我國農村污水治理技術與發展模式展望

張瑋，劉瑋，熊峰，申靜，劉意，張海東，周月明

(1.重慶工商大學 國家智能制造服務國際科技合作基地，重慶 400067；2.重慶工商大學 廢油資源化技術與 裝備教育部工程研究中心，重慶 400067；3.重慶工商大學 環境與資源學院，重慶 400067；4.重慶市九龍坡區生態環境監測站，重慶 400050；5.重慶南向泰斯環保技術研究院有限公司，重慶 400060)

近年來鄉村生活方式及生產方式轉變帶來的環境問題愈發嚴峻。其中，水污染問題是農村環境污染的重中之重。農村居民生產生活過程中產生的污水未經處理或處理不當排入地表水系統，部分經滲濾進入地下水系統，導致了農村飲用水危機，加劇了淡水資源危機。據報告，2010年中國農村地區有超過1億人飲用被污染的水，88%的中國患者和33%的死亡與不良飲用水有關。

近20年，我國農村污水處理率逐年上升，2006年處理率為1%，2014年達到近10%，2016年為22%，截至2020年，農村污水處理率達到36%，但總體來說仍較低。為此，本文對我國近20年農村污水水質水量的地域變化特征、處理技術的發展歷程、政策法規的完善機制、運行與管理模式的建立過程進行了系統分析，旨在為提高農村污水的處理效率和覆蓋范圍提供理論依據及技術指導。

1 農村水污染現狀

1.1 農村污水定義

農村污水是指農村地區居民在生活和生產過程中形成的污水。其中，農村生活污水是指居民生活過程中廁所、洗浴、洗衣和廚房等污水。農村生產污水是指水產養殖業、畜禽養殖業、農產品加工業等產生的高濃度有機廢水[1]。

1.2 農村水污染現狀

農村水污染形勢嚴峻，國家治理農村污水腳步從未停歇。我國農村污水治理發展歷程見圖1。

圖1 我國農村污水治理發展歷程

2 農村污水的分類及其特點

2.1 生活污水

農村生活污水N、P濃度高于一般城鎮污水。COD的差異隨養殖家禽而改變，TN整體分布較均勻，TP隨四季變化[4]。

我國南方水資源發達，西南地區村落多為分散性村落，生活污水以直排為主，96%的村莊無排水溝渠和污水處理系統，污水順道路溝渠排入附近水體，嚴重污染地表水和地下水。南方地區生活污水特點：①量小且分散，排放系數低，收集率低；②成分復雜，可生化性強；③間歇排放；④不含重金屬及有毒有害物質，含較多真菌、細菌等微生物[5-6]。

北方水資源少，村落聚集，冬季溫度低，生活污水除具有南方污水特點外，處理過程中的微生物活性易受到抑制，處理困難[7]。

2.2 養殖業污水

2.2.2 畜禽養殖污水 畜禽養殖場污水主要由畜禽尿液、糞便、飼料殘渣和沖洗水等組成。此類廢水特征：①有機物濃度高、懸浮物(SS)多、色度深，常伴有重金屬、殘留的獸藥以及各種人畜共患病原體等污染物；②排水量大且集中，水力沖擊負荷強；③水解、酸化快，沉淀性能好[10]。

2.3 農產品加工廢水

2.3.1 水果加工廢水 水果加工廢水主要來源于水果去皮、沖洗、破碎、榨汁等工序，以及罐裝工序的洗瓶、滅菌和地面沖洗等環節。混合廢水COD在 6 000 mg/L 以上，SS在4 000 mg/L以上，具有水質水量變化大、富含糖類等特點。污水可生化性好，易于生物降解[11]。

2.3.2 蔬菜加工廢水 蔬菜加工廢水來源于腌制、漂洗、冷卻和沖洗工序的綜合廢水，具有高鹽、高N、P和高有機物濃度的特點。蔬菜加工廢水的COD濃度在5 000～50 000 mg/L，生化需氧量(BOD5)在3 000～30 000 mg/L，SS在1 000～5 000 mg/L，TN在500～2 000 mg/L，TP在50～150 mg/L，DO含量低，易散發臭味[12]。

3 農村污水處理技術

農村污水特征與收集方式與城鎮污水有較大差異，處理農村污水不僅要考慮土地資源利用和經濟效益，還要因地制宜的設計污水處理技術。我國農村污水處理技術主要分為三類：生物處理技術、生態處理技術、生物+生態組合處理技術，其優缺點見表1。

表1 我國農村常用污水處理技術優缺點Table 1 Advantages and disadvantages of common rural sewage treatment technologies in China

3.1 生物處理技術

厭氧生物處理技術是通過厭氧或兼氧微生物對可溶性和顆粒型物質進行降解，產生甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)等物質。水平流式三格化糞池是第一代厭氧反應器，出現于20世紀50年代，也是農村最早實行的生物處理技術，利用沉降和厭氧發酵原理去除水中的懸浮性有機污染物，目前，我國有關化糞池的技術革新，主要集中于對水流狀態和填料性能的改進。

