建立的法律、法规和管理制度，同时对近年来我国引进、研发并在农村地区使用的各种净化槽的应用效果进行了综合评价，最后对净化槽技术在中国农村污水分散处理中存在的技术和管理体制方面的问题，以及未来的发展趋势进行了分析和展望。关键词：净化槽；农村污水；分散处理中图分类号:X2文献标识码:A文章编号:1674-4829（2010）06-0036-050引言改革开放以来，我国农村经济取得了长足发展，但是在这个过程中，农村的水环境污染问题也日益凸显出来。在我国，由于农村集体经济长期薄弱，基础设施欠账很多。全国绝大多数的村庄没有排水渠道和污水处理系统，大量农村居民的生活污水和畜禽养殖废水直接就近排入河流、水塘，造成河流、水塘等水体的严重污染，影响村民居住环境，威胁村民身体健康和生态安全。党的十六届五中全会明确提出：要按照“生产发展、生活宽裕、乡风文明、村容整洁、管理民主”的要求，扎实稳步的推进社会主义新农村建设，这是我国今后相当长时期内，国民经济和社会发展的一个重大历史任务和战略决策。对农村地区的水污染进行有效治理是建设社会主义新农村的一个重要任务。由于我国地域辽阔，各地农村经济发展水平和基础设施建设规模各不相同，同时农村污水又具有排放源分散、污水产生量小、水质水量波动大等特点，因此，在农村污水处理过程中，因地制宜地采用投资费用少，运行管理简单的分散式处理工艺是一种理想的选择1。近年来，净化槽技术作为一种代表性的分散式污水处理工艺，为解决我国农村的水污染问题作出了一定的贡献。1净化槽技术在日本的发展历史净化槽作为一种一体化分散式污水处理装置，最早起源于日本。在上世纪50年中期到70年代，日本为了追求更加舒适的生活方式，日本国民在居室中大量安装冲水马桶等设备，很多偏远地区居民家中的下水道由于没有和城市下水管道连通，日常生活中所产生的各种污水直接外排到附近水体，造成收稿日期：2010-09-08基金项目：江苏省高校科研成果产业化推进项目（JH08-38）；江苏省研究生创新项目.作者简介：吴光前（1978-），男，江苏徐州人，讲师，注册环保工程师，专业研究方向：水污染控制工程技术.Application of Purification Tank in Distributed Rural Sewage Treatment in ChinaWUGuang-qian，SUNXin-yuan，ZHANGQi-shengAbstract：The technology of purification tank originated from Japan has characteristics of easy-installed and flexible-operating.These characteristics are suitable for the distributed rural sewage treatment in China.So it is important to intensifythe research of purification tank in China,which is helpful in building a new socialist countryside.The historical evolutionand current status of purification tank were introduced,and the successful implementation experiences and managementsystem of purification tank in Japan were evaluated in term of policy and legislation.The experimental research and fieldapplications of purification tank in rural areas of China in recent years were reviewed comprehensively.Finally,the problemsto be settled and the development trend of purification tank in China were analyzed.Key words：Purification tank;Rural sewage;Distributed treatment第23卷第6期2010年12月环 境 科 技Environmental Science and TechnologyVol23No6Dec2010第23卷第6期1 00080060040020001998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007年份净化糟/万台合并处理式净化槽单独处理式样净化槽净化槽总数量了严重的水污染。