農(nóng)村生活污水的生態(tài)化治理模式分析

范國(guó)榮

（江蘇省宿遷環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇 宿遷 223800）

雖然相對(duì)于城市，我國(guó)農(nóng)村“地廣人稀”，但農(nóng)村居民在生活中也會(huì)不斷地產(chǎn)生一定數(shù)量的廢水，其中包括排泄物和洗衣廢水、餐廚廢水等，被分為“黑水”和“灰水”等不同類(lèi)型。在實(shí)際生活中，農(nóng)村生活廢水直接排放或由農(nóng)民自行處理，給農(nóng)村生態(tài)環(huán)境造成的危害值得重視[1]。相比于城市，農(nóng)村擁有更為廣闊的空間，也擁有基于耕地、養(yǎng)殖為主的產(chǎn)業(yè)，因此污水處理更適合借助生態(tài)化治理的模式來(lái)進(jìn)行處理，因此分析和總結(jié)農(nóng)村污水的生態(tài)化處理模式十分必要。

1 農(nóng)村生活污水概述

1.1 農(nóng)村生活污水的組成

農(nóng)村生活污水組成主要包括：①如廁污水。主要是人類(lèi)排泄所產(chǎn)生的污水。現(xiàn)階段部分東部農(nóng)村已經(jīng)建立了排水系統(tǒng)，但多數(shù)農(nóng)村依然以露天廁所為主。在很多學(xué)者的觀念中，農(nóng)村的牲畜排泄物也被視為該類(lèi)污水。②洗滌污水。主要是對(duì)衣物、床單等進(jìn)行洗滌所產(chǎn)生的污水。③廚余污水。村民做飯、刷鍋刷碗所產(chǎn)生的污水。傳統(tǒng)農(nóng)戶(hù)如果飼養(yǎng)家畜，這部分污水往往被作為牲畜的飲用水，但隨著農(nóng)村社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，家庭畜禽飼養(yǎng)越來(lái)越少，這部分污水就很容易被直接排放。

1.2 農(nóng)村生活污水的特點(diǎn)

相對(duì)其他類(lèi)型的污水，農(nóng)村生活污水具有如下特點(diǎn)：①排放時(shí)間的無(wú)序性。農(nóng)村生活污水的排放沒(méi)有時(shí)間規(guī)律，具有隨意的特點(diǎn)，這與農(nóng)村居民生活缺乏規(guī)律性有直接關(guān)系。②排放空間的無(wú)序性。與城市、工業(yè)區(qū)有統(tǒng)一的排污渠道不同，我國(guó)多數(shù)農(nóng)村尚未建設(shè)下水道系統(tǒng)，農(nóng)村污水多被村民隨意排放在住所周邊區(qū)域，有些則排放在周邊的水渠和河道里，從而對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成危害。③其中多不含重金屬污染物。和工業(yè)區(qū)的廢水不同，農(nóng)村生活污水中的污染物多含氮、磷、鉀等無(wú)機(jī)物，以及一些油脂類(lèi)有機(jī)物，這些物質(zhì)很容易通過(guò)生態(tài)化技術(shù)進(jìn)行處理，這為我們選擇生態(tài)化處理模式提供了機(jī)會(huì)。

1.3 農(nóng)村生活污水的危害

雖然不含大量的重金屬污染物，但農(nóng)村污水的長(zhǎng)期隨意排放也會(huì)帶來(lái)一些危害。①帶來(lái)污染，產(chǎn)生病源。農(nóng)村污水直接排放在戶(hù)外土地上會(huì)給周邊的土壤和地下水帶來(lái)污染，且很難杜絕消化道病菌產(chǎn)生的來(lái)源。②污染地表水。不少生活污水直接排放在池塘、水渠、河道，很容易給水產(chǎn)養(yǎng)殖以及人們的飲用水帶來(lái)污染，最終危及人體健康。③造成黑臭水體和富營(yíng)養(yǎng)化水體。農(nóng)村生活污水所形成的黑臭水體直接影響周邊村民的生活，而富營(yíng)養(yǎng)化的水體也會(huì)危害生態(tài)系統(tǒng)。④滋生蚊蠅等害蟲(chóng)。這些害蟲(chóng)的出現(xiàn)，會(huì)加大各類(lèi)疾病的傳染概率[2]。⑤破壞周邊生態(tài)系統(tǒng)。污染會(huì)使周邊區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)不再穩(wěn)定，同時(shí)也會(huì)進(jìn)一步影響人們的生活環(huán)境，降低居民的生活質(zhì)量，以及獲得感、幸福感和滿(mǎn)足感。

