農村生活污水協同秸稈的綜合利用模式分析

摘要：近年來，國家越來越關注農村人居環境，但是人居環境提升面臨諸多現實問題。生活污水和秸稈面散而量大，根據其特性，可以將二者有機結合，實現生活污水和秸稈的無害化、減量化與資源化處置。本文論述了農村生活污水與秸稈處理面臨的問題，然后結合原料特性，提出工藝方案，以實現農村生活污水協同秸稈的綜合利用。

關鍵詞：農村人居環境；農村生活污水；秸稈；資源化

中圖分類號：S141.4；X70 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）03-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.03.018

Abstract： In recent years， the state has paid more and more attention to rural human settlements， but the improvement of human settlements faces many practical problems. Domestic sewage and straw are scattered in large quantities， and according to their characteristics， they can be organically combined to achieve harmless， reduced， and resourceful disposal of domestic sewage and straw. This paper discusses the problems faced by rural domestic sewage and straw treatment， and then proposes a process plan based on the characteristics of raw materials， so as to achieve comprehensive utilization of rural domestic sewage cooperating with straw.

Keywords： rural human settlements; rural domestic sewage; straw; resourceful

綠水青山就是金山銀山。當前，我國要推進人與自然和諧共生的現代化建設，創造更多物質財富和精神財富，滿足人民日益增長的美好生活需要，同時提供更多優質生態產品，滿足人民日益增長的優美生態環境需要。必須扎實搞好農村人居環境整治，梯次推進農村生活污水治理和秸稈綜合利用[1-3]，解決農村生態環境突出問題。同時，要推進農業農村綠色發展，全面實施農膜、農藥包裝物回收，加強農業面源污染綜合治理。近年來，農村生態環境一直是國家持續關注的焦點。為了加強農村人居環境整治，實現農業農村綠色發展，有必要推進農村生活污水協同秸稈的綜合利用，減少環境污染。

1 農村生活污水與秸稈處理面臨的問題

1.1 生活污水

目前，農村生活污水的常規處置方式如圖1所示，所有生活污水收集后存放在戶用化糞井或污水收集池。《農村人居環境整治提升五年行動方案（2021—2025年）》明確指出，到2025年，農村人居環境顯著改善，生態宜居美麗鄉村建設取得新進步。受自然和社會經濟等因素的影響，我國農村地區發展不平衡。農村居民分散居住，單個農戶污水排放量小，排放時間分散，但總量大，難以通過大型管網統一收集，因此每個農戶均需要配置戶用化糞井或污水收集池。農戶無自行處理生活污水的能力，隨著時間的推移，生活污水會越積越多。因此，要顯著改善農村人居環境，建設生態宜居美麗鄉村，必須完善農村生活污水處理設施。

1.2 秸稈

我國農作物秸稈產生量大，農作物種植給農村居民帶來經濟收益的同時，也帶來一定負擔。焚燒秸稈不僅污染空氣，危害人體健康，也易引起火災和交通事故。秸稈還田未進行有效的消毒殺菌，容易導致病蟲害。秸稈還田后，隨著秸稈的腐爛，微生物吸收土壤中的氮源，造成土壤缺氮，農作物幼苗生長不好。受地域影響，東北地區還田的秸稈不能正常腐爛。因此，依靠農村居民自行處理秸稈存在許多瓶頸。

2 原料特性

2.1 農村生活污水特性

依據《農村集中下水道收集戶廁建設技術規范》（GB/T 38838—2020），農村生活污水就是農村居民日常生活中所產生的生活雜排水和廁所沖水。農村生活污水主要包括廚房廢水、洗衣廢水和淋浴廢水等，其中含有較多的有機物、營養元素和病原菌。

2.2 秸稈特性

在農業生產活動中，玉米、小麥、稻谷、大豆、辣椒等農作物收獲后會產生大量秸稈，這些秸稈的主要成分為纖維素、半纖維素和木質素。常見農作物秸稈的纖維素、半纖維素與木質素含量如表1所示。農作物秸稈中，半纖維素含量很高，半纖維素比較容易被水解為糖類。玉米等常見農作物的秸稈碳氮比為65～85，碳素含量過高，不利于發酵，即使發酵完成，所生產的有機肥仍然碳氮比過高，施于農田后，微生物搶奪氮源，造成土壤缺氮，對農作物生長不利。

