農(nóng)村生活污水處理技術(shù)探討

劉君，邱敬賢，鄧剛

（1.航天凱天環(huán)保科技股份有限公司，長(zhǎng)沙 410100；2.長(zhǎng)沙環(huán)保（服務(wù)）工業(yè)技術(shù)研究院，長(zhǎng)沙 410100）

環(huán)境保護(hù)部、財(cái)政部聯(lián)合發(fā)布的《全國(guó)農(nóng)村環(huán)境綜合整治“十三五”規(guī)劃》[1]提出，到2020年，新增完成環(huán)境綜合整治的建制村13萬(wàn)個(gè)，累計(jì)達(dá)到全國(guó)建制村總數(shù)的1/3以上。農(nóng)村環(huán)境問(wèn)題綜合整治主要涉及農(nóng)村生活污水環(huán)境治理、農(nóng)村飲用水水源保護(hù)、農(nóng)村生活垃圾處理、農(nóng)村非規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖污染綜合利用、農(nóng)業(yè)面源污染防治等方面，可視作鄉(xiāng)村人居環(huán)境治理的主要路線。故加強(qiáng)農(nóng)村生活污水處理技術(shù)研究已成為當(dāng)前的熱點(diǎn)。

1 農(nóng)村生活污水來(lái)源

農(nóng)村生活污水主要來(lái)源于餐廚、洗滌、沐浴和沖廁等幾個(gè)方面[2]。呈現(xiàn)來(lái)源廣、污染物濃度低、分散且處理率低等特征。近年來(lái)，隨著新農(nóng)村建設(shè)步伐的加大和改水廁工程的實(shí)施推廣，農(nóng)村居民用水量呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)，這也使得區(qū)域生活污水的排放量加大。在雨污不分流的情況下，生活污水未經(jīng)相應(yīng)處理肆意排放，或直接潑灑在院落和道路兩側(cè)，與生活垃圾混在一起，經(jīng)日曬雨淋后，會(huì)滋生大量蚊蟲(chóng)，極易導(dǎo)致流行性疾病的發(fā)生，危害村民身體健康或流入池塘或河道造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，甚至黑臭水體，嚴(yán)重影響農(nóng)村生態(tài)環(huán)境。

2 現(xiàn)狀及市場(chǎng)需求

我國(guó)是世界上擁有小城鎮(zhèn)和農(nóng)村人口最多的國(guó)家，全國(guó)約5萬(wàn)個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、60萬(wàn)個(gè)行政村、270萬(wàn)個(gè)自然村，約1.6億戶，農(nóng)村人口約7億[3]。據(jù)2010年《中國(guó)城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》的數(shù)據(jù)表明[4]，我國(guó)城市污水處理率已達(dá)87%，建制鎮(zhèn)污水處理率達(dá)28%，農(nóng)村地區(qū)水污染排放總量占全國(guó)污水排放總量的50%以上，而相應(yīng)的處理率卻不到10%。近年來(lái)，在相關(guān)政策和環(huán)境條件下，農(nóng)村污水處理問(wèn)題已提上日程，并在國(guó)家資金的支持下迅猛發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)[5]，2016年全國(guó)農(nóng)村生活污水處理率已達(dá)22%，但大部分農(nóng)村因資金、技術(shù)及地理位置的限制，簡(jiǎn)單套用城市傳統(tǒng)污水處理技術(shù)和工藝，其基建費(fèi)一般為1500～2000元/m3·d，處理總成本達(dá)到 0.7～3.0元/m3，農(nóng)村地區(qū)無(wú)法承受，使得建設(shè)農(nóng)村污水處理的難度極大。因此，加強(qiáng)農(nóng)村生活污水處理以及建設(shè)新農(nóng)村水利工程已成為國(guó)家發(fā)展的新任務(wù)。

