黃河流域河南段農村污水治理現狀及建議

胡亞偉 張 穩 靳曉輝

（1黃河水利科學研究院，河南鄭州 453000；2河南省農村水環境治理工程技術研究中心，河南鄭州 453000；3河南省黃河流域生態環境保護與修復重點實驗室，河南鄭州 453000）

河南省作為黃河流域主要污染防控區域，其農村污水的有效治理不僅關乎黃河流域生態保護和高質量發展的推進，更是時下鄉村振興及新農村建設工作開展的重要環節。近年來，我國水污染處理技術研究蓬勃發展，在重點流域大規模污水治理上取得了一定的成效，但在農村地區，尤其北方住戶分散、經濟發展水平較低的農村地區，收效甚微[1]。本文在對黃河流域河南段農村污水治理情況調研的基礎上，探索適用于本地區的污水處理模式及污水處理技術，以期為農村污水的有效治理提供思路。

1 黃河流域河南段農村污水排放及治理現狀

1.1 流域概況

黃河經三門峽入河南，東出濮陽，呈“V”形分布于河南省中北部。境內干流總長711km，支流共7條，分別為伊洛河、莽河、沁河、宏龍河、金堤河、天然文巖渠、丹河。黃河流域河南段的面積為3.6萬km2，灌區面積為318.67萬hm2，途經河南8個省轄市中的26個縣（市、區），占河南省總面積的21.7%[2]。截至2019年，8個沿黃省轄市總人口約4 000萬人，占全省總人口的36.3%，城鎮化率57.24%，GDP達到28 417.06億元，占全省比重為52.37%[3]。

1.2 農村污水來源及排放特征

農村污水包括居民生活污水和生產污水。黃河流域河南段農村污水最主要來源是農村生產污水，其污染來源有畜禽養殖類糞便污染、水產養殖污染、農用化學品及廢棄物污染，其中化肥、農藥的濫用以及農膜、秸稈的不合理處理是造成農業面源污染的主要原因。農村生活污水可細分為灰水和黑水兩類：前者主要由廚房用水、洗浴水和洗衣水構成；后者主要由糞便、尿液及其沖洗水構成[4]。流域內耕地面積大、農業發達，因而污水中氨氮、總氮、總磷、COD含量較高，灌溉季節污染更加突出。農村生活污水有化學成分復雜、時空分布不均、氮磷含量高以及可生化性高的特點，其排放特征與村莊人口規模大小、分布以及經濟發展水平相關。

1.3 農村水環境污染現狀

黃河流域河南段水資源自然稟賦不足，污水排放至田間、河渠后難以稀釋，隨雨水沖刷，進而污染地表潛水及黃河支流，擴大了污染范圍，也增加了治理難度。國內70%的飲用水來自地下水，其中農村人口占95%[5]。隨著農村污水對水環境的污染加劇，可供村民飲用的合格地下水也逐漸減少，流域內常見水致地方病如大骨節病、高碘病、氟中毒等多為井水或水源地中重金屬及有機物含量超標所致。近幾年，隨著人均用水定額的提高，鄉村污水排放量不斷增加，但多數鄉村缺乏污水收集系統以及污水處理設施，加之村民環境保護意識薄弱，污水防治工作開展困難，其結果是無序排放的污水不僅影響村容村貌，也使水源地保護區隱患重重。黃河流域河南段共有118處縣級水源地，經2019年核查，有45處縣級水源地需要整治，其各類水污染問題總數達405項，完成整改率51%。多數水源地周邊仍存在生活垃圾隨意堆放、污水未收集處理等問題。一些水源地與工廠污水排放口、養殖場、養殖塘等相鄰而建，鄉村居民飲水安全問題令人擔憂。

