摘要：阐述人工快渗一体化设备在农村污水处理过程中的运用，并对人工快渗一体化设备的系统组成、处理原理、系统设计和防止堵塞等方面的研究进行论述。整体来看，人工快渗一体化设备运行成本低、负荷能力强、运营管理便捷，能够有效解决农村地区污水处理的现状，是适合在农村地区推广应用的工艺设备。
关键词：人工快渗一体化；农村；污水处理
随着农村生活水平的不断提高，水式马桶、淋浴以及洗衣机等卫生设施日益普及，农村地区的用水量和污水排放量也日益增多，污水成分日益复杂。截止到2018年年底，我国乡村常住人口56401万人，按照人均每天排污30L，我国农村地区年生活排污量高达1693.203亿L。然而，农村地区污水处理工作刚刚起步，且建设资金、处污技术以及运营管理等存在诸多缺陷。根据我国国家住建部《2017年城乡建设统计公报》相关数据，截止到2017年底，全国共有533017个村庄，污水处理1441659万元，平均每个村庄2.7万元，处理资金严重不足。除此之外，全国有近3亿多农村人口饮用水不达标，近8000多万人的饮用水不安全。大量未经处理的生活污水直接排放到江河湖海中，对农村生态环境和居民生命健康造成严重影响，并成为污染我国水域的重要因素。随着新农村建设的逐步加快和国家相关政策的倾斜，部分农村地区已经开始建设污水处理工程，但受到资金、人才及技术等方面影响，农村地区的污水处理工程发展非常缓慢。人工快渗技术开始运用于2001年，经实践证明在处理农村生活污水方面具有成本低、运行高效等技术优势，是适合农村处理生活污水的新技术。
1农村污水的排放特征
农村污水主要是指农村民众在日常生活和生产过程中产生的废水。农村生活污水大致包括洗漱用水、厨房用水以及冲厕用水等。农村生产污水则主要包括畜牧业养殖废水以及农产品加工废水等。与大中城市及乡镇中心相比，农村污水排放特征主要表现在以下几个方面：
1.1污水排放总量小，排污时间不定。与城市相比，农村地区居住密度低，污水排放总量小。但受到用水量和用水习惯的影响，农村地区的排污时间较为分散。
1.2污水排放变化非常显著。受生活规律影响，农村污水排放大致在三餐前后会出现高峰时段，夜间污水排放量几乎为0，污水水质同样会受到诸多方面影响。
1.3污水收集存在难题。农村地区缺乏统一规划，加之地势、地基等方面存在差异性，污水收集存在难题。
1.4污水中杂质比较少。与工业污水不同，农村地区污水中极少含有杂质，几乎没有重金属和有毒有害物质，可净化成本低，生化性好。人工快渗一体化设备（CRI）的成本低、运行高效，可通过信息技术实现自动化运营。当前，我国部分农村地区已经开始建设A/O、MBR等主题工艺的一体化设备，且取得良好成效。
2人工快渗技术处理污水的基本原理
人工快渗技术主要是指以渗透性较好的河沙为基本过滤料，采用干湿交替方式，通过物理、化学和生物等诸多方式，去除水中污染物，净化水质的污水处理技术。
2.1系统组成。人工快渗技术大致包括预处理和人工快渗池共2个部分。预处理部分主要是降低污水中存在的大块漂浮物与颗粒物，以防止堵塞。一般而言，预处理部分主要采用沉淀池、格栅网、砂滤池等。人工快渗池则是整体人工快渗技术的核心部分，如何选择渗滤介质是提高人工快渗效率的重要内容。国内外相关研究表明，针对农村地区的污水处理，天然河砂附之以海绵铁、砂石等组成的渗滤介质是最高效填料选择，更是经济合理的选择。
2.2去污原理。人工快渗去除污染物主要通过以下几个方面完成：（1）去除有机污染物。人工快渗去除污染物主要是通过物理吸附、化学转化以及生物分解来完成。当污水经过快渗池时，水中绝大部分大颗粒有机物经预处理、生物絮体截留和沉淀，大分子物质逐渐转化为可溶解、可被利用的有机物，进而被降解。而在落干期，截留在系统中的有机物则会被微生物吸收，以恢复CRI系统的除污能力。（2）氨氮化物去除。氨氮化物的去除则主要依靠化学转化，通过反硝化物作用等来完成。相关研究表明，在CRI系统中，有机氮化物与微生物相互结合进而转化为NH4-N。氨氮的硝化作用则分为两步。首先由亚硝酸菌进行，获取能量，其次则进行氧化作用。氨化作用和硝化作用改变氮的基本形态。而微生物的反硝化作用则能够将氮元素气态化，以从CRI系统中永久去除。