我國水污染現(xiàn)狀不容樂觀，水環(huán)境質量與和諧社會建設不相稱，也制約了經(jīng)濟的發(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，以太湖流域為例，農(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，對水環(huán)境質量的改善顯得十分必要和緊迫。
與城鎮(zhèn)污水處理技術相比，我國農(nóng)村生活污水排放分散，處理率低（行政村覆蓋率12%，實際處理率約6%），嚴重缺乏技術儲備。同時，由于農(nóng)村生活污水排放分散，缺乏專業(yè)技術與專職管理人員，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，同時還需要具備穩(wěn)定、高效氮磷資源化利用的特點。
國際上對農(nóng)村生活污水的處理主要有生物處理和生態(tài)處理技術。生物技術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用技術。用于我國農(nóng)村時存在建設及運行成本高、難以滿足管理人員專業(yè)素質的要求，且一般不具備除磷功能等弊端，在經(jīng)濟實力和管理水平有限的我國廣大農(nóng)村地區(qū)難以大規(guī)模推廣應用。
單一的生態(tài)處理技術主要在澳大利亞、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)濟發(fā)達的農(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，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)略選擇應該是：源于三農(nóng)，融入三農(nóng)，服務于三農(nóng)。農(nóng)村污水處理應該瞄準“因地制宜、高技術、低投資與運行成本、易維護、資源化利用氮磷”的目標，體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的污水治理原則。
國內(nèi)外相關研究成果與實踐提示我們，無論是生物技術(城市污水處理廠的主流工藝)還是新興的生態(tài)工程技術，單獨應用都不能解決農(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)工程有機結合，并進行針對性符合農(nóng)村特點和條件的工藝流程設計，才能既節(jié)省成本和運行費用，又能達到穩(wěn)定的除磷脫氮效果。東南大學在國家水專項和省部級專項經(jīng)費的支持下，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：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）。
通過對生物方法和生態(tài)工程的優(yōu)化組合，實現(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，具有節(jié)能、節(jié)地、資源回收以及低投資和運行費用、易維護等特點，各個單元功能明確而高效，實現(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。
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物，生態(tài)單元作為污染凈化型農(nóng)業(yè)實現(xiàn)氮磷去除和資源化利用。
與常規(guī)技術相比：由于生物處理單元只去除有機物，不專門設計除磷脫氮功能，從而大幅度簡化了生物單元，既降低了建設成本，又使得運行管理簡單；前置大深徑比厭氧反應器可實現(xiàn)有機物的高效去除，降低后續(xù)好氧段有機負荷和需氧量；在生態(tài)處理單元，篩選氮磷吸收能力強、生物量大的空心菜、萵苣、水芹等經(jīng)濟性作物替代傳統(tǒng)的蘆葦、香蒲等濕地植物，在實現(xiàn)污水中氮磷的資源化利用的同時，產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益，工藝推廣應用的前景廣闊。
多級串聯(lián)大深徑比高效厭氧反應器
國內(nèi)外研究實踐表明，常溫厭氧處理低濃度污水是可行的，問題在于水力停留時間過長，往往難以滿足實際要求。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物，以降低好氧段有機負荷和需氧量，為后續(xù)好氧段實現(xiàn)低耗能提供保障。
從反應器流態(tài)看，理論上推流厭氧反應器比完全混合反應器具有更高的處理效率和耐沖擊負荷能力。多級串聯(lián)大深徑比高效厭氧反應器可以解決這一難題：以水動力學和反應器構造原理為基礎，增加厭氧反應器的有效水深，形成“大深度，小內(nèi)徑”的特征構型，在其內(nèi)部形成整體升流或降流的推流流態(tài)，而多級串聯(lián)使水力停留時間更趨推流，保證厭氧反應的高效進行。
反應器內(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效率。在相同容積負荷的情況下，較大的深徑比也縮減了反應器的占地面積。該反應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，折板高效厭氧反應池適用于地下水位埋深淺，地質條件不好的地區(qū)，是采用特定填料的渠道式或折流板式推流反應器裝置。其處理水量有限，適合于單獨一戶或幾戶民居的生活污水就地處理，可利用現(xiàn)有的化糞池進行改造。
高適應性農(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化和有機物的進一步去除為主要功能，以保證后續(xù)濕地出水穩(wěn)定達標。常規(guī)小型污水生物脫氮工藝中，曝氣動力消耗一般占日常運行成本的80%，是傳統(tǒng)生物處理的主要耗能單元。采用水車驅動生物轉盤、階式跌水、往復式跌水、拔風等自然充氧形式，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能，分級跌落，將勢能轉化為動能，形成水幕、水滴自然充氧，無需曝氣裝置。本技術包含多種不同構型的充氧裝置，以應對不同的農(nóng)村生活污水水質變化的需求。可以有階梯式和垂直交錯跌水兩種類型。