污水的好氧生物處理技術至今已有100年的歷史[14]，該技術是利用好氧微生物通過自身的新陳代謝將污水中的污染物降解為二氧化碳(CO2)和水(H2O)[15]。

面對農村污水水質復雜的特殊性，單一的生物處理技術難以滿足對多種污染物的去除，且部分工藝直接在農村使用很難正常運行。因此，農村污水生物處理技術逐漸從單一技術演變為組合生物處理技術。

3.2 生態處理技術

我國生態處理技術發展于20世紀70年代，在20世紀末廣泛應用于農村污水處理。

人工濕地是對與沼澤類似的地面進行改造，將污水和污泥按一定比例投配到人工濕地上，利用根系發達的水生植物創造厭氧、兼氧、好氧的環境，實現各類微生物對污染物的降解作用，凈化水質[15]。

穩定塘是通過向人工挖掘的池塘中添加菌藻，利用水生植物、菌藻系統、微生物作用共同降解水中的污染物。穩定塘中的微生物利用藻類光合作用產生的氧進行同化作用，凈化水質，實現無動力農村污水的凈化過程[16]。

土地處理技術是通過管道設備將污水投配到天然土壤或復合土壤層中，通過沉淀、過濾、吸附和生物降解作用去除污染物。目前應用較多的有地表漫流生態處理系統、多介質土壤地下滲濾系統等。

3.3 生物+生態組合處理工藝

該法生物處理單元利用好氧或厭氧微生物去除污水中的有機污染物和含N、P污染物，生態處理單元通過植物和菌藻等進一步去除污染物[15]。由于我國農村污水分布特點以及缺乏長期運行管理，生物+生態組合工藝將農村污水與農業有機結合，更符合農村污水處理因地制宜、資源化利用的原則，也是當前我國農村污水治理的重要技術[17]。

4 農村污水集中處理工程實例

集中式污水處理系統通常建在遠離城市污水處理廠的人口密集區村莊，集中處理效果穩定，且節省土地資源和經濟成本[18]。

張猛[19]采用以“初沉池+A2/O+斜管沉淀+石英砂過濾+紫外消毒”為主體的處理工藝對青島市張家樓鎮某農村區域生活污水進行處理。處理工藝流程見圖2，工程設計污水處理量500 m3/d，經處理后出水CODCr、BOD5、SS平均去除率可達87%，97%，93%，滿足(GB 18918—2002)一級A標準。

圖2 污水處理工藝流程圖Fig.2 Sewage treatment process flow chart

圖3 農村污水處理一體化設備流程圖Fig.3 Flow chart of integrated rural sewage treatment equipment

5 農村污水分散處理工程實例

污水分散處理是在住宅分散、地形復雜、人口稀少的鄉鎮，對單戶或幾戶污水進行處理。分散式污水處理是解決我國農村污水問題的重要方向，可以彌補集中式污水處理不能完全覆蓋的缺陷[21]。

5.1 生活污水

我國農村生活污水常用處理技術包括：化糞池、沼氣池、人工濕地、生態塘系統、土地處理系統等[22]。Singh等[23]設計了一種新型化糞池(圖4)應用于江蘇某農村的生活污水處理。與傳統的化糞池相比，新型化糞池不僅改變了污水在化糞池內的流向，加強厭氧消化作用，而且在化糞池內設置適當的填料層，提高了其清除污染物的能力。改善后的新型化糞池COD去除率為76%～84%，BOD去除率為80%～92%，出水可用作農田灌溉。

圖4 三格化糞池Fig.4 Three-compartment septic tank

在四川某農村，Wang等[24]通過生態溝渠處理生活污水，具體工藝流程見圖5。該農村每天產生30～150 m3的污水，包括0.86～4.31 kg的N和0.05～0.23 kg的P。污水經過生態溝渠處理后，TN的平均去除率和去除效率分別為47.97%和 3.19 g/(m2·d)。TP平均去除率和去除效率分別為49.79%和0.28 g/(m2·d)。該生態溝渠處理系統，適用于地形和氣候特征相似的農村地區。

圖5 生態溝渠工藝圖Fig.5 Ecological ditch process flow chart

圖6 組合型生態浮床裝置示意圖Fig.6 Schematic diagram of combined ecological floating bed

5.2 養殖污水

我國農村多采用厭氧-好氧生物膜法、厭氧-生態修復等技術處理畜禽養殖廢水。

Chen等[26]在傳統MBR前連接一個缺氧池，缺氧池里加入柔性纖維束，MBR中加入懸浮海綿生物載體，構成缺氧生物濾池-移動床生物膜反應器(AF-MBMBR)(圖7)。采用AF-MBMBR處理養殖廢水過程中，總有機碳(TOC)的去除率在92.8%～96.2%，脫氮途徑主要是短程硝化-反硝化，TN的去除率達到了93.2%。