在落干期，快渗池内部则主要是氨氮与有机氮以及吸附装填氨氮的硝化的转化。（3）TP去除。相关研究表明，人工快渗去磷主要是通过离子交换、吸附及共沉淀。污水中的有机磷溶解性较差，无法直接被微生物吸收运用，必须将其转化为磷酸盐，才能够为填料吸附利用或者微生物吸收。一般而言，人工快渗系统的生物去磷效果较差，想要提高人工快渗系统的去磷效果，就必须强化CRI系统的物理化学反应。（4）系统复氧。人工渗透主要依赖于大气复氧，复氧的效果直接决定脱氮效果。为提升复氧效率，当前主要采用干湿交替、设置通气管和利用植物根系共3种方式。
2.3系统堵塞问题。必须承认，农村地区污水中有大量的悬浮物。在CRI系统处理过程中，悬浮物被截留、吸附往往会导致表层发生严重堵塞。从实践运用来看，填料层50mm及以上区域是发生堵塞概率最大区域。当前，针对CRI系统的堵塞问题，主要采取以下几种措施：如强化系统的预处理，降低系统处理的有机负荷；根据水质的情况，选择适合的过滤介质；改变系统的运行模式等。当然，部分地区也会在系统运行一定时间后对过滤层50mm及以上区域进行疏松，利用物理形式降低系统堵塞概率。
3人工快渗一体化设备在农村的运用
当前，CRI处理技术也在不断改进。近些年来，国内外诸多学者不断探索CRI系统对各种污染物的去除原理，扩宽了该系统的运用范围。3.1CRI系统在农村雨水的处理。农村地区雨污合流，污染面广。CRI系统利用雨水调节池，有效控制进水量，实现对雨水的有效收集和处理，防止污染源的进一步扩散。3.2CRI系统针对氮磷处理率低的改进。CRI系统对氮磷处理率较低。为有效提升系统处理氮磷效率，国内学者在人工快渗系统中增加生物塘工艺，有效提升了系统出水的质量，氨氮去除率更是高达90%。
3.3CRI系统针对北方地区防冻问题的改进。CRI系统常年在户外，受气温影响较大。夏季气温高，微生物活性大，系统处理效率高效。而北方地区冬季气温低，微生物活性非常低，系统处理效率随之降低。北方地区运用CRI系统必须考虑到当地的气温因素，进行防冻设置，以减少对系统稳定性的冲击。从国内现状来看，北方地区CRI系统的改进主要采取大棚形式予以解决，即大棚构建保温房，保温房内安装暖气，以保证温度。除此之外，对地下快渗池的设置，则在冻土层上利用非冻胀性砂石来填埋。
3.4CRI系统针对出水效果与工程景观方面的处理。CRI系统的去除氮氧化物与磷氧化物的效率非常低效。鉴于农村地区的实际情况，笔者认为可以在CRI系统后增加生物塘系统，以有效处理氮磷化物。一方面，增加生物塘系统能够有效提高CRI系统的出水指标，以便于进一步的生产生活用水。另一方面，建造科学合理的生物塘系统，能够有效改善CRI系统的整体外部景观。与此同时，运用生物塘还可以养殖等方面发挥功效，为农民增收产生良好的经济效益。在生物塘系统中，氮磷化物以及诸多营养物质的去除，最重要的途径之一就是依靠植物体的吸收同化。运用生物塘系统，一方面速生水生植物能够直接从水中吸收氮氧化物和硝酸盐氮，并伴随植物组织合成从而被转移到水体之外。另一方面，生物塘系统中包括大量的反硝化菌，物种可以进行反硝化反应，去除一部分氨氮化物。况且，生物塘系统的诸多细菌强大的降解作用也可以将部分有机磷酸盐以及不溶解磷降解为可溶解的磷酸盐，从而便于植物体的吸收。
4结语
人工快渗一体化设备已经在我国众多农村地区得到运用，如四川双流县大林镇、四川绵阳市北川县曲山镇、重庆九龙坡区彩云湖等。自投产之后，各个地区的CRI系统运行稳定，出水效果能够达到国家污染物排放标准，且有效改善诸多村寨的居住环境和流域水质，有效实现了污水和污泥的资源化。我国农村地区位置分散，经济实力差。因此，去污效果好、操作简便，成本低廉的污水处理技术是农村地区的首要选择。人工快渗一体化设备的出现能够很好的满足农村地区的污水处理现状。并且，随着现代科学技术的不断进步和工艺参数的逐步完善，人工快渗一体化设备必然会在农村地区污水处理过程中发挥更加重要的作用，实现经济效益、社会效益和生态效益的和谐发展。
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