农村灰水处理技术研究进展

邢佳宇

(沈阳建筑大学市政与环境工程学院，辽宁 沈阳 110168)

农村污水主要分为2类，分别是黑水和灰水。灰水[1]是指住宅、公共建筑等场所排出的未被粪便污染的生活污水。对于农村来说，主要是指除厕所污水以外的农村生活污水，其主要由日常生活的洗涤废水、洗漱废水、洗浴废水以及厨房用水构成。与黑水相比，灰水的污染程度较低，污染物含量低，故所需处理方式的要求相对不高。灰水的回用潜力较其它废水要高，故开展简易高效的处理技术研究，可有效地缓解农村地区的缺水问题。

1 农村污水现状及特点

近年来，随着我国经济水平不断提高和工业产业的高速蓬勃发展，造成了生态环境不断恶化，特别是水环境的破坏十分严重。因此，越来越多的人开始意识到保护水资源的重要性。然而，我国人口基数大，农村人口比重占据庞大，生活水平的逐渐提高导致农村生活污水的总排放量以及各种污染物浓度呈几何式速度增长。由于近年来农村地区大力发展农牧业、旅游业、化工企业等，所产生的污染物随意排放河流，加上大部分农村地区管网系统的不健全，居民将未经处理的污水直接倒入房前水沟、河流以及直接泼洒地面等，造成水体富营养化、水体自净能力急剧下降，对农村居民的饮用水安全和生态环境构成潜在的威胁。

目前，我国针对灰水的处理处于起步和发展阶段。一般来说，灰水的回用途径主要有厕所冲洗用水，灌溉用水，洗车用水，绿化用水，景观用水。对此，我国也制定了相关回用标准，经过处理的回用水需要满足《城市污水再生利用 农田灌溉用水水质》《城市污水再生利用 城市杂用水标准》等标准。

2 灰水中LAS的去除研究进展

我国农村灰水中，洗涤、洗漱废水比重占绝大部分。我国是洗涤剂消费大国，在当前市场，我国主要消费的洗涤剂中所造成水环境污染的主要成分是由十二烷基苯磺酸钠构成阴离子表面活性剂[3]。目前国内外针对LAS的去除主要有物化处理法、生物处理、生态处理及联合处理4类。

2.1 物化处理法

物化处理方法是利用理化性质去除废水中LAS，物化处理应用较为广泛，方法有以下几种，如泡沫分离法、吸附法、膜分离法、混凝沉淀法、微电解法以及催化氧化法。

笔者认为，未来可将物化处理法作为预处理阶段应用到整体的农村灰水处理设施中。

2.1.1 泡沫分离法

泡沫分离是将LAS废水中的大气泡上浮至表面，对泡沫进行分离缩聚，最后去除泡沫来提升水质。泡沫分离法作为去除废水表面活性剂方法中一种很有前景的方法，该方法具有简单、低成本的特点，但存在表面活性物质难以回收等问题。

李磊等[4]考察了不同级别的泡沫对日常废水中的LAS去除效果，研究发现，三级泡沫分离法对LAS去除效果最佳，同时发现当进水阴离子表面活性剂浓度较高时会对后续处理产生影响。结果表明，当进水表面活性剂浓度为30mg·L-1，停留时间为20min时，LAS去除率为98%，出水满足回用标准。

2.1.2 吸附法

吸附法在目前研究中对去除阴离子表面活性剂应用较多，一些吸附剂如活性炭、煤、多壁碳纳米管、壳聚糖、沸石等被用于去除废水中的表面活性剂。膜过滤对有机污染物的截留能力强，但需要经常清洗以恢复渗透通量，消耗更多的能量。为了减轻这些问题，需要将膜过滤与额外的预处理工艺相结合。

2.1.3 混凝沉淀法

混凝沉淀法是领域内较为常用的污水处理技术。在混凝过程中，会发生几个物理化学步骤：快速混合，缓漫混合(絮凝)，沉淀，吸附和过滤[5]。传统混凝剂(硫酸铝和氯化铁)的应用效果不理想，在实际过程中可将二者共同作为投药包使用，或者在处理过程中投加助凝剂以便混凝沉淀完全。

