農(nóng)村生活污水的生態(tài)化治理模式

＊張奉友 張玉 李劍勤

（江西清綠環(huán)保有限公司 江西 341003）

在我國，農(nóng)村地區(qū)的面積占比較大，雖然近些年農(nóng)村居住人口越來越少，但仍舊會(huì)在生活中不斷排放廢水，其中排放最多的就是餐廚污水、洗滌廢水和日常排泄物等，根據(jù)類型的劃分，可將生活污水分成兩類，即：黑水和灰水，其中黑水多為排泄重刷所產(chǎn)生的高濃度生活污水，通常采用糞便與尿液分離處理方式或者生成糞肥澆灌田地。而灰水則是農(nóng)戶在盥洗過程中產(chǎn)生的低濃度生活污水，該類生活污水多采用排放房屋周圍或者潑灑路邊的處理方式。農(nóng)村自行排放生活污水或者農(nóng)村居民對生活污水自行處理，會(huì)嚴(yán)重威脅到我國農(nóng)村的生態(tài)環(huán)境。農(nóng)村空間比較廣闊，擁有養(yǎng)殖、田耕等產(chǎn)業(yè)，所以，需要通過生態(tài)化治理模式處理農(nóng)村生活污水。

1.農(nóng)村生活污水的特性

南北地區(qū)農(nóng)村生活污水的特性存在一些差異，主要表現(xiàn)為：北方地區(qū)由于氣候干燥、降雨量少，農(nóng)村生活污水的有機(jī)物含量相對較低，而南方地區(qū)由于氣候濕潤、降雨量大，農(nóng)村生活污水的有機(jī)物含量相對較高。北方地區(qū)農(nóng)村生活污水的排放量相對較少，而南方地區(qū)由于人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，農(nóng)村生活污水的排放量相對較大。北方地區(qū)農(nóng)村生活污水的處理難度相對較小，而南方地區(qū)由于水質(zhì)復(fù)雜、可生化性好，處理難度相對較大?？梢?，南北地區(qū)農(nóng)村生活污水的特性存在差異，需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w情況和污水特性選擇合適的處理方法和技術(shù)。通常來說，農(nóng)村生活污水有沖廁水、家庭廚房污水及洗滌污水等，這些生活污水表現(xiàn)出以下特性。

(1)排放點(diǎn)過于分散，很難集中收集處理

由于農(nóng)村住宅分散，使得農(nóng)村生活污水的排放也表現(xiàn)為分散特征，特別是丘陵、山區(qū)，生活污水具有非常高的市政管網(wǎng)收集成本，大大增加了污水統(tǒng)一處理難度[1]。再加上傳統(tǒng)生活陋習(xí)，很多村民在處理生活污水環(huán)節(jié)，多采用排入居住地周邊或到路邊的方式，所排出的生活污水經(jīng)過雨水的沖刷，逐漸匯入地表水中，久而久之就會(huì)嚴(yán)重影響到農(nóng)村生態(tài)環(huán)境與村民健康。

(2)排放量區(qū)域差異大，季節(jié)變化明顯

由于農(nóng)村各地氣候地形、村民生活習(xí)慣和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等存在不同，導(dǎo)致農(nóng)村生活污水也有著差異化的排放量，具體表現(xiàn)為：我國北方農(nóng)村地區(qū)的生活污水具有較高污染物濃度，但排放量小，而南方農(nóng)村地區(qū)會(huì)排放大量的生活污水，但污染物濃度相對較低。東部沿海農(nóng)村地區(qū)的生活污水排放量通常為80～90L/d，而西北區(qū)域由于水資源短缺，生活污水排放一般不足5L/d[2]。除此之外，農(nóng)村所排放的生活污水日變化系數(shù)波動(dòng)也比較明顯，區(qū)間范圍在1.9～2.5L，且表現(xiàn)為間歇性排放，早中晚時(shí)段為農(nóng)村生活污水的排放高峰期。在季節(jié)上，夏季所排放生活污水量較大，其原因多是夏季氣溫高，且為農(nóng)忙季節(jié)，用水量大，其他季節(jié)氣溫偏低，且農(nóng)業(yè)耕作時(shí)間偏少，會(huì)減少用水量。

(3)水質(zhì)成分復(fù)雜，存在較高有機(jī)物濃度

農(nóng)村生活污水通常含磷、氮等元素，生化性較強(qiáng)。經(jīng)全國污染源普查，我國農(nóng)村所排放的生活污水中，生化需氧量（簡稱COD）、總磷（簡稱TP）、動(dòng)植物油及NH3-NTN的排放量為5.00×106t、3.68×104t、1.98×105t、2.46×105t，其中排放量最多的是COD、動(dòng)植物油，COD、TP、動(dòng)植物油及NH3-NTN等污染物去除率在11%以下。農(nóng)村養(yǎng)殖區(qū)域，露天堆放糞便等污染物，造成周邊水體發(fā)黑發(fā)臭、富營養(yǎng)化，對村民健康造成嚴(yán)重影響[3]。