圖7 AF-MBMBR示意圖Fig.7 Schematic diagram of AF-MBMBR

圖8 養殖廢水生態治理技術工藝流程Fig.8 Technological process of ecological treatment of aquaculture sewage

5.3 農產品加工廢水

5.3.1 水果加工廢水 李鑫華等[28]采用活性污泥法對某廠的甘蔗制糖加工污水進行處理(圖9)。設計水處理量為14 000 m3/d，經4個月的調試運行，出水CODCr、BOD5、SS最大去除率為78%，65%，72%，排水符合(GB 5084—92)(旱作)，可回用至甘蔗園進行灌溉。

李素敏[29]采用絮凝氣浮+水解酸化+CASS組合工藝對湖南某食品廠柑橘罐頭加工廢水進行處理(圖10)。廢水設計水量為3 300 m3/d，出水CODCr、BOD5、SS最大去除率分別為94%，97%，91%，處理效果穩定，出水水質達到 (GB 8978—l996)一級標準。

圖9 污水處理工藝流程Fig.9 Sewage treatment process flow chart

圖10 污水處理工藝流程Fig.10 Sewage treatment process flow chart

5.3.2 蔬菜加工廢水 王偉鋒[30]采用蓮池濕地對山東臨沂市八湖鎮某蔬菜脫水企業的大蒜加工廢水進行處理。處理工藝為預處理(過濾、沉淀、調節pH值、厭氧處理、曝氣)和荷塘生態處理。預處理對CODCr、BOD5、SS的去除率分別為51%～53%，46%～48%，77%～85%。pH值穩定在6.1～7.4之間。荷塘系統對水中CODCr、BOD5、SS的去除率分別超過97%，98%，80%。預處理后的廢水在蓮花池停留7 d后可達到 (GB 8978—1996)Ⅱ類。另外，大蒜加工廢水經預處理后適量灌溉荷塘，可使蓮藕產量提高8.3%。

重慶市涪陵區地處三峽庫區腹地，是我國著名的榨菜之鄉。李家祥等[31]以涪陵區年產精品榨菜5 000 t的鄉鎮企業為例，采用調節池+初沉池+接觸厭氧池+CASS池組合工藝(圖11)對其生產廢水進行治理。該企業在生產過程中排放最大廢水量為200 m3/d，經組合工藝處理后出水穩定。

圖11 組合工藝流程Fig.11 Process flow chart

5.3.3 肉類加工廢水 目前，肉類加工廢水普遍采用水解酸化-好氧組合工藝進行處理。

圖12 污水處理工藝流程Fig.12 Sewage treatment process flow chart

圖13 工藝流程Fig.13 Process flow chart

6 展望

近年來，我國農村污水處理發展迅速，已經取得相當豐碩的成果，但處理率仍較低，已成為制約農村環境改善的重要因素。農村污水處理作為我國打造美麗村莊的關鍵環節，需從以下幾方面提升我國農村污水處理水平：

(1)因地制宜，根據區域適用性和經濟合理性選擇污水處理技術模式。

目前，我國農村污水處理沒有實現“一水一議”。多個地方選擇同一種技術，沒有根據不同地區實際需求選用最優方案。未來我國農村污水處理將會更加重視因地制宜，對于規模較大、人口較集中的村莊將會采用村集中處理；有條件的地方可將靠近城鎮的村莊納入城鎮生活污水處理系統；對于人口密度較分散的村莊將會采用分散處理模式。

(2)采取多種工藝相結合的綜合處理技術。

未來農村污水處理將會更加注重“生物+生態”相結合處理，采用如厭氧沼氣池處理技術、穩定塘處理技術、人工濕地處理技術、土壤滲濾處理系統、農田退水減排技術、生物膜法處理技術等“生物+生態”相結合的污水處理綜合技術。

(3)將污水治理與農村廁改相結合。

有效銜接農村改廁與生活污水治理，有效減少農村生活污染排放、提高水資源利用率和糞污資源化利用率。鼓勵各地結合實際，將廁所糞污、畜禽養殖廢棄物一并處理并資源化利用。

(4)建立有效的污水設施運維機制。

在污水設施運行初期，政府負責相應設施的運營與維護，運營一段時間后，逐步過渡到以第三方為主的污水設施運維模式。專業機構的運營與管護，有利于設施的正常運行，便于監管。

(5)建立完善有效的考核與監督機制。

將以往“數字式”的考核方式轉變為“以事實說話”的考核方式，重點考察農村污水處理的實效。在國家層面、省級層面以及基層政府層面建立農村污水處理的監督機制。

通過以上改革措施，推進我國農村污水治理，走人與自然和諧相處、經濟社會和生態環境相得益彰的可持續發展新路，實現2035美麗中國和美麗鄉村建設的要求。