1.4 農村污水治理現狀

據《2019年中國生態環境狀況公報》，黃河流域河南段支流水質為輕度污染，水質較前幾年改善明顯，但在黃河中上游仍屬于污染排放較嚴重地區。目前，流域內農村污水處理技術主要有人工濕地、穩定塘、土地處理以及一體化處理技術。2017年河南省農村生活污水處理設施項目總數約2 500個，其中采用人工濕地、AA/O、厭氧預處理技術工藝的項目總數為470個。白 璐等[6]以氨氮、總氮、總磷、COD為污染指標對黃河流域河南段內地級市污水排放特征進行聚類分析，發現多數地級市為污染聚集區，其中鄭州市為高排放強度區。截至2020年，河南省農村生活污水治理率僅27%，說明流域內污水治理工作仍存在不足，對于最主要的農業面源污染缺乏有效的治理手段。因此，黃河流域河南段農村污水治理工作任重道遠。在黃河流域生態保護和高質量發展以及鄉村振興兩大國家戰略推進的背景下，其緊迫性不言而喻。

2 黃河流域河南段農村污水治理存在的問題

黃河流域河南段農村污水治理工作尚處于起步階段，雖然省內開展農村環境連片整治工作多年，在農村生活污水的治理方面取得了一定成果，但由于鄉村建設資金投入不足、專業人才缺乏、管理模式滯后等多方面因素制約，在推進黃河流域生態環境保護和高質量發展過程中，農村污水治理工作依然存在許多問題。

2.1 集污管網建設度低，缺乏合理的建管模式

農村地區污水管網系統落后，污水難以收集是導致其處理率低的重要因素?！笆濉逼陂g河南省新增污水管網7 719.7 km，其中50%為老舊管網改造，建制鎮規劃建設污水管網1 455.1 km，污水處理率僅28.93%，集鎮地區污水管網鋪設尚未形成規模。流域內農村地區大多住戶分散且管網建設資金有限，城市集中式污水處理模式在大多數村莊并不適用。集中式污水管網建設工程投資大、周期長，竣工日期普遍滯后于污水處理設施建設。在資金短缺的鄉鎮地區，污水處理設施建成后往往因管網系統不完善而達不到預期的設計負荷。

2.2 污水處理工藝繁雜，難以統一整合管護

市場上可用于處理農村污水的工藝繁雜，但農村人才缺乏、經濟力量有限以及融資手段缺少，許多污水處理工藝存在局限性。黃河流域河南段農村地區地形、人口規模、經濟水平差異較大，采用的污水處理技術種類較多，甚至在同一地區出現十幾種污水處理工藝，加大了整合運營的難度。在環境標準、污水排放特征和溫度變化較小的鄉鎮，其污水處理技術的實用性和統一性應逐漸優化協調。部分地區盲目追求處理效果而未考慮到設備運行費用高、操作繁瑣、維修困難等問題，從而出現設備閑置的現象。

2.3 農業面源污染較為嚴重，缺乏有效的防控措施

黃河流域河南段耕地面積廣闊、農業發達，但針對農業面源污染的治理措施較少。在黃河枯水期，大量未處理的農業面源污水及生活垃圾堆積于河道；在黃河豐水期，污染向下游擴散，給下游的污染防治工作帶來很大壓力。農業面源污染一旦入河極難治理，雖然部分灌區采用人工濕地、穩定塘及其他組合工藝對污水進行處理，但都屬于末端治理范疇，在農田灌溉高峰期難以保證污染物去除效果，源頭防控與過程攔截等工作尚存在諸多不足。

2.4 農村居民環保意識薄弱，偏遠山區管理不力

農村污水治理是一項系統工程，僅對污水進行處理難以達到根治的效果，如生活垃圾和農用廢棄物等也會污染周圍水環境。在鄉村地區，農民作為農村污水治理體系中最大主體，因受教育程度較低以及宣傳力度不夠，水環境的保護意識欠缺，其生產活動和日常生活會對農村環境造成一定破壞。尤其偏遠山村地區基礎設施缺乏，居民生活污水隨意傾倒，垃圾及畜禽糞便未進行收集處理，嚴重破壞當地生態環境。