農(nóng)村生活污水處理缺乏配套的處理技術(shù)和工藝、專業(yè)性人才、明確的商業(yè)模式等，涉及政府部門的管理。隨著新《環(huán)境保護(hù)法》《水污染治理行動(dòng)計(jì)劃》、“十三五”規(guī)劃等各種環(huán)保政策助推水環(huán)境市場(chǎng)不斷釋放新機(jī)遇，投融資體系改革和PPP模式也推動(dòng)了鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水治理市場(chǎng)新空間。隨著我國(guó)政府對(duì)農(nóng)村污水的重視程度不斷提高，以及農(nóng)村居民生活水平的不斷上升，對(duì)于污水處理的需求量也逐漸上升，尤其是在城鎮(zhèn)污水處理已經(jīng)日漸趨于飽和的情況下，投資者開(kāi)始轉(zhuǎn)向農(nóng)村污水處理市場(chǎng)已是大勢(shì)所趨。

目前，農(nóng)村污水處理市場(chǎng)空間巨大，未來(lái)投資建設(shè)如按每戶8000元計(jì)算，將有約1.3萬(wàn)億元投資建設(shè)的市場(chǎng)；按人均排放50L/d計(jì)算，每年需約100億元的運(yùn)行費(fèi)用；由此可見(jiàn)，農(nóng)村生活污水處理的經(jīng)濟(jì)效益不容小覷。對(duì)農(nóng)村生活污水進(jìn)行收集處理，使污水達(dá)標(biāo)后排放，最大程度降低日益加重的污水對(duì)地下水、地表水的污染，同時(shí)，解決以往農(nóng)村生活污水肆意排放造成的其他問(wèn)題。

3 存在的問(wèn)題

1）部分地區(qū)仍使用旱廁和農(nóng)家肥，環(huán)境惡劣；2）農(nóng)村地勢(shì)復(fù)雜，污水收集系統(tǒng)不完善，造成臭水溝；3）缺少專業(yè)運(yùn)營(yíng)人員，管理維護(hù)困難，運(yùn)行效果差，導(dǎo)致出水難以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

4 農(nóng)村生活污水處理技術(shù)

近年來(lái)，在生態(tài)文明建設(shè)和經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展過(guò)程中，水污染問(wèn)題已成為當(dāng)前最嚴(yán)重和棘手的環(huán)境整治問(wèn)題。農(nóng)村地區(qū)常用的污水處理工藝主要有生態(tài)處理技術(shù)、微動(dòng)力污水處理系統(tǒng)、地埋式生物凈化槽等。各農(nóng)村生活污水處理工藝特點(diǎn)詳見(jiàn)下表。

各種常見(jiàn)農(nóng)村生活污水工藝比較表

4.1 污水生態(tài)處理技術(shù)

污水生態(tài)處理技術(shù)因其成本低、操作簡(jiǎn)單、效果好等優(yōu)勢(shì)，已成為污水處理技術(shù)的發(fā)展方向。生態(tài)處理技術(shù)主要包括人工濕地、氧化塘和土地處理系統(tǒng)等三種方式[6]。幾種在原有生態(tài)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的主流生態(tài)處理技術(shù)如下。

（1）人工濕地

人工濕地是一種強(qiáng)化的自然生態(tài)處理系統(tǒng)，因其運(yùn)行費(fèi)用低、凈化效果好、美觀等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。近年來(lái)人工濕地多應(yīng)用于生活污水、工業(yè)廢水、黑臭水體的深度處理。其原理是在各種填料、植物和植物根系表面微生物的協(xié)同作用下攔截、吸附、降解污染物。因其具有較好的脫氮除磷效果，已廣泛應(yīng)用于生活污水的處理。