练文标等[5]采用混凝的方法降解废水中LAS，考虑经济和市面等因素，试验选择PAC、PFS作为混凝剂，助凝剂选择聚丙烯酰胺，在水样pH调节方面，选择CaO、NaOH两者中最佳样品。试验表明，试验中选择CaO作为调节剂时的处理效果要比NaOH好，水样控制在中性或者弱碱性，投药包选择PAC、PFS共同投加，废水的COD、LAS以及色度的去除率可达70%、82%和85%。

2.1.4 微电解法

微电解作为一种动态的电解反应，其是利用活性炭吸附污染杂质，由于水具有导电性，在外加电场的作用下，达到污染物的分解电压进行去除。

刘振宇等[6]利用微电解反应器降解LAS废水，试验选择铁作为阴极，内径为4cm的石墨作为装置的阳极，在吸附饱和后进行试验。结果表明，在电压为20V的情况下，LAS的去除率可达到65%左右。

2.1.5 催化氧化法

催化氧化法利用催化剂的本身性质进行水处理。高建峰等[7]以NiO/活性炭作为催化剂进行污水中LAS的去除，在试验过程中加入H2O2催化氧化废水，试验讨论了在不同H2O2投加量、不同催化剂种类和比例、不同温度以及不同pH的条件下NiO/活性炭对降解LAS的效果。结果表明，试验的最佳温度为50℃，H2O2最佳投加量为5mmol·L-1，水样呈弱酸性时降解效果最佳，可达80%。

2.2 生物处理法

在生物处理领域，灰水中LAS的去除探索主要集中在需氧研究上，因其对厌氧微生物有一定的抑制作用。从不同环境中分离出的功能性微生物是去除LAS的新兴方法，目前常见LAS生物降解丰富的属，包括梭状芽孢杆菌、小杆菌、脱硫弧菌、假单胞菌和克雷伯氏菌等。

陈嘉祺[8]将生物接触氧化工艺和曝气生物滤池工艺组合进行洗涤废水中LAS的处理，试验选择MBBR填料作为试验最终挂膜填料。经过微生物挂膜后，该组合工艺对污染物的去除效果较好，满足一级出水要求，LAS也得到深层次降解，其中COD的去除率为90%，LAS的去除率可达96%。在最佳停留时间方面，接触氧化占据20h，生物滤池占1h。

2.3 生态处理法

传统生态处理法包括水平流人工湿地，垂直流人工湿地，生态滤池及土地渗透系统等。研究发现，人工湿地是一种管理操作简易、可最大化利用自然生态系统的处理工艺，故其可替代传统污水的处理工艺，其具有运行成本低、维护方便等优点，尤其适合于小村庄。

2.4 联合处理

每种处理方法都有各自的优缺点，见表1。单级处理无法符合大多废水回用标准中允许限量的优质处理废水，联合处理是解决此类问题的有效手段。

表1 不同LAS废水处理方法的优缺点对比

陈欢欢[9]以吸附-生物处理系统对农村灰水中LAS进行净化处理，试验装置经过一个月的时间完成挂膜工作，选择牡蛎壳作为试验填料，对LAS的去除率为99.85%，但随着时间的增长，由于LAS本身具有毒性，填料上微生物属的活性和丰富度会随之下降。

3 农村灰水处理的研究进展

3.1 物化处理工艺

灰水的物化处理工艺是应用理化性质对灰水中COD、氨氮等污染物的降解以及对悬浮物质的去除，方法应用广泛，如物理过滤、电化学法处理等。

3.1.1 物理过滤

物理过滤是指在水流推动力的作用下通过填料(如砂土、卵石等)的拦截作用去除灰水中的SS。滤料的选择需要根据出水水质标准以及当地条件进行筛选，同时滤料的定期反冲洗也极为重要，反冲洗可将过滤系统内剩存的残渣进一步去除以防止过滤系统堵塞。但往往采用单独的物理过滤方法处理时，难以得到优质的处理效果，不能达到回用标准，因此目前多采用多种过滤联用的方式，或是将物理过滤作为整体灰水处理系统的预处理阶段等方式处理生活灰水。

顾丽等[10]针对小区日常生活洗衣废水中LAS的去除，制作了一套人工快滤系统，介质为天然土壤，在室温条件下经过2个多月的运行，其对污水中的COD、TP、阴离子表面活性剂等污染物的平均去除率分别可达到79.8%、60.2%和99%。结果表明，该系统对日常生活洗衣污水中的LAS、COD及氨氮等污染物具有良好的去除效果。