3 黃河流域河南段農村污水治理適用技術分析

3.1 農村污水處理模式

相比城鎮污水治理工作，農村地區存在村民居住分布不集中、污水收集難度大、污水收集管網建設成本投入大、污水排放量大以及水質不穩定等特點[7]。在此情況下，相較于農村污水處理技術的創新應用，合理的污水處理模式更為迫切與重要[8]。目前，我國農村污水處理模式主要有納入城市管網模式、鄉鎮集中式處理模式以及分散式處理模式。

納入城市管網模式是將鄉鎮排污管道并入城市污水處理系統，由城鎮污水處理廠統一處理排放污水，故只需鋪設管網，具有投資少、維護簡單、排放水質好等優點。但該模式對村莊的地形地勢、與市政管網的距離和城鎮污水廠處理規模等有較高要求[9]，僅適用于距離市政管網5 km范圍以內的村莊。據調查，截至2012年，洛陽市仍有108個鄉鎮不能納入城市污水管網，約占全市143個鄉鎮的75.5%。對于不能納入城市管網、經濟發展較好、村莊較為聚集的鄉鎮，可采用集中式處理模式，即將居民所有生活污水收集輸送到指定的污水處理廠，處理后直接排放到自然水體中[10]。該模式具有水質穩定、便于管理、運行安全可靠等優點。由于集中式污水收集管網可能連接多個村莊，對污水處理廠的設計規范也會相應提高，這就需要居民出資、政府補貼、市場融資等多種資金來源的支持。對于不適合大面積鋪設管網、住戶分散、人口較少的村莊，適宜使用小規模就地污水處理方式，即分散式污水處理模式，也是我國農村地區最廣泛使用的污水處理方式。該模式包括活性污泥法、穩定塘、人工濕地、生物膜法等污水處理技術，可根據村戶需求選擇，具有布局靈活、投資節省以及適用范圍廣等特點。

3.2 農村污水處理技術

我國自20世紀20年代開始對污水處理進行研究，如早期的化糞池和沼氣池等。隨著污水處理技術的創新發展，目前流域內常用的農村污水處理技術有穩定塘、人工濕地、土地處理、一體化污水處理技術等。

3.2.1 穩定塘。穩定塘的原理是利用微生物降解、污水懸浮物沉降以及藻類植物的截濾作用去除廢水中的有機污染物。傳統穩定塘存在占地面積大、容易積泥發臭、水力停留時間長等缺點。隨著對該技術的改進，出現了許多新型塘如高效藻類塘、水生植物塘、超深厭氧塘、生物濾塘等。高效藻類塘在傳統穩定塘的基礎上增設連續攪拌裝置，可對塘內pH值、氧含量、溫度進行調節，更利于藻類及菌類繁殖，從而提高污水處理效果[11]。該塘具有占地面積小、建設成本低、污水停留時間短、氨氮去除效果佳等優點[12]。但其易受溫度變化影響，低溫下處理效果差，并且污水中氨氮濃度過高會抑制藻類生長[13]，管理要求相對較高。水生植物塘即在氧化塘內種植高等水生植物以提高COD及氮磷的去除率，但北方農田溝渠多為季節性流水，水生植物難以生長[14]。超深厭氧塘在普通厭氧塘的基礎上加大了坑深[15]，塘內的厭氧狀態更有利于厭氧菌生長，較常規厭氧塘提高了COD去除率。該塘面積小、埋深大、受溫度影響小，相同進水條件及去除率下造價低于普通厭氧塘[16]。其缺點是施工難度較大，污水中氨氮濃度太高會抑制生物活性，降低COD、總磷的去除率[17]。生物濾塘是集厭氧生物膜法、吸附過濾法和穩定塘技術于一體的污水處理技術，通過在塘底鋪設卵石層和濾層來增大微生物吸附面積[18]，可顯著提高氮、磷去除效果，其中對磷的去除率較傳統穩定塘提高21.5%[19]。其采用底部分散式進水，縮短了水力停留時間，但后期維護較為復雜，需要定期更換生物膜、清理塘底淤泥。

