江西省農(nóng)村生活污水處理關(guān)鍵技術(shù)適應(yīng)性比選

曹騰飛 孔瓊菊 盧江海

摘要：農(nóng)村生活污水處理技術(shù)和工藝的選擇關(guān)系到污水處理設(shè)施建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)成本，為落實(shí)中共中央辦公廳國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于印發(fā)《農(nóng)村人居環(huán)境整治三年行動(dòng)方案》的通知，提升農(nóng)村生活污水治理水平，從國(guó)內(nèi)外農(nóng)村生活污水治理現(xiàn)狀入手，對(duì)江西省農(nóng)村水環(huán)境排放特征和存在問(wèn)題進(jìn)行了梳理，對(duì)江西省農(nóng)村生活污水處理關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了適應(yīng)性比選，并給出了相應(yīng)的建議。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村生活污水;治理;關(guān)鍵技術(shù);比選;建議;江西省

中圖分類號(hào)：X52 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2020）01-0044-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.01.009 ? ? ? ? ? 開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Abstract： The choice of rural domestic sewage treatment technology and process is related to the construction， operation and maintenance costs of sewage treatment facilities. In order to implement the notice of the General Office of the Central Committee of the Communist Party of China on printing and distributing Three-Year Plan for Rural Residential Environment Remediation，and improve the level of rural domestic sewage treatment， begining with the current situation of rural domestic sewage treatment at home and abroad， the discharge characteristics and existing problems of rural water environmental in Jiangxi province were sorted out， a comparison on the key technologies of rural domestic sewage treatment was made， and corresponding suggestions were put forward.

Key words： rural domestic sewage; treatment; key technologies; comparison; recommendation; Jiangxi province

中國(guó)農(nóng)村居住生活著2億多農(nóng)戶，全國(guó)農(nóng)村每年產(chǎn)生生活污水約80多億噸[1]。農(nóng)村生活污水引起的面源污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，生活污水中含有較高的人畜糞尿成分，氮、磷含量較高[2，3]。由于治理資金短缺和農(nóng)村水環(huán)境保護(hù)意識(shí)不夠等多方面的因素，許多農(nóng)村地區(qū)的生活污水仍然是未經(jīng)處理直接排放。江西省是中國(guó)農(nóng)業(yè)大省，農(nóng)村區(qū)域面積較廣，人口較多，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低;隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及農(nóng)村居民一直以來(lái)沿襲傳統(tǒng)的生活習(xí)慣，對(duì)保持鄱陽(yáng)湖“一湖清水”造成了巨大的壓力。江西省農(nóng)村水環(huán)境整治是解決鄱陽(yáng)湖流域水質(zhì)惡化及湖泊富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題的重要措施之一，不僅能夠改善農(nóng)村居民生活環(huán)境、提高生活質(zhì)量，而且對(duì)改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

1 ?農(nóng)村生活污水治理現(xiàn)狀

1.1 ?國(guó)外農(nóng)村生活污水治理現(xiàn)狀

國(guó)外在研究農(nóng)村生活污水治理技術(shù)的起步較早，在20世紀(jì)70年代以后，發(fā)達(dá)國(guó)家點(diǎn)源和城市污染治理已基本完成。美國(guó)在19世紀(jì)就開(kāi)始建設(shè)農(nóng)村污水處理設(shè)施，目前美國(guó)約有1/4的人口和1/3的新建社區(qū)在使用分散型污水處理設(shè)施[4]。挪威以集成式小型污水凈化裝置使用為主，如移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器、生物轉(zhuǎn)盤(pán)等;澳大利亞提出了Filter處理工藝，是一種集過(guò)濾、土地處理、地下排水于一體的污水回用系統(tǒng)[5]。在日本，新型的膜分離技術(shù)槽已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用，用于生化需氧量（BOD）與氮的深度處理[6]。韓國(guó)研究了一種濕地污水處理系統(tǒng)用于農(nóng)村污水處理，實(shí)質(zhì)上是一種土地-植物系統(tǒng)，污水中的污染物質(zhì)經(jīng)過(guò)濕地、土壤和微生物的共同作用，最終轉(zhuǎn)變成無(wú)害物質(zhì)[7]。

污水處理后是能夠循環(huán)利用的，這樣可以提高污水的利用率。在西方國(guó)家，對(duì)處理后的污水利用率是非常高的，這些處理后的污水主要用在城市綠化、農(nóng)業(yè)灌溉、市政用水等方面，當(dāng)然，在使用前必須要確保處理后的水達(dá)到預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)。污水處理與利用是解決水源緊缺、提高生態(tài)環(huán)境保護(hù)水平的重要舉措。