3.1.2 电化学处理

灰水的电化学处理方法应用广泛，主要利用水体的导电性，电极材料的理化性质进行污染物质的吸附去除等。应用电化学处理灰水的优势：可降解灰水中的污染物、污染程度小；可消毒灰水，使出水水质达标。

3.2 生物处理工艺

3.2.1 膜生物反应器工艺(Membrane bioreactor，MBR)

膜生物反应器是一项近年来应用较多的污水处理技术，该技术将膜系统和生物处理系统相联合，膜的应用提高了系统渗透过滤的效率，生物系统加上膜可以增强微生物活性从而可提高活性污泥浓度。由于反应器系统中膜的良好截留能力可实现对污水的净化，且反应器内的微生物降解作用也可使污水达到深度净化。

张燕燕等[11]将膜生物反应器和曝气生物滤池联合启用用于灰水的净化，使其出水可满足冲厕回用。研究表明，这2种反应器经过不同季节净化后均可得到优质的出水，在12月—第2年2月和7—9月出水的COD、氨氮分别可以达到20mg·L-1、0.3NTU和35mg·L-1、4NTU，过滤周期可达60h，出水水质可满足冲厕回用标准。

伏小勇等[12]利用生物接触氧化法处理家庭洗浴污水，将软性泡沫作为填料研究了不同水力停留时间、COD容积负荷时对各污染物去除效果的影响。结果表明，在停留时间1.2h，出水COD≤55mg·L-1时，对各污染物去除效果最佳，符合杂用水回用标准。

3.2.2 曝气生物滤池(Biological aerated filter，BAF)

曝气生物滤池是一种新型污水处理工艺，与其他膜生物反应器相比，BAF的优势在于系统占地面积小建设成本较低、有机负荷高、膜上生物量更丰富，以及不会产生污泥膨胀现象。但是其对进水的悬浮固体浓度要求较高，故常常需要对进水进行预处理。

陈建军等[13]构建一种生态滤池处理系统处理农户灰水，并计划在不同的水力负荷和温度的条件下进行试验，试验表明，当该滤池系统的水力负荷条件达到0.18m·d-1时，灰水中各污染物可以最大化降解，其中COD、总氮、NH3-N、TP的去除率分别为74.6%、57.5%、72.3%、50.2%，出水满足灌溉回用标准。

3.3 生态处理工艺

常见的生态处理工艺有稳定塘系统、湿地处理系统以及生态墙处理工艺等。

植物塘系统是通过人工种植的植物在塘中吸收水中污染物，系统中的微生物以塘内污染物为营养，将水中污染物吸收，植物系统为微生物提供良好的生长环境，从而净化灰水。植物稳定塘处理系统的优势在于系统操作简便，运行费用较低，因此是一种可大量被投产应用的系统。

生态墙技术是近年来一种应用绿色植被作为污水处理的新兴技术，是指在房屋面设置一墙面，选择一种可附着在墙面生长或不需要寄生在其他物种上生长的绿色植被种植在该墙面上。生态墙技术大大提高了观赏性，不仅可美化城市，而且还可净化日常灰水。

王凯军等[14]构建了一种人工湿地系统，其系统模型是以微型复合垂直流为湿地构建基础，以滴水观音为湿地植物。研究系统对农村灰水的净化效果，选择沸石、砂土、土壤、卵石作为湿地系统的填料，结果表明，该系统对灰水中的COD、TN的去除率分别可达70.1%和98.6%，出水水质满足回用标准，可用于家庭冲厕、农田灌溉等回用方式。

4 结语

水资源短缺是一项严重的全球性挑战。随着水资源可持续发展理念时效性推进，基于污水分质收集理念，农村地区灰水处理与回用，已逐渐成为乡村节水途径的新模式。目前我国灰水资源化工作仍处于起步阶段，对待农村灰水处理与回用等问题应提高认知。我国农村人口基数大，分布广且分散，所以技术上应因地制宜，优化灰水处理与回用的措施，在管理与制度上也应当提高保障。笔者认为保护水环境是刻不容缓的，灰水回用对水资源短缺的地区来说是一剂“良药”，应当统筹推进农村灰水的资源化利用，建设绿水青山。