3.2.2 人工濕地。人工濕地通過模擬自然濕地生態系統，利用土壤基質、微生物、水生植物的協同作用對污水進行物理沉降、生物降解以及化學反應，從而達到凈化的目的[20]，廣泛應用于處理工業廢水與農業面源污染[21]。人工濕地根據污水在基質中的布水方式及流動方式可分為3種：表面流、地表潛流以及垂直流人工濕地。表面流人工濕地是將污水排放至濕地表面，水中污染物在土壤基質、植物根系及微生物作用下沉降、分解，廢水與基質接觸面少，對污染物去除效果一般，且受季節影響大、容易滋生蚊蠅，但操作簡單、方便維護。潛流人工濕地增設了填料床及床底防水層，污水從床體一端水平輸入并與填料床基質充分接觸，從而提高對COD、BOD、氨氮、總磷的去除率[22]。垂直流人工濕地充分利用了植物根系的泌氧作用，將污水垂向輸送到填料床底，利用水生植物將氧氣傳入根部，加快有機物分解和硝化細菌的生長[23]，強化脫氮除磷能力。3種人工濕地都有基建投資和運行費用較低、易于管理維護等優點，具有一定的景觀功能；不足之處是占地面積大，且不適合土地規劃緊湊的鄉村地區?？傮w上，人工濕地處理技術在流域內發展前景廣闊，可用于對農村生活污水的深度處理，也可應用于農田渠道處理農業面源污染。對于北方寒冷天氣，潛流、垂直流人工濕地都有較好的保暖措施，搭配不同植物也可提高濕地的地區適應性，因而適用于流域內污水管網系統不完善的鄉鎮[24]。

3.2.3 土地處理。土地處理技術是人為對天然土壤（農田、林地）進行改造，形成含土壤、微生物、植物的污水凈化生態系統，可細分為慢速滲濾、快速滲濾、地下滲濾處理系統[25]。慢速滲濾處理系統與表面流人工濕地原理類似，利用土壤植物吸收污染物中氮、磷、有機物以及土壤的分層滲濾功能處理污水。該處理方法結構簡單、維護方便、不易污染地下水，適合在農村地區應用[26]。快速滲濾系統（簡稱CRI）是一種新型模式，在天然土層中加入滲透性能良好的卵石、礫石等作為滲濾材料，采用干濕交替的方式處理污水，相較于慢速滲濾處理系統降低了建造和運行成本。地下滲濾處理系統主要依靠植物對污水進行過濾吸收，建設時需要考慮植物種植場地。與前2種系統相比，地下滲濾系統需將預處理后的污水投配到地下設施中，成本相對較高且易污染地下水，但其受溫度影響小，適用于氣候寒冷干旱的北方地區[27]。

3.2.4 一體化污水處理技術。一體化處理設備是將污水預處理、二級處理和三級處理工序集于一體的污水處理設施，主體工藝包括生物膜法和活性污泥法。20世紀80年代我國開展研究一體化污水處理技術，該技術有運輸方便、占地小、集成化程度高等優勢，在處理農村污水中應用廣泛。

生物膜法是將微生物接種在過濾材料的表面，通過微生物的增殖形成穩定的生物膜對污染物進行氧化分解。其工藝包括曝氣生物濾池、MBR工藝等。曝氣生物濾池（BAF）工藝主要通過微生物在好氧、缺氧及厭氧環境下的不同反應實現同步硝化反硝化脫氮過程。該工藝節省了二沉池，具有占地空間小、抗沖擊負荷強、排泥少等優點；缺點是運行管理難度大，需要對濾池進行反沖洗以調節生物膜厚度，對磷的去除效果較差，需加入化學除磷劑。MBR工藝是將膜分離與生物膜處理技術相結合，用膜組件代替了固液分離工藝，省去了二沉池，而且膜分離技術使得活性污泥濃度提高，縮減了有機物在系統中的停留時間。該工藝具有出水水質穩定、脫氮除磷效果好、防止污泥膨脹等優點，缺點是易產生膜污染、膜的造價高且壽命短、運行維護困難。其適用于經濟較好、人口規模小的村莊，一般情況下運行出水能達到GB 18918—2002的一級B標準。