1.2 ?國(guó)內(nèi)農(nóng)村生活污水治理現(xiàn)狀

中國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，隨著農(nóng)村水環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，治理農(nóng)村污水是首要的難題。國(guó)內(nèi)于20世紀(jì)80年代末期才開(kāi)始開(kāi)展關(guān)于農(nóng)村生活污水生態(tài)治理的研究，與西方國(guó)家存在較為明顯的差距。不過(guò)近幾年，由于“三河”“三湖”污染的加重，國(guó)內(nèi)開(kāi)始逐漸重視農(nóng)村水源治理。浙江省是農(nóng)村污水治理實(shí)施最早的省份，早在2003年就通過(guò)“千村示范、萬(wàn)村整治”工程來(lái)治理農(nóng)村污水問(wèn)題，經(jīng)過(guò)不斷努力，農(nóng)村水源得到了極大改善。天津市在各區(qū)縣建設(shè)了一批農(nóng)村污水處理設(shè)施試點(diǎn)以改善河道水質(zhì)、保護(hù)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，污水處理后的水用于農(nóng)田灌溉[8]。上海市奉賢區(qū)南橋鎮(zhèn)2010年開(kāi)展了黑臭河道整治工程和農(nóng)村生活污水處理工程等項(xiàng)目[9]。與此同時(shí)，江西省為改善農(nóng)村水環(huán)境現(xiàn)狀和農(nóng)村居民生活環(huán)境，在新余、九江等地開(kāi)展了農(nóng)村水環(huán)境整治試點(diǎn)工作，先后建立了一批污水處理示范工程[10]。

2018年生態(tài)環(huán)境部和住建部聯(lián)合發(fā)文《關(guān)于加快制定地方農(nóng)村生活污水處理排放標(biāo)準(zhǔn)的通知》，加上將發(fā)布的《農(nóng)村污水處理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，意味著中國(guó)將初步構(gòu)建起農(nóng)村污水治理標(biāo)準(zhǔn)體系，標(biāo)志著全國(guó)農(nóng)村污水治理進(jìn)入嶄新階段。

2 ?江西省農(nóng)村水環(huán)境現(xiàn)狀存在的問(wèn)題

2.1 ?江西省農(nóng)村污水排放特征

江西省農(nóng)村地區(qū)的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)較弱，目前的治理模式主要有集中式處理模式和分散式處理模式。農(nóng)村生活污水排放一般呈粗放型，生活污水量比較小，沒(méi)有固定的污水排放口、排放比較分散且涉及范圍廣、隨機(jī)性強(qiáng)，變化幅度較大。因此，污水排放呈現(xiàn)出的特點(diǎn)就是流量小、分散且日變化系數(shù)大，呈不連續(xù)排放狀態(tài)，上午、中午、下午各有1個(gè)高峰時(shí)段，夜間排水量小。

