農村生活污水處理經濟適用技術探討

李列飛，潘旭東，汪 嘯

（1.浙江雙良商達環保有限公司，浙江 杭州 310000；2.杭州天創環境科技股份有限公司，浙江 杭州 310000）

從21世紀開始，人們就越來越重視水污染治理。在我國發展過程中，首先要解決的問題是城市污水處理，需提高污水的處理率，并制定更加嚴格的排放標準。在過去的十幾年，除國家統一制定的工業廢水、市政污水排放標準外，各地也相繼出臺了更為嚴格的排放標準。在城市污水治理中，標準制定、技術創新和推廣使城市污水治理水平有了較大提高。然而，與城市污水處理取得的顯著成績不同的是，從2000年到2015年，農村污水處理基本處于停滯狀態，很多地區基本沒有新的農村污水處理設施，與城市污水處理效果相比差異明顯。中國住房和城鄉建設部于2016年公布的數據顯示，中國農村生活污水處理率只有22%，相對于93.44%的城市污水處理水平，還有待進一步改善。

由于我國地域遼闊，不同地區的生產、生活習慣有很大差異，所以產生的污水量及水質特性也具有很大的不確定性，而農村地區的變化幅度要大于城市，這主要是因為雖然城市居住人口多，但居民生活用水主要集中在早、中、晚三個時段，這一段時間內排水系統和污水處理系統均可在相對穩定的條件下運行，而農村生活污水則除早中晚固定時段有污水排放外，其余時間的污水排放量也不會太小。本文介紹的農村生活污水，主要是指農民生活用水、清潔用水、廚余用水、洗碗水、洗浴廢水、沖廁污水等，這些廢水基本不含重金屬，生物毒性小，且有很強的生化能力，比較適宜采用生物法和生態法進行處理[1]。

1 農村環境污染的現狀

與城市相比，農村污染治理基礎設施的建設相對薄弱，受到的重視程度也不高，因些，農村環境污染治理已成為當前污染治理工作的重點之一。以下分析造成我國農村水污染的主要原因。

1.1 殺蟲劑及肥料的不合理使用

我國是世界上使用化肥最多的國家，但化肥的利用率較低。在某些地區，化肥的使用量甚至為農作物可吸收量的數倍。氮、磷、鉀等肥料的過量施用，使氮、磷、鉀等元素進入水體，造成水體的富營養化，使地下水受到硝酸鹽的污染[2]。

1.2 工業污染排放

大量高污染、高耗能的企業進入農村鄉鎮，但由于農村鄉鎮的環保意識較低，對環境的重視程度低，且管理監督不力，造成農村鄉鎮的水污染嚴重，對區域的發展和人們的身體健康產生不利的影響。

1.3 畜禽飼養與環境污染

在我國家畜養殖業高速發展的今天，由于家畜糞便、尿中生成的氮、磷含量急劇上升，農田所承載的氮、磷濃度隨著一定時期的增長而日益上升，這是形成農村水域富營養化現象的另一個重要因素，并且已經形成中國農村水面源污染的主要源頭之一。

1.4 農村生活污水及污染現狀

農村生活污水的主要類型有廚余污水、日常生活沖洗污水和沖洗廁所污水。農村生活污水系統具有以下特點∶污染范圍分散、水體類型復雜及水量波動大。盡管當前我國城鎮污水處理率已達到相當高的水平，但是農村生活污水處理的比例依然很低。隨著國家經濟實力的提升和廣大農村居民生活水平的不斷提高，農村居民人均生活污水排放呈逐年上升趨勢，現已成為影響湖泊等水體富營養化面源污染的重要因素[3]。目前，我國城鎮每年污水排放約200億立方米，且每年都在增長，但仍有許多農村缺少污水收集網絡和污水處理設施。經調查統計發現，2020年，浙江省城鎮人均綜合用水量為408 L/d左右，全省城鎮每年污水產生總量達到45億立方米。

平原區的污水排放量大于山區，遠離市區的村莊因沒有與市政管網相連，排放量較大，如污水不經處理直接排放，將對環境造成較大的影響。在農村地區進行生活污水處理仍有很多困難需要克服。鄉村生活污水分布范圍較廣，不容易收集。同時生活污水排水量小、各個區域之間的污水指數差異大、組成較為復雜且波動大。一些傳統的水處理工藝由于投入資金大、操作維護存在技術難點，已不適合農村生活污水的處理。此外，不同地區的自然條件不同，對水處理工藝的選擇也有較大影響。

