江西省農村生活污水處理關鍵技術適應性比選

曹騰飛 孔瓊菊 盧江海

摘要：農村生活污水處理技術和工藝的選擇關系到污水處理設施建設和運行維護成本，為落實中共中央辦公廳國務院辦公廳關于印發《農村人居環境整治三年行動方案》的通知，提升農村生活污水治理水平，從國內外農村生活污水治理現狀入手，對江西省農村水環境排放特征和存在問題進行了梳理，對江西省農村生活污水處理關鍵技術進行了適應性比選，并給出了相應的建議。

關鍵詞：農村生活污水;治理;關鍵技術;比選;建議;江西省

中圖分類號：X52 ? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）01-0044-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.01.009 ? ? ? ? ? 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： The choice of rural domestic sewage treatment technology and process is related to the construction， operation and maintenance costs of sewage treatment facilities. In order to implement the notice of the General Office of the Central Committee of the Communist Party of China on printing and distributing Three-Year Plan for Rural Residential Environment Remediation，and improve the level of rural domestic sewage treatment， begining with the current situation of rural domestic sewage treatment at home and abroad， the discharge characteristics and existing problems of rural water environmental in Jiangxi province were sorted out， a comparison on the key technologies of rural domestic sewage treatment was made， and corresponding suggestions were put forward.

Key words： rural domestic sewage; treatment; key technologies; comparison; recommendation; Jiangxi province

中國農村居住生活著2億多農戶，全國農村每年產生生活污水約80多億噸[1]。農村生活污水引起的面源污染問題日益嚴重，生活污水中含有較高的人畜糞尿成分，氮、磷含量較高[2，3]。由于治理資金短缺和農村水環境保護意識不夠等多方面的因素，許多農村地區的生活污水仍然是未經處理直接排放。江西省是中國農業大省，農村區域面積較廣，人口較多，經濟發展水平較低;隨著農村經濟的快速發展及農村居民一直以來沿襲傳統的生活習慣，對保持鄱陽湖“一湖清水”造成了巨大的壓力。江西省農村水環境整治是解決鄱陽湖流域水質惡化及湖泊富營養化問題的重要措施之一，不僅能夠改善農村居民生活環境、提高生活質量，而且對改善農村生態環境具有重要意義。

1 ?農村生活污水治理現狀

1.1 ?國外農村生活污水治理現狀

國外在研究農村生活污水治理技術的起步較早，在20世紀70年代以后，發達國家點源和城市污染治理已基本完成。美國在19世紀就開始建設農村污水處理設施，目前美國約有1/4的人口和1/3的新建社區在使用分散型污水處理設施[4]。挪威以集成式小型污水凈化裝置使用為主，如移動床生物膜反應器、生物轉盤等;澳大利亞提出了Filter處理工藝，是一種集過濾、土地處理、地下排水于一體的污水回用系統[5]。在日本，新型的膜分離技術槽已經開始應用，用于生化需氧量（BOD）與氮的深度處理[6]。韓國研究了一種濕地污水處理系統用于農村污水處理，實質上是一種土地-植物系統，污水中的污染物質經過濕地、土壤和微生物的共同作用，最終轉變成無害物質[7]。

污水處理后是能夠循環利用的，這樣可以提高污水的利用率。在西方國家，對處理后的污水利用率是非常高的，這些處理后的污水主要用在城市綠化、農業灌溉、市政用水等方面，當然，在使用前必須要確保處理后的水達到預定標準。污水處理與利用是解決水源緊缺、提高生態環境保護水平的重要舉措。