在这种情况下，日本国内出现了用于处理冲水厕所污水的单独处理式净化槽，随后在日本国内，特别是偏远的农村地区，单独处理式净化槽得到了快速推广应用，这种设备对于解决当时的日本农村水污染问题作出了很大的贡献。但是，当时的单独处理式净化槽由于设计和布局上的限制，只能处理厕所产生的污水，而厨房、浴室、洗衣房等处产生的污水未经处理直接排放仍然会对水体造成污染。所以，从1975年开始，日本国内加大力度开发了许多种适合家庭使用的小规模合并处理净化槽，这种合并处理净化槽可以对居民生活中产生的各种污水进行合并处理，主要是去除水中的有机物、悬浮物和杀灭病菌。根据日本国内的使用经验，合并处理式净化槽的出水BOD5质量浓度可以稳定小于20 mg/L，从而达标排放。目前，单独处理式净化槽和合并处理式净化槽在日本国内都得到了广泛的应用，并且其净化槽的应用比例日益提高。从日本的使用经验来看，合并处理式净化槽对于营养物质N和P的去除效果不佳。因此，近年来日本国内逐渐开始推广使用其净化槽。高度处理式净化槽是在合并处理式净化槽的基础上，在工艺上增加了去除N，P等营养物质的措施以及消毒杀菌功能的一种新型净化槽，出水水质进一步提高并且可以用于各种污水回用用途，目前日本的高度处理净化槽技术非常成熟，可以达到出水(BOD5)10 mg/L，(TN）10 mg/L，(TP）1 mg/L2。图1为1998 2007年日本环境整备教育中心对国内净化槽使用状况的统计。1998年日本国内净化槽使用总数为840.86万台，其中合并处理式净化槽为113.74万台，单独处理式净化槽为727.12万台。2007年，日本国内净化槽使用总数为841.78万台，其中合并处理样净化槽为277.62万台，单独处理式净化槽为564.16万台。自1998 2007年，日本国内的净化槽总数基本没有发生变化，但是合并处理式净化槽的数量逐年增加，而单独处理式净化槽数量逐年下降。2日本的净化槽管理制度日本国内的净化槽技术在发展过程中，逐步建立了一套全国统一的法律法规体系和管理制度,与净化槽有关的主要法律法规包括净化槽法、建筑标准法、废扫法、净化槽构造标准及解说等,这些法律的内容涵盖了净化槽的制造、安装、维护、管理等方面的内容。根据这些法律法规的规定，净化槽在正式生产之前必须取得日本全国合并处理净化槽协会（简称全净协）的生产许可，新型净化槽要取得生产许可，必须在经过初步试验，并在至少3个地区进行不少于规定时间的实地试验，在取得实际运行数据后，向全净协提出申请，由全净协负责对净化槽的工艺流程、实际运行效果进行数次实地审查。审查合格后，由建设大臣颁发许可证,厂家才可以生产使用这种净化槽。在埋设安装净化槽时，建设单位首先向当地行政部门提出申请，得到批准后由政府认可的净化槽管理士(日本的一种职业资格，相当于工程监理)负责监督净化槽的建设和安装。在净化槽开始运行之后由净化槽管理士定期对净化槽进行维护管理，确保净化槽运行管理中的效果。日本环境整备教育中心每年都定期举办净化槽管理士、安装士、清扫工程师、检查员、清扫技工培训班等各种培训班，通过这些系统深入的人员培训，为日本各地的净化槽运行管理提供了有力的保障。除了相关法律法规的约束以外，为了推动净化槽的普及，自1987年开始日本开始推行净化槽辅助金制度，即由国家或者地方政府对净化槽的安装和更换给予一定的补助金，部分城市和地区还对净化槽的检修维护、污泥处理等环节产生的费用进行补贴。这种全国性的净化槽管理和运行制度在规范日本国内净化槽技术的发展和推动净化槽技术的工程应用方面发挥了巨大的作用。在某种意义上，净化槽技术在日本国内污水分散处理方面所取得的成功,不仅是由于这项技术本身具有显著的优点，还包括完善的净化槽运行管理措施和法律法规体系。