我國農(nóng)村生活污水處理技術(shù)的研究進(jìn)展

夏 興

（中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，南京 210014）

2019年2月28日，國家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布了《2018年國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》，公報(bào)顯示，截至2018年末，我國大陸總?cè)丝?39 538 萬人，其中城鎮(zhèn)常住人口為83 137 萬人，占總?cè)丝诘谋戎兀ǔＷ∪丝诔擎?zhèn)化率）為59.58%，因此農(nóng)村依然分布有大量人口，農(nóng)村排放的生活污水量巨大。研究表明，農(nóng)村生活污水含有大量有機(jī)物、氮、磷及病原微生物，隨意排放不僅會(huì)污染地表水和地下水，也會(huì)影響環(huán)境衛(wèi)生，威脅農(nóng)村居民的身體健康。近年來，我國已經(jīng)意識(shí)到改善農(nóng)村環(huán)境問題的重要性，并將加強(qiáng)農(nóng)村生態(tài)建設(shè)、建設(shè)美麗鄉(xiāng)村作為國家發(fā)展的重要戰(zhàn)略決策。目前，我國農(nóng)村生活污水處理研究還處于試驗(yàn)階段，以往文獻(xiàn)多針對(duì)某一技術(shù)或某一地區(qū)進(jìn)行研究，相關(guān)對(duì)比分析的文獻(xiàn)很少。因此，本文概述了我國農(nóng)村生活污水的特點(diǎn)及收集管理方式，總結(jié)了現(xiàn)有農(nóng)村生活污水的生物、生態(tài)及生物-生態(tài)組合處理方式，并對(duì)相關(guān)處理技術(shù)的適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比分析。

1 我國農(nóng)村生活污水特點(diǎn)及收集管理方式

1.1 農(nóng)村生活污水特點(diǎn)

我國農(nóng)村生活污水主要分為兩類，一類是灰水，主要包括洗浴、洗滌、廚房排水等；一類為黑水，主要包括人畜糞尿及糞便沖洗水等。有研究發(fā)現(xiàn)，生活污水中95%的TN、90%的TP 和50%的COD 均分布于黑水中，灰水中有機(jī)質(zhì)相對(duì)較少，污水碳氮比較低，而且一般排放量比黑水大。另外，兩種污水中可能均含有病原微生物。我國農(nóng)村人口眾多，每年生活污水產(chǎn)量約80 億t[1]。但是，農(nóng)村地區(qū)分布范圍廣，村民居住分散，相較于城市而言，片區(qū)內(nèi)污水排放量較小，具有來源復(fù)雜、水質(zhì)變化較大、排放間歇性等特點(diǎn)[2-3]。多數(shù)地區(qū)村民采用隨意潑灑、無組織排放的方式處置生活污水，使污水很容易隨雨水匯入地表徑流或滲透到地下水中，造成地表水和地下水的污染，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化加劇[4]。

1.2 農(nóng)村生活污水收集管理方式

我國農(nóng)村生活污水的處理很大程度上與污水的收集方式相關(guān)，收集方式的不同直接影響后續(xù)水處理方式的選擇，在現(xiàn)有收集管理模式中，黑水與灰水一般不單獨(dú)收集。目前，農(nóng)村污水的收集處理方式主要有三種，即納入城市污水處理系統(tǒng)集中處理、村組處理、分戶處理，具體情況如表1所示[5]。

表1 農(nóng)村生活污水收集處理方式比較

2 農(nóng)村生活污水處理技術(shù)

由于我國幅員遼闊，南北方氣候差異明顯，農(nóng)村各地環(huán)境狀況不一，生活污水收集困難等因素限制，加之農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)條件相對(duì)較差，相關(guān)處理工藝難以有效運(yùn)行和維護(hù)管理，使得污水處理技術(shù)較難到達(dá)滿意的效果。因此，研究應(yīng)用范圍廣、運(yùn)行操作簡便的農(nóng)村分散污水處理方式十分必要。目前，農(nóng)村分散式生活污水處理主要分為生物處理和生態(tài)處理兩種，當(dāng)單級(jí)生物處理或生態(tài)處理難以達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，常采用生物-生態(tài)組合處理工藝。