1.4 農(nóng)村生活污水處理的可行性

隨著農(nóng)村社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，目前針對(duì)農(nóng)村污水進(jìn)行生態(tài)化處理產(chǎn)生了契機(jī)，原因在于：①村民對(duì)生活環(huán)境越來(lái)越重視。對(duì)于年輕的村民來(lái)說(shuō)，他們更希望擺脫那種臭水溝、蠅蟲(chóng)肆虐的生活環(huán)境，對(duì)環(huán)境的重視使得村民更愿意配合和支持污水處理問(wèn)題的解決。②污水處理技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)。污水處理模式更為科學(xué)，成本降低，使得生態(tài)化污水處理在農(nóng)村的實(shí)施成為可能。③多數(shù)農(nóng)村地區(qū)的人口增長(zhǎng)已經(jīng)遇到瓶頸，有些地區(qū)人口外流嚴(yán)重，這使得農(nóng)村有了充分的土地和空間建設(shè)污水處理工程。綜上所述，目前我國(guó)多數(shù)農(nóng)村地區(qū)的生活污水處理，已經(jīng)在社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等層面具有了相應(yīng)的可行性。

2 農(nóng)村生活污水生態(tài)化處理的主要模式

根據(jù)現(xiàn)有的生態(tài)化處理污水的技術(shù)，基于農(nóng)村生活污水的組成和特點(diǎn)，本文總結(jié)出農(nóng)村生活污水生態(tài)化處理的主要模式。

2.1 微生物處理模式

即利用微生物的生物活性和新陳代謝，逐步消除污水中的污染物。微生物作為地球上生命活動(dòng)較為原始、體小面大、吸多轉(zhuǎn)快、生長(zhǎng)繁殖快、群體性生活的生物類(lèi)別，能夠?qū)⒋笮偷纳矬w和非生物體進(jìn)行腐化和分解，是地球生態(tài)系統(tǒng)不可或缺的組成部分。微生物通常包括細(xì)菌、病毒、真菌、放線菌、立克次氏體、支原體、衣原體、螺旋體8類(lèi)[3]。在實(shí)踐中，微生物能夠?qū)U水中的各類(lèi)有機(jī)物分解成無(wú)機(jī)物，也可以對(duì)一些無(wú)機(jī)物進(jìn)行轉(zhuǎn)化，生成其他無(wú)害的物質(zhì)。眾所周知，大多數(shù)微生物對(duì)人類(lèi)都是有益的，它們?yōu)槿祟?lèi)的新陳代謝做出了微觀但重要的貢獻(xiàn)。在工業(yè)領(lǐng)域，人類(lèi)也利用微生物生產(chǎn)各類(lèi)產(chǎn)品，發(fā)揮其特殊的效應(yīng)，因此利用微生物進(jìn)行農(nóng)村生活廢水處理是可行的。常見(jiàn)的微生物處理污水技術(shù)可以分為厭氧生物處理、活性污泥法和生物膜法三種。

2.1.1 厭氧生物處理法

（1）厭氧沼氣池污水處理技術(shù)。建設(shè)體積不等的封閉性空間，以人畜排泄物等污水以及農(nóng)作物秸稈為原料，利用厭氧型微生物，使之生成沼氣，并進(jìn)一步作為浴室和家庭炊燒能源；厭氧發(fā)酵處理后的污水可用作澆灌用水和觀賞用水[4]。相比秸稈的直接燃燒，通過(guò)該方式進(jìn)行處理后，其能量利用率提升了四、五倍，沼液、沼渣作飼料同樣提升了一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用率。同時(shí)沼氣池工藝簡(jiǎn)單、成本低，在實(shí)踐中，單戶(hù)小型設(shè)施僅需1 000元左右，無(wú)運(yùn)營(yíng)成本。

（2）升流式厭氧污泥床。該裝置為荷蘭人發(fā)明，已經(jīng)有五十年的歷史，其是一個(gè)立體的結(jié)構(gòu)，底部是污泥，中部是污泥懸浮物，污水從底部進(jìn)入，從頂部流出。污泥層濃度很高，提供了微生物反應(yīng)的區(qū)域，中部的污泥懸浮層上部設(shè)有三相分離器，完成氣、液、固三相的分離，再分別排出。相對(duì)來(lái)說(shuō)，該裝置能夠處理更高污染濃度的城市廢水、工業(yè)廢水，但缺點(diǎn)是裝置成本和運(yùn)營(yíng)成本都比較高，不適合我國(guó)農(nóng)村地區(qū)使用。

（3）厭氧流化床。該設(shè)施是基于固體流態(tài)化技術(shù)的厭氧生物反應(yīng)器而設(shè)置的，其優(yōu)勢(shì)包括處理效率高、有機(jī)負(fù)荷大、占地省，同時(shí)能夠避免厭氧生物濾池的堵塞。

（4）厭氧生物轉(zhuǎn)盤(pán)。該裝置由盤(pán)片、密封的反應(yīng)槽、轉(zhuǎn)軸及驅(qū)動(dòng)裝置等組成，盤(pán)片有許多生物膜，而反應(yīng)槽中也有很多污泥和厭氧的微生物，盤(pán)片的轉(zhuǎn)動(dòng)使得污水能夠得到處理并排出。