2 農村生活污水治理存在的問題

我國農村地形復雜，分布零散，加大了污水收集處理的難度。據統計，由于農村經濟發展水平較低，農村生活污水處理基礎設施建設較為滯后，普遍未鋪設排水管路，此外，農村生活污水在運送過程中也會產生泄漏、滲漏等問題，造成了對排放設施附近的土地和水域產生污染。近幾年來，我國大部分農村地方政府都出臺了關于適用于農村生活污水污染標準的處理工藝、規范等，是帶有指導性的文件。但目前農村生活污水的排放，由于水質、水量的波動較大，造成農村生活污水的污染管理規模和實際污染濃度均不合理。一些農村地區由于沒有對當地水質進行研究分析，就規劃并修建農村生活污水處理設施，因而造成農村生活污水處理設備的數量無法滿足污水量大、水質不合格的情況，使處理后的出水水質不理想。由于農村地域遼闊，在地理地形、氣候環境、社會經濟條件等方面存在較大的地域差異，污水處理技術的選擇也多種多樣，所以因地制宜地選用農村生活污水處理工藝就顯得尤為重要。而對于農村生活污水的管理、工藝技術的選用應當以達到地方排放標準，并符合地方生活用水需求為前提條件。因此，如何對農村生活污水進行管理，一直是困擾農村污染管理的重大問題，此外，其資金來源也是一個難題，也是制約其發展的重要問題。當前，我國農村生活污水整體處理水平較低，大量的農村生活污水直接排放到相鄰河道水體，污染了河流、湖泊，引起水體富營養化和水質下降[4]。

針對我國農村地區分散式生活污染的自然特性，要從資源開發利用與經濟效益兩方面出發，采用“厭氧、缺氧+跌水曝氣、生物接觸氧化+人工濕地”的工藝途徑。前者主要用來降解有機化合物，后者則以生態單元為主，加強對尾水中氮、磷的去除與資源化。通過生物體連接生態單元，可充分發揮地形與稻田灌溉的優勢，把農業生產與生態功能結合起來，體現資源化、經濟、高效的原則，為有效治理農村生活污水提供一種新的模式。

3 農村污水處理技術的發展及經濟適用技術

3.1 農村污水治理技術的發展

在廣大農村，受技術和經濟水平的制約，廢水單向處理工藝比較符合經濟的運行和管理，具備處理農村生活污水的優勢。一般情況下處理過程無毒、無污染，氮和磷的各項指標可方便控制，便于有針對性地處理。

3.2 農村污水治理的經濟適用技術

3.2.1 新型穩定塘技術

穩定塘污水處理工藝投資少、運行費用低、操作維修方便、不需污水處理，更適用于農村污水處理。在常規的穩定塘處理工藝中，存在水力停留時間長、占用空間大、易發臭等缺點。因此，要在穩定塘處理工藝中不斷開發新品種，如高效藻類塘、水生植物和養殖水體、高效復合厭氧、超深臭水體等，已開發出多種新型池塘，包括高效藻類塘、超深水體厭氧生物池、超深池、生物濾池等。High Rate Algae Pond（HRAP）是由美國加州大學伯克利分校Oswald博士發明的一項經過改進的穩定塘技術。改良的池塘由于菌藻共生關系，池塘生態系統較傳統生態塘更為豐富，藻類在生長過程中可吸收水中的氮、磷，同時進行光合作用產氧，從而促進系統中的硝化作用；有效的藻類池還具有塘深、停留時間短、占地少等優點。現在高效的海藻塘已在美國、法國、德國、南非、印度、新加坡等國得到了試用[5]。重慶市三峽庫區某鎮，利用折流板曝氣法生物濾池與穩定塘相結合的方式，對生活污水進行強處理，使之適應水質波動，經運行后的水質可滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-002）中一級B標準。

3.2.2 FILTER污水土地處理系統

FILTER污水土地處理系統，是一個經過改進的污水土壤處理系統，它通過使用富氮的污水對農作物進行灌溉，使污水達到地方排放標準，提高農作物產量。FILTER系統在澳洲新南威爾士州格林菲斯郡開展了試驗，結果表明，FILTER系統既能保證本地的污水處理能力，又能明顯地減少生活污水中的氮磷，同時也能有效地彌補農業生產與維護的成本。例如，山西省大同市陽高縣，灌溉季節未進行處理的生活廢水和工業廢水經管道直接流入農田灌溉，給農灌帶來污染。將FILTER污水土地處理系統應用于生活廢水、工業廢水的處理，結果表明，該出水量符合《地表水環境質量標準》Ⅲ類要求，符合當地氣候及土壤條件，取得了預期的效果。

3.2.3 膜生物反應器技術

在傳統的生物活性污水工藝中，膜生態反應器主要是利用膜分離技術，以提高其處理效率。從2003年開始，德國就已經建設了城市生物分散化基礎設施系統，在沒有連接市政管線的偏遠地區或農村建設了膜生物反應器，利用膜生物反應器可以將雨水和污水處理成城市污水。結果表明，利用膜生物反應器不僅可以使污水處理費用下降，而且提高了農村地區的土地肥力。膜生物反應器技術如圖1所示。