2.1 生物處理

2.1.1 生物濾池

生物濾池是目前比較常用的農(nóng)村分散式生活污水生物處理技術(shù)。生物濾池是由濾料構(gòu)成的生物處理構(gòu)筑物，通過濾料表面微生物的降解作用及濾料的截留、過濾作用凈化污水。傳統(tǒng)生物濾池為滴濾池，隨后出現(xiàn)了如曝氣生物濾池、厭氧生物濾池、反硝化濾池及多級(jí)組合濾池等多種工藝。

曝氣生物濾池是最為常見的生物濾池之一。在濾池內(nèi)添加濾料，如煤渣、固體廢棄物、復(fù)合材料等，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行曝氣，污水流經(jīng)濾料及其表面的生物膜后，有機(jī)物可得到有效的去除[6]。由于缺少厭氧、缺氧段，TN 去除效果較差，曝氣生物濾池常需與缺氧池、厭氧池組合應(yīng)用。該技術(shù)具有操作簡單、成本低、集成化高等特點(diǎn)，適合處理農(nóng)村生活污水[6]。

2.1.2 沼氣技術(shù)

沼氣技術(shù)利用產(chǎn)甲烷菌在厭氧條件下產(chǎn)生甲烷的原理，將農(nóng)村生活污水和一些固體廢棄物如秸稈、畜禽糞便等進(jìn)行混合發(fā)酵，產(chǎn)生的沼氣可供農(nóng)戶作為燃料使用，沼液可用于農(nóng)田灌溉，沼渣可用作飼料，它是資源利用的有效方法。沼氣發(fā)酵工藝較早服務(wù)于中國農(nóng)村建設(shè)，截至2000年，中國農(nóng)村已經(jīng)建成沼氣池848 萬個(gè)，但沼氣池的使用過程中存在較多問題，例如，沼氣池維護(hù)管理及服務(wù)不足，沼氣池出現(xiàn)故障后得不到及時(shí)的修整，不僅影響農(nóng)戶正常生活，而且存在較多的安全隱患。另外，沼氣的產(chǎn)量不穩(wěn)定且品質(zhì)無法保證，沼液、沼渣的安全性問題存疑等，導(dǎo)致目前農(nóng)村沼氣池利用率較低，農(nóng)戶利用沼氣的積極性不高。

2.2 生態(tài)處理

2.2.1 土壤滲濾處理工藝

土壤滲濾處理包括土壤慢速滲濾處理、土壤快速滲濾處理和地下滲濾處理，主要利用土壤—植物—微生物組合系統(tǒng)處理污水。土壤慢速滲透處理將污水緩慢分布在自然土壤與植物復(fù)合系統(tǒng)中，該方法負(fù)荷小、處理量有限且衛(wèi)生條件較差，在實(shí)際應(yīng)用中使用較少。地下滲濾系統(tǒng)通過將污水注入到距離地面一定高度的土層中，改善了地表衛(wèi)生環(huán)境，是目前最受關(guān)注的土壤滲濾處理工藝。研究人員針對(duì)滲濾系統(tǒng)中填料的成分、配比等進(jìn)行了大量的研究，例如，在土壤中加入煤渣，在土壤中加入粉煤灰和腐熟牛糞等，均能在一定程度上提高氮磷的去除效果[7-8]。

2.2.2 穩(wěn)定塘

穩(wěn)定塘又稱氧化塘，是利用稀釋、絮凝、微生物、植物等自然凈化的原理處理污水的構(gòu)筑物。穩(wěn)定塘可以依據(jù)地形設(shè)置，構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)較為簡單，但一般水力停留時(shí)間較長，負(fù)荷較小，構(gòu)筑物占地面積較大，容易散發(fā)臭氣，其處理效果受氣候影響較大[9]。為了強(qiáng)化穩(wěn)定塘的優(yōu)勢，人們研究出一系列的新型穩(wěn)定塘，如高效藻類塘、水生植物塘、高效生物厭氧塘等。其中，高效藻類塘是目前最受關(guān)注的穩(wěn)定塘類型之一，該技術(shù)利用藻類的大量繁殖形成菌藻共生系統(tǒng)，系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物、氮磷均有較好的去除效果，而且池深較淺，水力停留時(shí)間較短。