2.2 ?江西省農(nóng)村水環(huán)境存在的問(wèn)題

農(nóng)村排水系統(tǒng)的建設(shè)一直以來(lái)都缺少科學(xué)、合理的規(guī)劃，導(dǎo)致農(nóng)村水系出現(xiàn)了不同程度的水質(zhì)問(wèn)題。江西省在農(nóng)村水污染治理方面也采取了一系列措施，通過(guò)改廁、改水等方式提高了農(nóng)村水質(zhì)，使得農(nóng)村水環(huán)境得到了一定改善。但由于投入資金有限、管理不當(dāng)?shù)仍?，農(nóng)村水環(huán)境仍存在一些問(wèn)題。第一，生活污水收集系統(tǒng)不完善。江西省有一部分農(nóng)村建立了污水收集系統(tǒng)但雨污并未分流，大部分農(nóng)村未進(jìn)行污水收集管網(wǎng)改造，污水隨意排放。第二，污水收集處理難度大。江西省是農(nóng)業(yè)大省，農(nóng)村人口多且分布廣，地域差異較大，地形復(fù)雜，布局分散，使得對(duì)污水的收集處理難度增大。第三，經(jīng)處理的污水仍不能達(dá)標(biāo)排放。江西省大部分村莊基本都建造了化糞池，但目前鄉(xiāng)村污水治理還面臨諸多困境，很多污水未處理達(dá)標(biāo)就直接被排放。第四，畜禽糞便污染嚴(yán)重。農(nóng)村養(yǎng)殖污水并未得到有效改善，也沒(méi)有建立對(duì)應(yīng)的污水處理體系，畜禽糞便隨意堆放，很多直接流入河流當(dāng)中，對(duì)水源造成嚴(yán)重污染。第五，農(nóng)村水資源調(diào)蓄工程功能衰減，水體自凈能力降低。分布在江西省農(nóng)村縱橫交錯(cuò)的河網(wǎng)、池塘、溝渠基本無(wú)清污措施，村塘水體交換僅僅依靠雨水，過(guò)流及調(diào)蓄能力明顯不足，日積月累，水體自凈能力明顯降低。第六，農(nóng)村生活垃圾威脅農(nóng)村水環(huán)境。雖然江西省村莊里都建有生活垃圾收集設(shè)施，但是由于居民環(huán)保意識(shí)薄弱和長(zhǎng)期養(yǎng)成的習(xí)慣，在村塘和溝渠中仍可看到丟棄的生活垃圾。生活垃圾伴隨著生活污水中殘?jiān)诖逄梁蜏锨俜e下來(lái)，導(dǎo)致農(nóng)村溝道和河道一點(diǎn)點(diǎn)喪失輸水、排水和景觀等功能。第七，缺乏長(zhǎng)效運(yùn)行維護(hù)管理機(jī)制。由于農(nóng)村生活污水治理工作剛起步不久，農(nóng)村沒(méi)有專業(yè)污水處理技術(shù)人員，難以做到長(zhǎng)效的跟蹤監(jiān)測(cè)。

3 ?農(nóng)村生活污水處理關(guān)鍵技術(shù)適應(yīng)性比選

3.1 ?農(nóng)村生活污水處理關(guān)鍵技術(shù)

目前，江西省農(nóng)村生活污水有分布面廣且分散、排水量少且波動(dòng)較大、氮磷濃度高且含有大量的營(yíng)養(yǎng)鹽和細(xì)菌等特點(diǎn)。生活污水處理工藝主要有人工濕地、土壤地下滲濾、穩(wěn)定塘、氧化溝、復(fù)合塔式生物濾池、膜生物反應(yīng)器、A/A/O工藝、A/O生物處理工藝等。

3.1.1 ?人工濕地技術(shù) ?在20世紀(jì)70年代，人工濕地技術(shù)開(kāi)始實(shí)施。這種技術(shù)主要由濕地系統(tǒng)以及設(shè)計(jì)體系構(gòu)成，通過(guò)植物、填料、微生物等方式實(shí)現(xiàn)污水的凈化。其系統(tǒng)主要包括人工濕地以及預(yù)處理系統(tǒng)兩個(gè)部分。人工濕地的優(yōu)點(diǎn)為成本低、管理便捷、美化環(huán)境等，但也存在污染負(fù)荷較低、占地面積較大、處理效果易受季節(jié)影響等不足。

3.1.2 ?土壤地下滲濾處理技術(shù) ?這種技術(shù)主要是將污水引入到滲透能力較強(qiáng)的土壤中，然后污水在滲透的過(guò)程中通過(guò)土壤體系當(dāng)中的微生物、化學(xué)、物理、植被等作用來(lái)實(shí)現(xiàn)凈化。其優(yōu)點(diǎn)為投資費(fèi)用少、無(wú)能耗、運(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)管理簡(jiǎn)便等，不足是污染負(fù)荷較低、占地面積較大、設(shè)計(jì)不當(dāng)容易堵塞、易污染地下水等。

3.1.3 ?氧化溝處理技術(shù) ?氧化溝是活性污泥法的一種變型，通過(guò)延長(zhǎng)水和生物固體的停留時(shí)間，降低有機(jī)污染負(fù)荷。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)與設(shè)備簡(jiǎn)單，投資較低;采用低負(fù)荷運(yùn)行，剩余污泥少，處理效果較好。但其不足則是運(yùn)行管理復(fù)雜、占地面積大、耗電高于曝氣池等。