（2）凈化沼氣池

凈化沼氣池是在簡(jiǎn)單化糞池的基礎(chǔ)上發(fā)展改進(jìn)而來(lái)，也是最早用于處理分散生活污水的技術(shù)[7]。一般由預(yù)處理、厭氧處理和過(guò)濾處理三段工藝構(gòu)成。厭氧處理區(qū)和濾池內(nèi)均填充各類填料；生活污水先預(yù)處理后進(jìn)入?yún)捬醭匕l(fā)酵，最后排入生物濾池氧化、過(guò)濾，出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（以下簡(jiǎn)稱為“標(biāo)準(zhǔn)”）。為達(dá)到一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可與其他生態(tài)處理技術(shù)聯(lián)用，如土地滲濾、氧化塘、人工濕地等，進(jìn)一步處理后達(dá)標(biāo)排放。

（3）蚯蚓生態(tài)濾池

蚯蚓生態(tài)濾池是從國(guó)外發(fā)展起來(lái)用于處理生活垃圾及生活污水的生態(tài)處理技術(shù)[8]。在傳統(tǒng)土地處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上引進(jìn)了蚯蚓，其產(chǎn)生的糞便可為微生物提供生長(zhǎng)環(huán)境。故在蚯蚓和微生物協(xié)同生長(zhǎng)的過(guò)程中使有機(jī)物、氮磷等污染物得到降解和去除。復(fù)旦大學(xué)和南京大學(xué)等[9～11]最先投入到蚯蚓生態(tài)濾池處理生活污水的研究過(guò)程中，并開(kāi)發(fā)了單級(jí)、多級(jí)、塔式蚯蚓生態(tài)濾池等技術(shù)，已將該技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際工程。如江蘇宜興農(nóng)村生活污水示范工程采用塔式蚯蚓生態(tài)濾池，處理規(guī)模10m3/d，投資成本低，在不含管網(wǎng)建設(shè)費(fèi)時(shí)為1656.1元/m3，總運(yùn)行成本為0.671元/m3，出水穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)[12]。

（4）高效藻類塘

高效藻類塘是在傳統(tǒng)穩(wěn)定塘的基礎(chǔ)上改進(jìn)發(fā)展起來(lái)的，通過(guò)陽(yáng)光和菌藻形成協(xié)同效應(yīng)，提高對(duì)水體中污染物的去除效果。對(duì)比傳統(tǒng)穩(wěn)定塘，具有工藝簡(jiǎn)單、處理效果好、塘深較淺、適合分散處理的特點(diǎn)。但該技術(shù)目前在國(guó)內(nèi)還處于研究階段。同濟(jì)大學(xué)[13]利用高效藻類塘處理太湖地區(qū)農(nóng)村生活污水研究發(fā)現(xiàn)塘深較淺時(shí)，對(duì)后續(xù)處理幾乎沒(méi)有影響。利用二級(jí)串聯(lián)高效藻類塘工藝凈化分散式污水，水體中 COD、總氮、氨氮和總磷的去除率分別為 69.4%、41.7%、90.8%、45.6%[14]。

4.2 典型一體化處理裝置

一體化處理裝置是指將一級(jí)處理工藝、二級(jí)處理工藝和深度處理等組合改造成小型一體化的污水處理系統(tǒng)。根據(jù)具體情況，一體化處理裝置可建造為地埋式和地上式兩種，地埋式基本不占地。一體化處理系統(tǒng)的投資和運(yùn)行成本一般均高于生態(tài)處理系統(tǒng)，但出水水質(zhì)較好，可穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，甚至一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

（1）微動(dòng)力集中式污水處理設(shè)施

生活污水集中收集后直接排入污水處理設(shè)備，該設(shè)備內(nèi)部設(shè)有格柵，污水經(jīng)過(guò)格柵后進(jìn)入?yún)捬跎兀芙到馕鬯械挠袡C(jī)物。隨后進(jìn)入太陽(yáng)能好氧池，吸收污水中大量的磷進(jìn)行沉淀，從而達(dá)到去磷效果。污水中的部分氨氮在太陽(yáng)能好氧池內(nèi)被轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮。污水經(jīng)過(guò)回流泵進(jìn)入缺氧池，將硝酸鹽氮還原為N2釋放至空氣中，從而使氨氮得到去除。經(jīng)好氧反應(yīng)后，流入沉淀池進(jìn)行沉淀處理。經(jīng)沉淀池處理后的污水能穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，在后續(xù)加上一級(jí)人工濕地后的出水水質(zhì)能達(dá)到一級(jí)A標(biāo)[15]。