2.2.3 蚯蚓生態(tài)濾池

蚯蚓生態(tài)濾池是由法國和智利研發(fā)的一種人工強(qiáng)化污水生態(tài)處理技術(shù)，該工藝通過蚯蚓的分解作用和填料表面生物膜的作用去除污染物，近年大量研究將其與植物生態(tài)系統(tǒng)相結(jié)合。該技術(shù)建設(shè)成本低，操作簡便，適合戶級(jí)或片區(qū)級(jí)的小規(guī)模應(yīng)用，但研究表明蚯蚓對(duì)TP 的去除貢獻(xiàn)較小，冬季系統(tǒng)處理效果明顯變差，同時(shí)蚯蚓和植物的大量死亡使得系統(tǒng)負(fù)荷嚴(yán)重增加。資料顯示，上海市嘉定區(qū)錢門村采用蚯蚓生態(tài)濾池工藝，為57 戶村民處理生活污水，日處理量為60 m3，處理后出水可達(dá)到一級(jí)B 標(biāo)準(zhǔn)[10]。

2.3 生物-生態(tài)組合處理

在實(shí)際污水處理中，使用單級(jí)的生物處理技術(shù)或生態(tài)處理技術(shù)有時(shí)難以達(dá)到預(yù)期的處理效果，為了提高有機(jī)物、氮磷的處理效能，常采用生物處理與生態(tài)處理相結(jié)合的方法。采用A2O-人工濕地組合系統(tǒng)處理農(nóng)村生活污水，工藝包含好氧、厭氧、缺氧池，連接地表流人工濕地，具有污染物去除效率高、系統(tǒng)運(yùn)行操作簡單、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，最終出水可達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)；采用生物濾池-表面流人工濕地-穩(wěn)定塘處理農(nóng)村生活和養(yǎng)殖混合污水，NH4+-N、TN、TP、COD的去除率分別為93.8%、93.4%、90.2%和86.0%，最終出水可達(dá)到一級(jí)B 標(biāo)準(zhǔn)。在組合工藝的選擇過程中，需要考慮各技術(shù)的原理、優(yōu)勢與劣勢等因素，將生物處理與生態(tài)處理有機(jī)結(jié)合，盡可能發(fā)揮生物處理和生態(tài)處理各自的優(yōu)勢。

3 結(jié)論

目前，農(nóng)村生活污水處理技術(shù)的基礎(chǔ)研究已經(jīng)取得了一定的成效，可供選擇的污水處理技術(shù)較多，但是實(shí)際應(yīng)用推廣存在較多困難。例如，相關(guān)主管部門在工藝建設(shè)時(shí)缺乏系統(tǒng)、科學(xué)的技術(shù)指導(dǎo)；村民缺乏相關(guān)技術(shù)知識(shí)，難以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)、有效的維護(hù)；村民應(yīng)用技術(shù)的積極性不高等。因此，人們可以從以下幾個(gè)方面著手：技術(shù)層面，開發(fā)適用范圍廣、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、維護(hù)簡單的分散式一體化工藝，針對(duì)季節(jié)及地域等變化建立靈活的調(diào)控方案；管理層面，對(duì)村鎮(zhèn)污水收集情況、處理設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行在線監(jiān)測并對(duì)相關(guān)運(yùn)維人員進(jìn)行統(tǒng)一培訓(xùn)、管理，將智慧水務(wù)應(yīng)用于村鎮(zhèn)污水處理管理中；政策法規(guī)層面，完善農(nóng)村污水處理法律法規(guī)，建立可靠的污水排放標(biāo)準(zhǔn)，通過政策鼓勵(lì)村民積極參與生活污水處理行動(dòng)；環(huán)保意識(shí)層面，提升村民的環(huán)保意識(shí)，增加村民的環(huán)保知識(shí)。當(dāng)前，人們要積極采納和落實(shí)相關(guān)措施，全面推進(jìn)農(nóng)村生活污水的治理。