编辑推荐：
农村生活污水一体化处理装置中不同填料的污染物去除效率及堵塞机理研究。装置由沉淀模块和玉米秸秆、红砖、砂填料模块组成，可有效去除COD（43.65±14.42%）、SS（32.56±19.85%）等污染物，但TN、TP及粪大肠菌群去除率有限。堵塞过程通过渗透系数下降（0.18-0.31cm/s/d）表征， upstream填料无机颗粒占比高，Acidovorax等细菌分泌胞外物质加剧堵塞，翻动填料可暂时恢复渗透性能。
梅英新|杨晓燕|李文凯|马尚斌|刘建国|郑天龙
中国科学院生态环境科学研究院区域环境与可持续发展国家重点实验室，北京，100085，中国
摘要
农村灰水的收集、处理和回收具有重要意义。然而，关于污染物去除及过滤介质堵塞的研究仍然不足。这一空白阻碍了相关技术的发展和灰水的有效管理。为了解决上述问题，本研究建立了一种装有不同填充物（玉米秸秆、红砖和沙子）的户用农村灰水收集和处理集成装置。研究了该装置的污染物去除能力和堵塞过程，并探讨了其机制。结果表明，该装置对化学需氧量（43.91 ± 15.71%）和悬浮固体（32.56 ± 19.85%）具有明显的去除效果。该装置的堵塞过程可通过渗透系数来表征，其下降速率为0.18-0.31 cm/s/d。堵塞物质主要为无机物，且主要集中在上游填充物中。观察到某些能够分泌胞外物质的细菌（如Acidovorax），这些细菌可能进一步促进了孔隙减少和堵塞的发展。翻转操作能有效恢复填充物的渗透系数，从而暂时缓解系统堵塞。总体而言，本研究为农村灰水的收集和处理提供了一种有效方法，并阐明了堵塞的发展过程和机制。
引言
农村灰水指的是除厕所污水外的农村生活排水，包括居民日常沐浴、洗涤和厨房产生的废水（Zhang等人，2024年）。灰水的排放量较大，约占总用水量的50%-80%，且污染程度较低，经过适当的收集和处理后具有较高的再利用价值（AI-Jayyousi，2001年；Panikkar等人，2010年；Sciences等人，2016年；Yu等人，2020年）。然而，由于污水处理设施及其收集系统的建设、运行和维护成本较高，一些低收入地区无法有效开展收集和处理工作，或无法承担这些设施的运行和维护费用（Delaire等人，2020年；Wu等人，2023年）。同时，传统的集中处理后再利用模式也给现场再利用带来了困难，不利于当地对灰水的资源化利用。为了解决这些问题，并以低成本的方式促进农村灰水的适度处理和现场再利用，有必要开发一种户用农村灰水收集和处理集成装置，以解决农村灰水污染问题并提高灰水处理的综合效益。
目前，农村生活灰水的处理主要依靠填充物作为微生物附着载体。通过物理过滤结合生物膜作用，污染物被吸附和降解以实现净化（Zhang等人，2024年；Dalahmeh等人，2012年；Parde等人，2021年）。然而，工程实践发现，污水处理填充物在长期运行过程中会不同程度地发生堵塞（Lindsey等人，1992年；Dechesne等人，2004年）。堵塞会降低污水的承载能力，并减少空气进入填充物的量，从而降低装置的处理效果（Knowles等人，2011年）。因此，分析灰水处理装置的堵塞机制并制定针对性的策略以延长其使用寿命、确保处理效果具有重要意义。
本研究建立了一种用于现场收集、处理和再利用灰水的实验装置。通过结合水力参数分析、堵塞物质表征、微生物群落分析等方法，揭示了这种户用农村灰水收集和处理集成装置的污染物控制及堵塞发展机制，为该装置的长期运行提供了理论基础。
装置结构与运行条件
实验系统（图1(a)）由五根内径为150毫米、总长度为2.0米的透明有机玻璃管组成，包含两个沉淀模块和三个填充模块。沉淀模块位于系统两端：前端沉淀模块有助于初步沉淀灰水中的较大颗粒物，从而减少系统堵塞的频率；后端沉淀池则用于
污染物去除效果
图2展示了该集成装置及各模块的污染物去除效果。翻转前后整个系统的COD去除率分别为43.65 ± 14.42%和44.59 ± 18.90%。其中，红砖模块的去除贡献率最高（18.50 ± 14.92%），其次是沙子填充模块和玉米秸秆模块。这可能是由于红砖和沙子填充物表面粗糙，能够拦截悬浮的COD（Li等人，2022年）。结论
本研究系统地考察了这种户用农村灰水收集和处理集成装置的去污性能和堵塞动态变化机制。在玉米秸秆、红砖和沙子填充物的共同作用下，该装置有效去除了COD、SS和LAS，但对TN、TP和粪大肠菌群的去除效果有限。该装置的堵塞过程可通过渗透系数的变化来描述
作者贡献声明
马尚斌：数据整理。刘建国：撰写 – 审稿与编辑、方法学设计、概念构思。杨晓燕：调查、数据整理。李文凯：撰写 – 审稿与编辑、项目管理、资金筹措、概念构思。郑天龙：撰写 – 审稿与编辑、监督、概念构思。梅英新：撰写 – 原稿撰写、可视化处理、调查。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了京津冀区域环境综合治理-国家重点科技项目（2025ZD1205400, 2025ZD1205403）、国家自然科学基金（项目编号：51808536）、陕西省科学技术协会青年人才基金（项目编号：20240544）、秦创原高层次创新创业人才项目（项目编号：QCYRCXM-2022-73）以及内蒙古相关项目的支持