3 工藝方案

農村生活污水和秸稈是嚴重的污染源，但將二者有機結合，可以實現生活污水和秸稈的無害化、減量化、資源化處置。目前，較為成熟的工藝方案為好氧堆肥和厭氧發酵[4-7]。應綜合考慮當地生活污水和農作物秸稈的產生量、農村土地的承載力、農戶的接受程度及當地經濟條件等因素，合理進行工藝選擇[8-10]。

3.1 好氧堆肥

好氧堆肥是指在有氧條件下，微生物通過自身的生命代謝活動，依靠好氧微生物（主要是好氧細菌）來進行分解代謝（氧化還原過程）和合成代謝（生物合成過程），使微生物生長繁殖，產生更多的生物體，如圖2所示。微生物把一部分吸收的有機物氧化成簡單的無機物，釋放出生物生長所需要的能量，同時把另一部分有機物轉化成新的細胞物質。好氧堆肥工藝主要分為3部分。

3.1.1 原料預處理

原料預處理的目的是調節混合物料的顆粒度、水分和碳氮比，并適當加入利于物料發酵的菌種，使物料發酵過程能快速進行。將秸稈粉碎后，添加一定比例的生活污水，用以調節秸稈水分和碳氮比，同時添加菌種，促進發酵過程快速進行。秸稈吸水膨脹軟化后易被微生物分解，水分含量一般以占堆制秸稈最大持水量的60%～75%為宜，用手緊握堆肥原料，擠出水滴時最合適。

3.1.2 一次發酵

一次發酵的目的為降低堆肥物料中的揮發性物質，減少臭氣，殺滅寄生蟲卵和病原微生物，達到無害化。它能夠降低有機物含水率，使有機物分解和礦化，并釋放出N、P、K等養分，同時物料變得疏松、分散。一次發酵階段利用翻堆或其他設備使發酵物料充分混合均勻，并強制通風，定時供氧，使水分揮發。堆肥過程中，根據堆肥物料的溫度、水分、氧含量等參數的變化，自動開啟鼓風機曝氣。堆肥溫度可以上升至60 ℃，并持續10 d以上，殺死寄生蟲卵和病原微生物，達到無害化，同時物料含水率大幅度降低，完成一次發酵過程，將發酵后的物料移送至二次發酵區。

3.1.3 二次發酵

二次發酵的目的為將有機物中尚未腐熟的剩余大分子有機物進一步分解、穩定、干燥，以滿足后續制肥工藝的要求。二次發酵周期為0～25 d，一次發酵階段大部分有機物已被降解，物料中的有機物相對較少，因此微生物的生長載體減少，微生物的生長速度和有機物的分解速度都相對減緩，發酵溫度逐漸降低，并穩定在40 ℃，形成腐殖質。此時，物料已經發酵完成，可用作生物有機肥的基料、改良土壤的調理劑、作物栽培基質等，實現農作物秸稈和生活污水的無害化、減量化和資源化處置。

3.2 厭氧發酵

厭氧發酵是指在一定的水分、溫度和厭氧條件下，通過各類微生物的分解代謝實現有機物降解，最終形成甲烷、二氧化碳等混合氣體。厭氧發酵工藝流程如圖3所示。

用粉碎機將秸稈粉碎至1 cm左右的小段，粉碎后的秸稈經鏟車或皮帶送入混合進料池，同時注入一定比例的生活污水，開啟攪拌器使物料混合均勻，混合均勻的物料水解后經泵送入厭氧反應器。物料在厭氧反應器中進行厭氧發酵反應，根據物料濃度和物料特性，厭氧發酵反應時間維持在30 d左右。厭氧發酵產生的沼氣經脫硫凈化后可用作沼氣發電機組和沼氣鍋爐的氣源，也可用于農戶供暖。厭氧發酵出料進行固液分離后，沼渣可用于生產有機肥，也可用作作物栽培基質。沼液經穩定后可直接施用于農田，也可再加工為噴施根外肥、濃縮液肥，同時清液達標排放用于灌溉。最終，農作物秸稈和生活污水通過協同處置實現資源化利用。

4 結論

生活污水和秸稈均是農村的主要污染源，必須實施農村人居環境整治，推進農業農村綠色發展，有效處理農村生活污水和秸稈。農村生活污水和秸稈協同處置是一種可持續的資源綜合利用模式。對于生活污水和秸稈，首先應考慮的是污染屬性，而非資源屬性。如果能享受國家補貼，采用前端處理收費模式，企業會更愿意參與農村生活污水和秸稈的協同處置。因此，相關部門要制定配套政策，加大對農村環境整治的扶持力度，使得農村生活污水和秸稈不再是農村居民的負擔，并大力發展綠色農業，建設生態宜居美麗鄉村。

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