3净化槽技术的原理和特点诞生于日本的净化槽技术作为一种比较笼统的名称，本质上是由一系列单元处理工艺所构成的技术组合。从日本各主要厂家生产的净化槽来看，采用的主要工艺包括厌氧过滤、接触氧化、活性污泥、膜处理和消毒工艺，也有一些工艺采用了在生化反应单元内投加有效微生物(EM)菌液,用强化系统内微生物的作用的方式来增强处理效果3。净化槽运行过程中，污水从槽的一端进入系统，污图11998 2007年日本国内净化槽使用情况吴光前等净化槽技术在中国农村污水分散处理中的应用37环境科技2010年12月图2典型净化槽的工艺流程水内悬浮物的去除是通过内部的沉淀分离室来实现。它对污水起预处理作用，主要沉淀无机固形物、寄生虫卵及部分悬浮有机物，以减轻后继生物处理工艺的负荷。经过沉淀分离后的污水可以进入厌氧分离室，也可以直接进入好氧生化处理室，详见图2与图3。厌氧分离室内装有各种不同类型的塑料填料，填料上生长厌氧生物膜，通过对污水进行水解酸化作用来去除可溶性有机物，提高污水的可生化性。好氧生化处理单元目前多采用接触氧化法等工艺来实现，其原理是采用接触氧化工艺，集曝气、高滤速、截留悬浮物和定期反冲洗等特点于一体，依靠反应器上所附着生物膜中微生物的氧化分解、吸附阻留作用和沿水流方向形成的食物链分级捕食进一步降低污染物的浓度。处理后的废水经过沉淀槽进行沉淀，在其末端设置消毒盒，内部填装有固体含氯消毒剂，出水经消毒盒与固体消毒剂接触完成对污水的消毒作用后外排，也有一些厂家在其生产的净化槽处理工艺末端采用自动计量投加化学药剂或者采取电解絮凝的设备进行强化除磷。以上各流程中产生的无机和有机污泥经过浓缩运送至填埋厂填埋或焚烧达到污泥减量化和无害化的目的。4净化槽处理技术在中国的发展历史中国国内对净化槽技术的研究最早开始于1994年，当年国内的同济大学和清华大学等科研院所开始通过从日本引进净化槽并进行试验，对净化槽技术在中国的应用情况进行初步的探讨并积累了一定的试验数据。2001年原贵州省环境保护科学研究所(现贵州省环境科学研究设计院)与日本国立环境研究所合作,从日本引进了2台型号为RECH-10人型(即可以处理10个居民每天生活污水量)的合并处理净化槽并进行了运行研究，取得了一定的成果，同时也发现了一些需要根据中国国情进行改进的问题4。目前，国内对于日本净化槽技术进行的最全面系统的研究是由江苏省环境经济国际合作中心、江苏省环科院与日本国际协力结构（JIIA）联合开展的“太湖水环境修复示范项目”，该项目选择太湖流域生活污水为研究对象，从日本大器公司引进了6种类型，共12台不同处理工艺和规模的净化槽进行了长期的污水处理试验，实验目的是通过对各项试验参数的优化调整,确定符合中国国情的最佳工艺和运行条件,并为国产化净化槽的开发提供技术参考5，见图5。该项目引进的6种净化槽处理工艺分别为：连续进水式间歇曝气工艺(2台100人槽)；序批式曝气SBR工艺(2台100人槽)；厌氧膜生物反应器工艺(2台30人槽)；厌氧滤床生物过滤工艺(海绵滤料2台30人槽)；滤床生物过滤工艺图3采用厌氧和接触氧化工艺的小型净化槽内部构造示意图4采用沉淀和接触氧化工业的大型净化槽内部构造示意进水填料厌氧滤床曝气管接触氧化池填料沉淀池出水消毒池生活污水 悬 浮 固体 的 沉淀去除有 机 污 染 物 的去除(厌氧滤池接触氧化膜分离流化床等)生化处理后水中悬浮物质的沉淀去除深度处理(一 般 采用消毒)无机和有机剩余污泥的无害化处置进水沉淀分离室(第二室)接触曝气池(第二室)沉淀室空气管出水出水泵池消毒室接触曝气池(第一室)沉淀分离室(第一室)图5太湖流域水环境修复课题使用的日本大器公司制造的净化槽产品38第23卷第6期表1实验净化槽设计进水、出水水质mgL1类别进水浓度范围进水浓度均值出水水质指标（CODCr）200 500400 50（BOD5）100 300200 10（SS）100 300200 15（TN）30 5045 10（TP）3 65 1.0(陶瓷滤料2台30人槽)；厌氧滤床接触氧化工艺(2台30人槽)。通过现场的长期污水处理试验，该项目安装的净化槽的平均运行效果见表1。这项由中日双方有关科研部门联合开展的净化槽技术在太湖流域的应用研究，是目前国内关于净化槽技术应用最全面深入的研究，通过近2年的实验，课题组从6种净化槽工艺中选择了3种效果最好的作为国内净化槽应用的推荐工艺，分别是：序批式曝气SBR工艺；厌氧滤床生物过滤工艺；厌氧滤床接触氧化工艺。