3.1.4 ?穩(wěn)定塘技術(shù) ?穩(wěn)定塘技術(shù)主要是通過(guò)人工修理的方式對(duì)土地進(jìn)行改善，在池塘當(dāng)中設(shè)置相應(yīng)的防滲層及圍堤，通過(guò)植被的作用來(lái)對(duì)污染進(jìn)行凈化。這種凈化模式與自然水源的凈化方式類似，都是采用水生植物方式來(lái)實(shí)現(xiàn)污染物的分解，以此達(dá)到凈化目的。穩(wěn)定塘的優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資較低、運(yùn)行費(fèi)用較低、無(wú)能耗或低能耗、維護(hù)管理簡(jiǎn)便等;不足則是負(fù)荷低、占地面積大、處理效果隨季節(jié)波動(dòng)大，且如果設(shè)計(jì)或運(yùn)行管理不當(dāng)，可能會(huì)造成二次污染。

3.1.5 ?復(fù)合塔式生物濾池 ?復(fù)合塔式生態(tài)濾池由3級(jí)濾池組成，第一級(jí)濾池為高位配水厭氧濾池，主要在濾料的作用下對(duì)污水當(dāng)中的SS、COD等污染物進(jìn)行吸附，以達(dá)到凈化作用，這種凈化方式能夠減少微生物的消耗，降低水中淤泥的產(chǎn)生;第二、第三級(jí)濾池內(nèi)部含有濾料層，其厚度約30 cm，內(nèi)部主要生物為蚯蚓，通過(guò)蚯蚓來(lái)對(duì)污水雜物進(jìn)行分解。同時(shí)，蚯蚓還能夠?qū)崿F(xiàn)有機(jī)物的有效分解，增強(qiáng)微生物活性。

復(fù)合塔式生態(tài)濾池的優(yōu)點(diǎn)為造價(jià)低、運(yùn)行費(fèi)用低、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、出水水質(zhì)穩(wěn)定、技術(shù)成熟、操作管理簡(jiǎn)便等;缺點(diǎn)是在寒冷地區(qū)不宜使用。

3.1.6 ?膜生物反應(yīng)器 ?膜生物反應(yīng)器簡(jiǎn)稱MBR，這是一種復(fù)合型處理技術(shù)，是生物反應(yīng)器技術(shù)與高效膜分離技術(shù)進(jìn)行結(jié)合之后所形成的。這種反應(yīng)器主要包括生物反應(yīng)器以及膜分離，其中前者內(nèi)部含有好氧生物，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)有機(jī)物的分解，而且還具備硝化菌，能夠分解污水當(dāng)中的氮氨，后者主要在固液分離方面具有高效作用。膜生物反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)為管理便捷、排水水質(zhì)穩(wěn)定、節(jié)省空間、抗負(fù)荷能力強(qiáng)等;缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴、設(shè)備要求較高，需要具備曝氣、出水泵等，成本較高。

3.1.7 ?A/A/O工藝 ?A/A/O工藝在脫氮、脫磷方面具有較好作用。該工藝內(nèi)部主要由好氧、缺氧、厭氧段3部分構(gòu)成，主要有傳統(tǒng)A/A/O工藝及倒置式A/A/O工藝等。A/A/O工藝的優(yōu)點(diǎn)為工藝穩(wěn)定可靠、脫氮除磷效果好、出水水質(zhì)較好、便于集中管理等;缺點(diǎn)是耐沖擊負(fù)荷能力相對(duì)較弱。

3.1.8 ?A/O生物處理工藝 ?A/O生物處理工藝主要依賴于附著在填料上的多種微生物來(lái)完成工藝過(guò)程。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是投資省、運(yùn)行費(fèi)用低、電耗低、占地面積少、耐沖擊負(fù)荷高、運(yùn)行穩(wěn)定;缺點(diǎn)是缺乏污泥回流體系，難以培養(yǎng)功能性污泥，無(wú)法有效實(shí)現(xiàn)難分解物的降解。