圖1 膜生物反應器技術

3.2.4 蚯蚓生態濾池處理系統

蚯蚓生態濾池處理系統是將蚯蚓這種生物引入傳統生物濾池中，蚯蚓在基質中的移動可顯著提高基質的孔隙率，緩解系統基質的阻塞，豐富系統中微生物的數量和種類，增加生態系統的多樣性，促進污染物的去除。與常規生物濾池相比，蚯蚓生態濾池處理系統的出水量可以達到B級，而改進后的系統甚至可以達到一級A標準。沼氣生態濾池處理系統產泥少、占地少、成本低，投資、操作、維修成本低，同時所產生的污水可以直接為農作物所用，適用于農村污水處理。利用三層并聯的雙塔式蚯蚓型生態濾池處置農村生活污水，試驗結果顯示，夏、冬二季對COD、NH4+-N、TN、TP都有較好的消除功效，且出水超過了《城鎮污水處理廠廢氣排放量國家標準》（GB18918-2002）的一類或A類國家標準。同時發現系統中微生物的種類比夏季豐富，從上到下呈遞增規律。對農村分散式生活污水進行處理，結果表明，除TN、TP外，均可達一級A標準。由此推測，這可能是由于濾池內蚯蚓的移動抑制了厭氧環境的形成，造成了TN去除率不理想。同時由于蚯蚓生物濾池沒有厭氧交替的基質環境，因此不利于聚磷菌的生長。

3.2.5 日本凈化槽技術

在日本，凈化槽法是利用膜分離與生物聯合處理的MBR法，處理日本農村生活污水，在地方水污染治理中發揮著重要作用。凈化槽法的運行費用低，維修方便，適用于處理分散、水質和水量波動的農村生活污水。在此期間，由于以前未明確凈化槽的鑒定標準，致使非標準型凈化槽排出的水給環境帶來嚴重的污染，因此，政府明確規定了凈化池的中間處理工藝條件。近幾年來，多地引進了日本的膜式濾池系統，系統采用活性污水-膜分離法，經處理的出水達到規定的一級A標準，改善了當地農村的水環境，同時也帶動了周邊地區的污水處理。但是凈化池技術的施工成本較高，不適合在經濟落后的地區應用。

3.2.6 人造濕地技術

與傳統的自然濕地不同，人工濕地是由人為模擬的自然濕地生態系統而建立起來的，以消除農村污水的污染。該方法工藝簡單、操作效率高、投資少，可對水體進行凈化，提高景觀效果，為植物帶來一定的經濟效益。在國外，北美的濕地類型多為表面流人工濕地，一般用于高密度地區的高級處理。而歐洲的濕地主要類型為潛流式人工濕地，通常用于農村污水的二次處理。人造濕地技術一般具有占用空間大、運行維護簡單、投資成本低的特點，適用于土地價格低廉、農村散居的污水處理。近幾年來，國內外在處理農村生活污水方面做了很多探索。如波蘭，在2003～2017年間，共撥款約100億歐元發展農村污水處理基礎設施，約占2003年全國財政收入的30%，其中一半以上的資金用于擴建污水處理網絡，其余部分用于建設各污水處理系統。因此，所要繳納的巨額稅費使這些地方的生活污水處理量遠遠不及中心城區。而生活污水的無組織排放，會帶來越來越嚴重的環境污染，使農村生態與水體環境更加富營養化，甚至變成黑臭水體。因此，農村生活污水需采用經濟適用的工藝方法，常見的人工濕地技術如圖2所示。

圖2 人工濕地技術

我國東南大學研究生院在“十二五”水專項課題支持下，研究出配套的處理技術：厭氧-缺氧生物濾池、跌水充氧接觸氧化法、水生植物濾床及浸潤控制式人工濕地組合工藝。在優化組合生物生態工藝的同時，持續改善各個單元，尤其是人工濕地單元，實現了農村生活污水的高效脫氮除磷、投入運行費用低以及對氮磷資源的有效利用。

人造濕地作為一種污水深度處理技術已經比較成熟，被廣泛應用于農村生活污水處理。潮汐流人工濕地是對潛流人工濕地進行改良的一種濕地，由于其強大的富氧能力，逐漸受到人們的重視。潮汐流人工濕地與傳統潛流人工濕地在污水處理上各有優勢，而在冷季時這兩類人工濕地技術一般都存在處理能力差的困境，很難達到排放標準。

3.2.7 改良的A2O工藝

目前，在農村生活污水處理中，A2O-MBR是一種應用較多的處理工藝，該方法對有機物質和磷的的去除有明顯的優勢。并對傳統工藝進行了改進，其原理是：在缺氧條件下進行預硝化，在好氧條件下脫除有機含碳物、氧化含氮有機化合物及氨氮硝化，在AO工藝的好氧段設置膜組件，替代傳統工藝中的二沉池，從而實現固液分離。在缺氧段好氧混合物回流，為缺氧段提供混合物。

4 結語

鑒于我國農村水體污染整治起步較晚，農村廢水處理技術開發較為滯后，加之廣大農村地區具有地理差異性，研究應用于農村生活污水處理的最新技術變得十分緊迫。針對上述多種污水處理工藝，每個地區都須依據當地的地理地形、自然環境、經濟條件等進行選擇。在選用農村生活污水處理工藝時，應根據當地特點，如地理環境、氣候、政府行政財力、農民平均收入、人口密度、技術條件、管理難度、土地面積、能源成本、管理效益、技術管理水平、土地用途等，以最低的生產成本，合理緩解農村的生態環境問題，以推動社會主義生態文明管理和社會主義工程建設。