2.1.2 活性污泥法

（1）連續(xù)循環(huán)曝氣系統(tǒng)工藝。污水需要經(jīng)過(guò)一定的處理，然后通過(guò)連續(xù)的方式進(jìn)入預(yù)反應(yīng)池，這里的某些微生物可以吸附其中的BOD等，混合慢速進(jìn)度反應(yīng)池先后利用曝氣、閑置、沉淀、排水的過(guò)程實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的最終處理。因?yàn)槟軌蛟诤醚跷⑸锱c厭氧微生物之間進(jìn)行切換，所以能夠?qū)崿F(xiàn)去碳、脫氮、除磷。該工藝的優(yōu)勢(shì)是去除效果好，對(duì)氮、磷等去除率都達(dá)到了80%以上。

（2）序批式活性污泥法。該方法集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，在使用中具有間歇式的特點(diǎn)，將污水分批并按順序處理，由進(jìn)水、曝氣、沉淀、排水和閑置等工序組成，循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。相對(duì)來(lái)說(shuō)該設(shè)施靈活性更高，可有效去除農(nóng)村生活污水中常見(jiàn)的氮、磷等，也不用對(duì)污泥進(jìn)行回流，工藝更簡(jiǎn)易、成本較低、占用空間較少，容易操作。

（3）A/O工藝法。該法也叫缺氧好氧工藝法，該方法由脫氧部分和好氧部分組成，其共同的目的是對(duì)氮和磷的去除。其優(yōu)勢(shì)是流程簡(jiǎn)單、反硝化反應(yīng)充分、內(nèi)循環(huán)順暢。

2.1.3 生物膜法

（1）生物濾池。將碎石、塑料品、玻璃品等構(gòu)造成一個(gè)含有很多空間的結(jié)構(gòu)體，在其中促進(jìn)某些微生物生長(zhǎng)，使其在污水經(jīng)過(guò)時(shí)與污水有充分的接觸，進(jìn)而將污水凈化。

（2）MBR工藝。該工藝也被稱(chēng)為膜生物反應(yīng)器，主要由膜分離單元、生物處理單元組成，在實(shí)踐中有多種膜工藝可以使用，兩者可以采用分置式、復(fù)合式、一體式等組合方式，其優(yōu)點(diǎn)是污染物去除率高、所需空間較少、操作簡(jiǎn)便、成本較低等。

（3）生物流化床。該設(shè)施將砂、活性炭、焦炭等小型的固體填充在“床”中，覆蓋以生物膜，污水在流動(dòng)中促進(jìn)所填充的顆粒也處于流動(dòng)狀態(tài)中，加大了各類(lèi)生物膜與廢水的接觸，以提升污染物去除效果。相對(duì)來(lái)說(shuō)該工藝效率較高、占用空間小、成本低。

2.2 生態(tài)工程處理模式

僅靠微生物的處理，處理后的污水所含有的少量污染物往往是固定的，其積少成多，如果不能再利用，依然可能會(huì)給周邊環(huán)境帶來(lái)不利影響。而生態(tài)工程處理法的思路是讓污水直接進(jìn)入一個(gè)較大的生態(tài)空間里，將其置于一個(gè)相對(duì)完備的生態(tài)系統(tǒng)中，使其能夠在生態(tài)系統(tǒng)中不僅被微生物吸收處理，還能夠被小型植物、小型動(dòng)物甚至大型動(dòng)植物所富集，最終融入到自然界中[5]。

2.2.1 土壤滲濾法

該處理工藝在上世紀(jì)七十年代就開(kāi)始在西方國(guó)家實(shí)踐，具體來(lái)說(shuō)是利用土壤中各類(lèi)微生物和小型動(dòng)植物的凈化能力凈化污水。具體做法是將污水緩慢地排放到該區(qū)域內(nèi)，依靠土壤微生物、動(dòng)植物來(lái)分解和凈化污水。該方式需要引入定向的微生物和動(dòng)植物，但同時(shí)也有對(duì)該區(qū)域的地下水造成污染的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.2 人工濕地法

為更好地處理污水，所建設(shè)的人工濕地需要具備有一定寬度和長(zhǎng)度的水池，為使得污水能夠順利流入，還需要一定的坡度；在其中設(shè)置足夠的土壤與填料，使其滋生充分的微生物，同時(shí)種植、養(yǎng)殖具有一定處理能力和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的水生植物、水生動(dòng)物，由此形成生態(tài)系統(tǒng)來(lái)凈化污水。