1.2 ?國內農村生活污水治理現狀

中國是農業大國，隨著農村水環境污染問題日益嚴重，治理農村污水是首要的難題。國內于20世紀80年代末期才開始開展關于農村生活污水生態治理的研究，與西方國家存在較為明顯的差距。不過近幾年，由于“三河”“三湖”污染的加重，國內開始逐漸重視農村水源治理。浙江省是農村污水治理實施最早的省份，早在2003年就通過“千村示范、萬村整治”工程來治理農村污水問題，經過不斷努力，農村水源得到了極大改善。天津市在各區縣建設了一批農村污水處理設施試點以改善河道水質、保護農村生態環境，污水處理后的水用于農田灌溉[8]。上海市奉賢區南橋鎮2010年開展了黑臭河道整治工程和農村生活污水處理工程等項目[9]。與此同時，江西省為改善農村水環境現狀和農村居民生活環境，在新余、九江等地開展了農村水環境整治試點工作，先后建立了一批污水處理示范工程[10]。

2018年生態環境部和住建部聯合發文《關于加快制定地方農村生活污水處理排放標準的通知》，加上將發布的《農村污水處理技術標準》，意味著中國將初步構建起農村污水治理標準體系，標志著全國農村污水治理進入嶄新階段。

2 ?江西省農村水環境現狀存在的問題

2.1 ?江西省農村污水排放特征

江西省農村地區的經濟基礎較弱，目前的治理模式主要有集中式處理模式和分散式處理模式。農村生活污水排放一般呈粗放型，生活污水量比較小，沒有固定的污水排放口、排放比較分散且涉及范圍廣、隨機性強，變化幅度較大。因此，污水排放呈現出的特點就是流量小、分散且日變化系數大，呈不連續排放狀態，上午、中午、下午各有1個高峰時段，夜間排水量小。

2.2 ?江西省農村水環境存在的問題

農村排水系統的建設一直以來都缺少科學、合理的規劃，導致農村水系出現了不同程度的水質問題。江西省在農村水污染治理方面也采取了一系列措施，通過改廁、改水等方式提高了農村水質，使得農村水環境得到了一定改善。但由于投入資金有限、管理不當等原因，農村水環境仍存在一些問題。第一，生活污水收集系統不完善。江西省有一部分農村建立了污水收集系統但雨污并未分流，大部分農村未進行污水收集管網改造，污水隨意排放。第二，污水收集處理難度大。江西省是農業大省，農村人口多且分布廣，地域差異較大，地形復雜，布局分散，使得對污水的收集處理難度增大。第三，經處理的污水仍不能達標排放。江西省大部分村莊基本都建造了化糞池，但目前鄉村污水治理還面臨諸多困境，很多污水未處理達標就直接被排放。第四，畜禽糞便污染嚴重。農村養殖污水并未得到有效改善，也沒有建立對應的污水處理體系，畜禽糞便隨意堆放，很多直接流入河流當中，對水源造成嚴重污染。第五，農村水資源調蓄工程功能衰減，水體自凈能力降低。分布在江西省農村縱橫交錯的河網、池塘、溝渠基本無清污措施，村塘水體交換僅僅依靠雨水，過流及調蓄能力明顯不足，日積月累，水體自凈能力明顯降低。第六，農村生活垃圾威脅農村水環境。雖然江西省村莊里都建有生活垃圾收集設施，但是由于居民環保意識薄弱和長期養成的習慣，在村塘和溝渠中仍可看到丟棄的生活垃圾。生活垃圾伴隨著生活污水中殘渣在村塘和溝渠淤積下來，導致農村溝道和河道一點點喪失輸水、排水和景觀等功能。第七，缺乏長效運行維護管理機制。由于農村生活污水治理工作剛起步不久，農村沒有專業污水處理技術人員，難以做到長效的跟蹤監測。

3 ?農村生活污水處理關鍵技術適應性比選

3.1 ?農村生活污水處理關鍵技術

目前，江西省農村生活污水有分布面廣且分散、排水量少且波動較大、氮磷濃度高且含有大量的營養鹽和細菌等特點。生活污水處理工藝主要有人工濕地、土壤地下滲濾、穩定塘、氧化溝、復合塔式生物濾池、膜生物反應器、A/A/O工藝、A/O生物處理工藝等。