（2）高效生物膜反應(yīng)器

生物膜法是與活性污泥法并列的一類生物處理技術(shù)，在水處理一體化設(shè)備中裝有生物填料，在充氧的條件下，填料表面聚附著形成微生物膜，主要去除污水中的有機(jī)污染物和氮磷無(wú)機(jī)物。常規(guī)的膜生物法處理工藝有曝氣生物濾池、生物接觸氧化工藝等。

深圳合續(xù)環(huán)境科技有限公司聯(lián)合中國(guó)工程物理研究院、國(guó)家城市污水處理及資源化工程技術(shù)研究中心和西南科技大學(xué)等單位，共同研發(fā)的貝斯生物膜節(jié)能生活污水處理設(shè)備是一種一體化污水處理設(shè)備，主要采用A3/O-MBBR工藝，集預(yù)脫硝池、厭氧池、缺氧池、好氧池、沉淀池、紫外消毒器于一身，能有效去除有機(jī)污染物、N、P等，出水能穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。耐斯和中國(guó)罐兩種產(chǎn)品主要是針對(duì)目前農(nóng)村存在的管網(wǎng)投資大、施工困難等特點(diǎn)開(kāi)發(fā)的分散式一體化污水處理設(shè)備。工藝均采用多級(jí)A/O生化單元，再流入澄清槽進(jìn)行泥水分離后達(dá)標(biāo)排放或回用。耐斯主要是地上模式，中國(guó)罐是在耐斯的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)，是一款地埋式設(shè)備。該類設(shè)備具有工藝簡(jiǎn)單、占地面積小、處理效果好、運(yùn)行成本低、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，出水穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。

生物凈化槽為引進(jìn)日本久保田的技術(shù)，主要對(duì)廁所、浴室（洗澡間）、洗手臺(tái)、廚房等排放的生活污水進(jìn)行處理。包括厭氧、好氧、沉淀和消毒等單元，處理后的水質(zhì)可達(dá)到一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。富凱迪沃（天津）環(huán)保科技有限公司引進(jìn)日本凈化槽，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)開(kāi)發(fā)，研究出了中國(guó)凈化槽，實(shí)現(xiàn)單體凈化槽在完全曝氣的條件下，能夠日處理9t進(jìn)水BOD200mg/L的生活污水，出水BOD≤10mg/L，達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

（3）高效膜生物處理設(shè)備

在農(nóng)村建設(shè)的水環(huán)境治理設(shè)備中，北京碧水源的智能型污水處理設(shè)備（CWT）以其智能化水平高、出水水質(zhì)好、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等廣受青睞。其由四個(gè)基本模塊單元組合而成，根據(jù)污水凈化要求和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，其基本模塊單元可任意組合。采用膜生物反應(yīng)器（MBR）工藝處理農(nóng)村生活污水，在新農(nóng)村水環(huán)境治理中承建數(shù)千項(xiàng)小型污水處理設(shè)施，出水水質(zhì)符合北京市地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB11/307-2005）一級(jí)B限值。

5 結(jié)論

農(nóng)村生活污水因其分散、流動(dòng)等特性，會(huì)造成河道、坑塘的富營(yíng)養(yǎng)化和黑臭，影響村容；同時(shí)如果污水不經(jīng)收集和處理，滲入土壤會(huì)造成嚴(yán)重的土壤污染，關(guān)乎農(nóng)作物的種植和糧食安全，從而危害人體健康。因此，農(nóng)村生活污水處理是目前亟待解決的重要問(wèn)題，應(yīng)加大對(duì)農(nóng)村生活污水治理技術(shù)和設(shè)備的研發(fā)，頒布與之相適應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)，完善農(nóng)村污水排放的管理制度等。