2.2.3 生態(tài)穩(wěn)定塘

主要策略是把一片土地修繕成池塘，并在周邊和底部都設(shè)置防滲層，給微生物和一些簡(jiǎn)單的藻類(lèi)植物提供生活環(huán)境，使其能夠?qū)ξ鬯M(jìn)行較快地分解，以此來(lái)處理污水。穩(wěn)定塘的優(yōu)勢(shì)是一次性投資可以永久使用，且使用方便等。

2.2.4 人工浮島

人工浮島是在水中設(shè)置一個(gè)能夠漂浮的裝置，并在其上種植一些陸生植物，使其根系深入水中，并由此實(shí)現(xiàn)對(duì)水中污染物凈化的效果。該技術(shù)的實(shí)施往往是將穩(wěn)態(tài)塘和人工濕地兩者的技術(shù)相結(jié)合。

2.3 組合處理模式

根據(jù)前文的分析可以看出，僅僅依靠一項(xiàng)技術(shù)雖然能夠消解大部分污染物，但很難全部處理，如果遺留的污染物定點(diǎn)排放，所造成的污染依然不容小覷。因此將上述常見(jiàn)處理方式進(jìn)行組合，可以更好地處理污染物，在理想的狀態(tài)下，甚至可以消除全部污染物。常見(jiàn)的組合處理模式包括：

2.3.1 A/O+人工濕地+人工浮島組合處理工藝

在實(shí)踐中，北方很多地區(qū)因?yàn)樗募痉置鳎斯竦卦诙緯r(shí)只有少量微生物活動(dòng)，無(wú)法發(fā)揮其最佳效果；而A/O處理方法雖然能夠?qū)⒅T多污染物進(jìn)行初步處理，但依然有一定的殘余。兩者的結(jié)合能夠?qū)⒍镜奈鬯扔肁/O處理法進(jìn)行初步的化解，然后將排出的處理水排到人工濕地的水池中，這些積少成多的污染物在水池中集聚一個(gè)冬季，不僅能夠提升水溫，使得其中的微生物以更好的狀態(tài)進(jìn)行污染物的消解，也可以促使其在春夏兩季被人工濕地中的其他動(dòng)植物集中處理，而人工浮島則是對(duì)人工濕地的補(bǔ)充。試驗(yàn)表明，兩種工藝結(jié)合的模式對(duì)COD、銨根、TN、TP的消除率均超過(guò)80%。

2.3.2 MBR+土壤滲濾組合處理工藝

根據(jù)前文的分析不難看出，MBR是一種簡(jiǎn)單的處理污水的方式，排出的水同樣也有一定的污染物殘余；而土壤滲濾工藝對(duì)于污染物濃度較高的水則難以承受其處理的壓力。兩種容易操作、方式簡(jiǎn)單的工藝相結(jié)合，能夠在一定程度上彌補(bǔ)各自的不足。

2.3.3 各類(lèi)活性污泥處理工藝與生態(tài)穩(wěn)定塘+人工浮島組合

活性污泥處理工藝相對(duì)復(fù)雜，對(duì)污染物的處理效果較好，但同樣不可避免一定的污染殘余，而生態(tài)穩(wěn)定塘與人工浮島的結(jié)合，能夠分季節(jié)地對(duì)殘余污染物進(jìn)行再處理。

3 農(nóng)村生活污水處理模式的選擇

我國(guó)地域廣闊，各地氣候、環(huán)境、土壤結(jié)構(gòu)、發(fā)展程度均有不同，因此不同地區(qū)的農(nóng)村應(yīng)當(dāng)根據(jù)其具體的情況選擇合適的污水處理模式。在東北地區(qū)，農(nóng)村有較大的宅基地，同時(shí)有漫長(zhǎng)的冬季，可以采用裝置復(fù)雜、處理效果好的工藝方式進(jìn)行污水處理[6]；在華北地區(qū)，農(nóng)村人口密度大，缺少處置空間，而農(nóng)業(yè)耕作方式多采用精耕細(xì)作的模式，因此建議采用厭氧沼氣池污水處理模式，以盡可能地利用能量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)處理污水；在南方地區(qū)，因?yàn)槎径虝憾w較多，建議在村內(nèi)通過(guò)簡(jiǎn)單的疏導(dǎo)，設(shè)置多個(gè)人工濕地，通過(guò)引入水生植物和建設(shè)簡(jiǎn)單的人工浮島，有效地處理生活污水；在西北地區(qū)，因?yàn)槿彼业貜V人稀，可以采用分區(qū)域土壤滲濾的方式；在西南地區(qū)，因?yàn)樯剿嚅g，而農(nóng)田同樣精耕細(xì)作，可以依據(jù)當(dāng)?shù)卮迕竦膫鹘y(tǒng)生活習(xí)慣，將廚余污水自行喂養(yǎng)牲畜，為廁余污水鋪設(shè)管道直接排至田地，而洗滌用水則可以建立小型的生態(tài)池來(lái)進(jìn)行凈化。