3.1.1 ?人工濕地技術 ?在20世紀70年代，人工濕地技術開始實施。這種技術主要由濕地系統以及設計體系構成，通過植物、填料、微生物等方式實現污水的凈化。其系統主要包括人工濕地以及預處理系統兩個部分。人工濕地的優點為成本低、管理便捷、美化環境等，但也存在污染負荷較低、占地面積較大、處理效果易受季節影響等不足。

3.1.2 ?土壤地下滲濾處理技術 ?這種技術主要是將污水引入到滲透能力較強的土壤中，然后污水在滲透的過程中通過土壤體系當中的微生物、化學、物理、植被等作用來實現凈化。其優點為投資費用少、無能耗、運行費用低、維護管理簡便等，不足是污染負荷較低、占地面積較大、設計不當容易堵塞、易污染地下水等。

3.1.3 ?氧化溝處理技術 ?氧化溝是活性污泥法的一種變型，通過延長水和生物固體的停留時間，降低有機污染負荷。該技術的優點為結構與設備簡單，投資較低;采用低負荷運行，剩余污泥少，處理效果較好。但其不足則是運行管理復雜、占地面積大、耗電高于曝氣池等。

3.1.4 ?穩定塘技術 ?穩定塘技術主要是通過人工修理的方式對土地進行改善，在池塘當中設置相應的防滲層及圍堤，通過植被的作用來對污染進行凈化。這種凈化模式與自然水源的凈化方式類似，都是采用水生植物方式來實現污染物的分解，以此達到凈化目的。穩定塘的優點為結構簡單、投資較低、運行費用較低、無能耗或低能耗、維護管理簡便等;不足則是負荷低、占地面積大、處理效果隨季節波動大，且如果設計或運行管理不當，可能會造成二次污染。

3.1.5 ?復合塔式生物濾池 ?復合塔式生態濾池由3級濾池組成，第一級濾池為高位配水厭氧濾池，主要在濾料的作用下對污水當中的SS、COD等污染物進行吸附，以達到凈化作用，這種凈化方式能夠減少微生物的消耗，降低水中淤泥的產生;第二、第三級濾池內部含有濾料層，其厚度約30 cm，內部主要生物為蚯蚓，通過蚯蚓來對污水雜物進行分解。同時，蚯蚓還能夠實現有機物的有效分解，增強微生物活性。

復合塔式生態濾池的優點為造價低、運行費用低、抗沖擊負荷能力強、出水水質穩定、技術成熟、操作管理簡便等;缺點是在寒冷地區不宜使用。

3.1.6 ?膜生物反應器 ?膜生物反應器簡稱MBR，這是一種復合型處理技術，是生物反應器技術與高效膜分離技術進行結合之后所形成的。這種反應器主要包括生物反應器以及膜分離，其中前者內部含有好氧生物，能夠實現對有機物的分解，而且還具備硝化菌，能夠分解污水當中的氮氨，后者主要在固液分離方面具有高效作用。膜生物反應器的優點為管理便捷、排水水質穩定、節省空間、抗負荷能力強等;缺點是價格昂貴、設備要求較高，需要具備曝氣、出水泵等，成本較高。

3.1.7 ?A/A/O工藝 ?A/A/O工藝在脫氮、脫磷方面具有較好作用。該工藝內部主要由好氧、缺氧、厭氧段3部分構成，主要有傳統A/A/O工藝及倒置式A/A/O工藝等。A/A/O工藝的優點為工藝穩定可靠、脫氮除磷效果好、出水水質較好、便于集中管理等;缺點是耐沖擊負荷能力相對較弱。

3.1.8 ?A/O生物處理工藝 ?A/O生物處理工藝主要依賴于附著在填料上的多種微生物來完成工藝過程。該工藝的優點是投資省、運行費用低、電耗低、占地面積少、耐沖擊負荷高、運行穩定;缺點是缺乏污泥回流體系，難以培養功能性污泥，無法有效實現難分解物的降解。