针对这3种推荐工艺在国内的安装、施工、运行、维护、管理等方面的问题，太湖水环境修复示范项目技术专家组编制了相关的指导性手册，为国内净化槽的使用提供相关技术指导6。在太湖水环境修复示范项目对净化槽研究取得成效的基础上，日本有关部门于2009年10月28日，向江苏省无锡市惠山区铁路桥村和江苏省宜兴市丁蜀镇浦南村各捐赠了1台高度处理净化槽设备，用于处理周边区域的农村生活污水，为改善江苏省内污染日趋严重的太湖水质作贡献。5净化槽在中国的研究现状及创新近年来，在积极引进日本净化槽产品的同时，根据传统净化槽技术的工艺特点，并结合我国小城镇和农村的污水水质水量和排放规律特点，国内很多研究者开展了一些具有中国特色的净化槽技术研究。苏杨等7开发研究了一种新型的无污泥排放、无需专人管理的高效生活污水含粪便净化槽。该装置采用了厌氧-好氧流程来处理高浓度生活污水,造价略高于化粪池。试验表明，装置在污水停留时间为18h，出水(CODCr)90%。李红兵8进行了单独净化槽和用中空纤维膜改造后的单独净化槽处理生活污水的试验研究。结果表明:单独净化槽对CODCr的去除效率在80%左右,对NH3-N的去除率大约在50%60%。加中空纤维膜改造后的装置对CODCr的去除效果可达90%左右或更高。并且可实现90%以上的NH3-N的去除效果。苏利茂等9研究并设计了一种无动力氧化槽装置，该净化槽充分利用地形高差，采用厌氧接触滤池和跌水曝气好氧生物处理技术相结合，日常运行费用极低，处理效果良好。王昶等10研究开发了一种联合厌氧和好氧生物膜处理工艺的小型一体化生活污水净化槽，并研究了波纹板填料在该净化槽中的应用效果。结果表明，使用该填料后，生物膜挂膜启动十分便利，各区域中对污水都具有较好的去除能力，(CODCr)86.9%，（BOD5）97.4%，浊度去除率 97.7%。高尚11将人工湿地技术与生物接触氧化法相组合的生物净化槽应用于上海市中心城区黑臭河水净化。结果表明,生物净化槽对系统中BOD5，CODCr，NH3-N和TP的平均去除率分别为37.0%,34.8%,34.7%,26.7%。张增胜等12研究了生物净化槽-强化生态浮床工艺处理上海崇明地区的农村生活污水，生物净化槽采用钢筋混凝土一体化结构，强化生态浮床由纤维填料、水生植物和浮力支撑构件组成。运行的出水(CODCr)45mg/L，(NH3-N）5.0 mg/L，(TP）0.75mg/L，(SS）20 mg/L。陈男等13针对合并处理式净化槽除磷效果有限的缺点，研究了采用电化学絮凝法处理合并净化槽出水中的TP，研究结果表明在控制好电流密度、极板间距和通电时间3个参数的情况下，合并净化槽出水中P的去除率最高可以达到100。通过近年来国内对于日本引进的净化槽的研究以及在此基础上进行的各种改进，极大的促进了我国净化槽的市场化和产业化为该技术在我国的推广打下了坚实的基础。6存在问题和发展趋势自1994年日本净化槽技术第一次引入中国以来，经过国内众多科研机构多年的研究和发展，净化槽已经具备了在国内农村和小城镇推广应用的条件，但是从近几年国内农村污水治理的实践来看，净化槽技术的推广应用也遇到了一些问题，具体体现在以下几方面：（1）安装和运行费用较高，导致难以大面积普及。根据高蓉菁14等在太湖流域水环境修复课题中使用日本净化槽的实地运行数据，如果直接使用日本进口的净化槽，安装费用大约为15万日元/人，约合1万元人民币，吨运行费用更是达到了3.9元。安装和运行费用高的主要原因在于净化槽为进口产品，价格比较高，同时净化槽处理能力小运行经济性差。高昂的安装和运行成本极大的限制了净化槽技术的应用，事实上，目前国内开展净化槽处理农村污水试点的地区均是我国东部经济较发达的沿海地区农村，中西部吴光前等净化槽技术在中国农村污水分散处理中的应用39环境科技2010年12月地区尚没有使用净化槽处理农村污水的报道。（2）净化槽安装后的运行和维护存在困难。从我国近几年来在农村地区推广建设的污水分散式处理设施的运行管理情况来看，建成后不运行或者运行过程中由于维护不得力而闲置的问题在很多地区都不同程度存在，对于净化槽而言，稳定良好的运行管理对于净化槽正常发挥处理效果是至关重要的，因此在目前我国农村污水处理设施的运行管理水平普遍较低的情况下，净化槽技术的应用收到了很大的限制。