3.2 ?關(guān)鍵技術(shù)適應(yīng)性比選

3.2.1 ?工藝比選 ?從排放標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)、污染物處理效果、工程建設(shè)、出水水質(zhì)穩(wěn)定性、耐沖擊負(fù)荷能力、運(yùn)行維護(hù)成本、適用條件等方面對(duì)8種生活污水處理工藝進(jìn)行了綜合比選，具體見(jiàn)表1。由比選結(jié)果綜合分析可知，氧化溝處理技術(shù)更適合經(jīng)濟(jì)條件較好、人口較多且不具備建設(shè)人工濕地和穩(wěn)定塘的地形條件的鄉(xiāng)鎮(zhèn);人工濕地更適用于土地利用不緊張、強(qiáng)調(diào)生態(tài)化的農(nóng)村區(qū)域;復(fù)合塔式生物濾池更適用于居民分布相對(duì)集中、土地資源短缺、資金緊張的鄉(xiāng)鎮(zhèn);A/O工藝更適用于水體中氨氮含量較高的農(nóng)村區(qū)域;A/A/O工藝更適用于水體中氮、磷含量較高的農(nóng)村區(qū)域;MBR更適用于土地資源短缺、經(jīng)濟(jì)條件較好、對(duì)自動(dòng)化程度要求較高或?qū)Τ鰪S水水質(zhì)要求高的鄉(xiāng)鎮(zhèn);土地滲濾處理更適用于資金短缺、土地面積相對(duì)豐富且具有良好滲濾性能土壤（如沙土、礫石性沙土等）的農(nóng)村區(qū)域;穩(wěn)定塘技術(shù)更適用于具有自然低洼坑塘或有較大面積閑置水溝或池塘的農(nóng)村區(qū)域。

3.2.2 ?經(jīng)濟(jì)比選 ?經(jīng)濟(jì)比選主要從集中式污水處理廠投資（參考）、集中式污水處理廠運(yùn)行費(fèi)用（參考）、分散式污水處理廠投資（參考）、分散式污水處理廠運(yùn)行費(fèi)用（參考）4個(gè)方面進(jìn)行綜合比選，結(jié)果見(jiàn)表2至表5，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況因地制宜地選擇資金符合投資要求的處理工藝。

4 ?結(jié)論與建議

4.1 ?結(jié)論

工藝比選分析主要側(cè)重于污染物處理效果、出水穩(wěn)定性、耐沖擊負(fù)荷能力及適用條件等方面;經(jīng)濟(jì)比選分析主要側(cè)重于污水處理廠（不包括管網(wǎng)）基建投資、運(yùn)行管理費(fèi)用及出廠水標(biāo)準(zhǔn)等方面。由比選結(jié)果綜合分析得出以下結(jié)論：農(nóng)村集中污水處理一般推薦氧化溝、人工濕地及MBR處理技術(shù);分散處理一般推薦土壤地下滲透、人工濕地、復(fù)合塔式生物濾池及穩(wěn)定塘技術(shù);對(duì)需要去除氨氮的推薦A/O生物處理工藝;需要去除氮、磷的推薦A/A/O生物處理工藝。

4.2 ?建議

根據(jù)江西省農(nóng)村水環(huán)境現(xiàn)狀，在全面分析與總結(jié)國(guó)內(nèi)外農(nóng)村生活污水處理技術(shù)與工藝的基礎(chǔ)上，通過(guò)建立比選分析，并綜合考慮投資和運(yùn)行費(fèi)用、處理效果等因素，提出以下建議。

1）如果鄉(xiāng)村人口相對(duì)集中，規(guī)模較大，整體經(jīng)濟(jì)水平相對(duì)較高，那么比較適合采用敷設(shè)污水管的方式對(duì)污水進(jìn)行集中收集處理;如果鄉(xiāng)村人口相對(duì)稀少，分布比較分散，那么就可以通過(guò)污水就近搜集的方式對(duì)其進(jìn)行處理。

2）充分利用村莊地形地勢(shì)、水塘及閑置地，結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)，選擇與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展相吻合的污水處理方式，要在力所能及的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)污水的有效處理，要盡量達(dá)到經(jīng)濟(jì)、高效、便捷。

3）常見(jiàn)的人工濕地有3種類型，不同類型的人工濕地在構(gòu)造、占地、成本、處理效果、季節(jié)影響程度、衛(wèi)生狀況等方面不盡相同，在選擇人工濕地時(shí)綜合考慮濕地各自的優(yōu)缺點(diǎn)、村莊的實(shí)際情況以及排水要求等因素，盡量選擇對(duì)除磷效果較明顯的濕地類型、濕地植物和濕地基質(zhì)。

4）集中處理污水工藝可單獨(dú)選擇氧化溝、人工濕地、A/A/O工藝、A/O工藝和MBR技術(shù)，也可選擇組合模式，如A/O工藝+人工濕地、氧化溝+A/O工藝+人工濕地等。

5）分散式處理污水工藝可單獨(dú)選擇小型人工濕地、復(fù)合塔式生物濾池、人工濕地、土地滲濾處理和穩(wěn)定塘，也可選擇組合模式，如穩(wěn)定塘+小型人工濕地、土地滲濾處理+小型人工濕地等。

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