3.2 ?關鍵技術適應性比選

3.2.1 ?工藝比選 ?從排放標準等級、污染物處理效果、工程建設、出水水質穩定性、耐沖擊負荷能力、運行維護成本、適用條件等方面對8種生活污水處理工藝進行了綜合比選，具體見表1。由比選結果綜合分析可知，氧化溝處理技術更適合經濟條件較好、人口較多且不具備建設人工濕地和穩定塘的地形條件的鄉鎮;人工濕地更適用于土地利用不緊張、強調生態化的農村區域;復合塔式生物濾池更適用于居民分布相對集中、土地資源短缺、資金緊張的鄉鎮;A/O工藝更適用于水體中氨氮含量較高的農村區域;A/A/O工藝更適用于水體中氮、磷含量較高的農村區域;MBR更適用于土地資源短缺、經濟條件較好、對自動化程度要求較高或對出廠水水質要求高的鄉鎮;土地滲濾處理更適用于資金短缺、土地面積相對豐富且具有良好滲濾性能土壤（如沙土、礫石性沙土等）的農村區域;穩定塘技術更適用于具有自然低洼坑塘或有較大面積閑置水溝或池塘的農村區域。

3.2.2 ?經濟比選 ?經濟比選主要從集中式污水處理廠投資（參考）、集中式污水處理廠運行費用（參考）、分散式污水處理廠投資（參考）、分散式污水處理廠運行費用（參考）4個方面進行綜合比選，結果見表2至表5，應根據實際情況因地制宜地選擇資金符合投資要求的處理工藝。

4 ?結論與建議

4.1 ?結論

工藝比選分析主要側重于污染物處理效果、出水穩定性、耐沖擊負荷能力及適用條件等方面;經濟比選分析主要側重于污水處理廠（不包括管網）基建投資、運行管理費用及出廠水標準等方面。由比選結果綜合分析得出以下結論：農村集中污水處理一般推薦氧化溝、人工濕地及MBR處理技術;分散處理一般推薦土壤地下滲透、人工濕地、復合塔式生物濾池及穩定塘技術;對需要去除氨氮的推薦A/O生物處理工藝;需要去除氮、磷的推薦A/A/O生物處理工藝。

4.2 ?建議

根據江西省農村水環境現狀，在全面分析與總結國內外農村生活污水處理技術與工藝的基礎上，通過建立比選分析，并綜合考慮投資和運行費用、處理效果等因素，提出以下建議。

1）如果鄉村人口相對集中，規模較大，整體經濟水平相對較高，那么比較適合采用敷設污水管的方式對污水進行集中收集處理;如果鄉村人口相對稀少，分布比較分散，那么就可以通過污水就近搜集的方式對其進行處理。

2）充分利用村莊地形地勢、水塘及閑置地，結合當地農業生產，選擇與當地經濟發展相吻合的污水處理方式，要在力所能及的基礎上實現污水的有效處理，要盡量達到經濟、高效、便捷。

3）常見的人工濕地有3種類型，不同類型的人工濕地在構造、占地、成本、處理效果、季節影響程度、衛生狀況等方面不盡相同，在選擇人工濕地時綜合考慮濕地各自的優缺點、村莊的實際情況以及排水要求等因素，盡量選擇對除磷效果較明顯的濕地類型、濕地植物和濕地基質。

4）集中處理污水工藝可單獨選擇氧化溝、人工濕地、A/A/O工藝、A/O工藝和MBR技術，也可選擇組合模式，如A/O工藝+人工濕地、氧化溝+A/O工藝+人工濕地等。

5）分散式處理污水工藝可單獨選擇小型人工濕地、復合塔式生物濾池、人工濕地、土地滲濾處理和穩定塘，也可選擇組合模式，如穩定塘+小型人工濕地、土地滲濾處理+小型人工濕地等。

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