活性污泥法是利用細菌生物在人工供氧條件下對污水中有機物進行吸附和氧化的技術，形成的絮凝體被稱為活性污泥。該技術包括A/O、AA/O、SBR等工藝，其中A/O及AA/O工藝常應用于污水預處理。A/O工藝可以分為脫氮和除磷2種，AA/O工藝則兼具脫氮除磷效果[28]。A/O、AA/O工藝存在易發生污泥膨脹的缺點，運行管理具有一定難度，但出水水質較好，穩定運行下可達GB 18918—2002的一級A排放標準。其在少數鄉鎮地區有所應用，如濮陽縣文留鎮污水處理廠采用“AA/O+MBR”的組合工藝處理污水。SBR工藝也稱間歇性曝氣活性污泥法，與傳統活性污泥法相比，SBR工藝只有1個處理單元，極大地節省了占地空間。該工藝對氮、磷及有機物去除效果較好，可節省建設費用，出水水質能達到GB 18918—2002的一級A排放標準。因為SBR工藝包含進水、曝氣、沉淀、排水、閑置等多道工序，管理難度大、設備運行成本高，所以SBR工藝常應用于大中型城市污水處理廠[29]。

4 建議

黃河流域生態環境脆弱，流域的工業、城鎮生活和農業面源污染問題嚴重。切實改善黃河流域河南段農村水環境質量，是順應人民群眾對美好生活的向往和推進鄉村振興的必然選擇，是踐行“綠水青山就是金山銀山”的重要內容?；邳S河流域河南段農村地區污水處理的現狀和問題，提出以下建議。

4.1 完善市場融資機制，加快鄉村污水管網建設

充分考慮村莊地形、經濟、人口等因素，做好前期勘測調研工作，合理布局管道。采用“梯次推進”路線，積極申報美麗鄉村、特色小鎮等政府扶持項目，在條件允許的情況下也可通過“PPP”模式減少當地污水管網建設的資金壓力。

4.2 因地制宜選擇工藝，較落后地區以回用優先

污水的處理方式要切合實際需求，采用經濟實用的處理方式即可，不必盲目追求把污染物處理至某個標準。經濟發展水平一般、比較分散的鄉村，適宜推廣無動力或微動力的人工濕地處理技術，有利于降低設備后期運維難度。在人口密集、經濟發展水平較高的鄉鎮地區，可以積極探索多種工藝組合的污水處理方式，如穩定塘+人工濕地組合、AA/O+人工濕地組合等，提高設備穩定性以及優化處理效果。在水資源嚴重匱乏地區，適宜采用穩定塘處理污水，有效利用污水資源，在對污水處理得當的情況下，可推廣污水灌溉，實現就地綜合利用。

4.3 秉持綠色發展理念，強化農業面源污染治理

從污染物源頭進行把控，推行化肥改革，提高化肥利用率，應用新型農耕技術，并結合滲濾溝、人工濕地、穩定塘等生態處理技術，在各灌區加快農業面源污染過程攔截及末端治理工程建設。

4.4 加大環保宣傳力度，提高村民的環境保護意識

隨著環保政策力度加大，農村環境有所改善，居民生活質量顯著提高，公眾對環保工作逐漸增加認可和支持。在此基礎上，應充分利用各種宣傳手段和鼓勵政策，提高農民對于水污染治理的認識，改變“垃圾隨處埋、污水隨處排”的傳統觀念，對垃圾、生活污水、畜禽養殖糞便等進行簡單的收集和分類，加快改善人居環境、推進新農村建設。