（3）净化槽规范和标准尚有待完善。日本的净化槽技术已经发展了几十年的时间，从净化槽的设计规范、生产、安装和运行管理标准方面都建立了严格的体系。而我国的农村污水处理工作才刚刚起步，农村生活污水处理设施排放水质标准目前尚在讨论和制定中（仅以江苏省为例，太湖地区农村生活污水主要水污染物的排放标准将于2010年完成编制工作并正式出台）。各种技术规范标准问题目前远远没有达到完善的程度。在这种情况下，尽管各家企业生产的净化槽产品在运行中取得了令人满意的处理效果，但是在技术规范、制造、安装、运行管理等方面仍有大量的工作有待完善。针对净化槽技术推广应用中存在的以上问题，在未来的净化槽技术推广中，应着重做好以下2点：继续加大对净化槽技术的研发和推广力度，加快净化槽的国产化速度，在具备条件的农村地区大力建设净化槽的示范工程，通过大量的工程应用来不断完善净化槽的工艺技术、安装运行规范，探讨降低净化槽安装和运行成本的手段。在净化槽技术的研发过程中，对于工艺路线的选择，需要综合考虑处理效果和运行费用2个方面。鉴于目前我国尚未发布单独的农村生活污水排放水质标准，因此，在实践中，很多处理设施在设计过程中往往直接套用GB189182002城镇污水处理厂水质标准的一级A标或者B标。但是很多学者也提出，农村污水的处理标准可以适当降低，即先解决CODCr的去除问题，然后逐步解决N和P的去除问题。从某种角度来看，这种观点是符合当前我国农村污水处理的实际情况的。进一步理顺农村地区污水分散处理的管理体系，为净化槽安装完成之后的长期正常运行提供条件。根据近几年的农村污水处理实践来看，农村污水分散处理设施的投资建设方往往是上级建设、环保、农林等部门，而建成后的运行管理及所产生的费用一般有农村基层组织负责。由于种种原因，目前作为污水处理设施的管理主体和受益方，农村基层组织往往对污水处理设施运行管理的积极性不高，在日常运行管理中多存在不到位的现象，导致已经建成的污水处理设施不能正常发挥效果，甚至在建成一段时间后完全停产，这种管理体制上的问题是值得注意并需要尽快解决。7结论根据日本和中国国内对于净化槽所进行的多年研究和工程实践经验来看，净化槽作为一种污水分散处理技术，在社会主义新农村建设过程中可以发挥巨大的作用，但是在这个过程中，要注意解决技术和管理2个层次上的问题，从而为净化槽技术的推广应用提供保障。参考文献1何安吉,黄勇.农村生活污水处理技术研究进展及改进设想J.环境科技,2010,23（3）：68-75.2许春莲,宋乾武,王文君,等.日本净化槽技术管理体系经验及启示J.中国给水排水,2008,24（14）：1-4.3田娜,朱亮,张志毅,等.高效生活污水处理装置高性能合并处理净化槽J.环境污染治理技术与设备,2004,5（5）：84-86.4康缇.日本小型合并处理净化槽的性能初探J.贵州环保科技,2002,8（3）：26-29.5闵毅梅.净化槽技术应用于分散型生活污水案例研究J.环境与可持续发展,2008（6）：59-62.6太湖水环境修复示范项目技术专家组.高度处理净化槽结构设计与维护管理指南M.北京：中国环境科学出版社，2007.7苏杨,邓中旦.高效生活污水净化槽的研究J.贵州环保科技,1997,3（2）：1-6.8李红兵.利用中空纤维膜对单独净化槽的改造研究J.给水排水,1999,25（1）：24-29.9苏利茂,赵雪莲,黄英.无动力式生物净化槽装置的技术分析J.北京水务,2007（3）：58-60.10王昶,卜宇岚,贾青竹,等.A2/O滤床生活污水净化槽的特性研究J.天津科技大学学报,2008,23（2）：1-5.11高尚,黄民生,吴林林,等.生物净化槽对黑臭河水净化的中试研究J.中国环境科学,2008,28（5）：433-437.12张增胜,徐功娣,陈季华,等.生物净化槽/强化生态浮床工艺处理农村生活污水J.中国给水排水,2009,25（9）：8-11.13陈男,冯颖,冯传平,等.电絮凝法去除合并净化槽出水中的磷J.环境科学与技术,2008,31（9）：103-106.14高蓉菁,闵毅梅.厌氧滤床/接触氧化工艺净化槽处理太湖流域分散性生活污水的可行性研究J.环境工程学报，2007（1）：59-63.(责任编辑胡燕荣）40