2.農(nóng)村生活污水治理的主要問題

(1)生活污水管網(wǎng)分散，收集難度大

目前，我國大部分農(nóng)村的污水治理系統(tǒng)都面臨著供水網(wǎng)絡(luò)落后、污水資源化利用率低等問題，加之農(nóng)村集體經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)較差等因素，多數(shù)鄉(xiāng)村都未建立健全的排污管網(wǎng)，有的雖然鋪設(shè)有排污管，但未使用。村民一般都會(huì)把生活垃圾倒在街道上，這樣一來，農(nóng)村的生活污水就不能及時(shí)流入已經(jīng)修建好的排水管網(wǎng)，導(dǎo)致廢水處理設(shè)備的負(fù)載率不高，有的設(shè)備甚至還在“曬太陽”。在雨水季節(jié)，隨著街道上潑灑生活污水和生活垃圾，一些污染物質(zhì)會(huì)隨著地面雨水進(jìn)入鄰近的河道，造成水體質(zhì)量的下降，對周圍的生態(tài)和居民的身體造成危害。另外，在農(nóng)村生活用水系統(tǒng)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些損壞和阻塞現(xiàn)象，這就造成農(nóng)村生活用水系統(tǒng)中收集到的生活污水不能很好利用，導(dǎo)致廢水處理設(shè)備的裝載率偏低。同時(shí)，從管網(wǎng)受損部位滲出的廢水容易引起土壤及地下水的污染，會(huì)改變土壤結(jié)構(gòu)，從而對土壤及地下水的生態(tài)功能也會(huì)產(chǎn)生不利影響[4]。

(2)農(nóng)村生活污水治理工藝不合理

在治理生活污水的過程中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際，選擇最佳工藝。有些農(nóng)村在規(guī)劃設(shè)計(jì)前，沒有進(jìn)行足夠的調(diào)查與科學(xué)論證，在選擇上存在盲目性，對其他鄉(xiāng)村已有的污水處理方式進(jìn)行全面模仿，并未根據(jù)農(nóng)村現(xiàn)實(shí)情況采用最佳生活污水治理模式，盲目建設(shè)污水治理設(shè)施，由于規(guī)劃設(shè)計(jì)不規(guī)范、前期手續(xù)不完善，加之污水排放管網(wǎng)工藝不適用，造成很多剛剛建好的設(shè)施就被拆掉，或是建好后就一直處于運(yùn)行狀態(tài)，甚至是完全閑置的問題[5]。目前，我國農(nóng)村居民的生活污水治理已不能充分發(fā)揮其對地方生態(tài)環(huán)境的作用，反而會(huì)變成“后廢項(xiàng)目”，這是一種很難解決的問題，也會(huì)造成資源浪費(fèi)。由于技術(shù)選擇不當(dāng)，造成目前我國農(nóng)村生活污水治理難度非常大。

(3)農(nóng)村現(xiàn)有的污水處理方式

①自然處理：利用自然界的微生物和植物對污水進(jìn)行凈化處理，如氧化塘、人工濕地等。②生物處理：利用微生物的代謝作用對污水進(jìn)行凈化處理，如活性污泥法、生物濾池等。③生態(tài)處理：利用生態(tài)系統(tǒng)的自然平衡對污水進(jìn)行凈化處理，如人工濕地、生態(tài)溝等[6]。

3.農(nóng)村生活污水的生態(tài)化治理模式

(1)微生物治理模式

在農(nóng)村生活污水治理工作中，微生物治理其實(shí)是充分發(fā)揮微生物本身的生物活性、新陳代謝功能，對生活污水內(nèi)的污染物進(jìn)行有效消除。研究發(fā)現(xiàn)，微生物是體小面大且具有非常快生長繁殖速度的生物體，能夠?qū)Υ罅课廴疚镞M(jìn)行腐化分解，這是地球生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵一環(huán)。通?？蓪⑽⑸飫澐殖梢略w、細(xì)菌、真菌、病毒、放線菌等若干類別，根據(jù)農(nóng)村生活廢水所含成分，對有機(jī)物實(shí)施無機(jī)物的分解，或者將無機(jī)物轉(zhuǎn)化成其他物質(zhì)。農(nóng)村生活污水治理中，微生物治理模式主要包含厭氧生物處理、生物膜法及活性污泥法。

①厭氧生物處理

其一，農(nóng)村沼氣池污水厭氧處理技術(shù)。采用不同容積的密閉空間，將人、動(dòng)物糞便等生活污水、作物秸稈等有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為甲烷，再用于衛(wèi)生間、家用炊事等。廢水在經(jīng)由厭氧發(fā)酵后，可用作景觀用水、灌溉用水等。對比秸稈焚燒，該方法的能源效率提高了四五倍，沼渣和沼液也可當(dāng)作牲畜飼料，大大提升了飼料營養(yǎng)價(jià)值。且沼氣池工藝簡單，造價(jià)低廉，實(shí)際運(yùn)行中，每一戶的規(guī)模不超過1000元，運(yùn)行成本低。具體污水排放如圖1所示。其二，升流式厭氧污泥床。農(nóng)村生活污水治理所用升流式厭氧污泥床為立體結(jié)構(gòu)，該床的底部是污泥，而中部則是污泥懸浮物，生活污水從污泥床底部向上流出，污泥層的濃度非常高，有利于微生物滋養(yǎng)和生長，將三相分離器設(shè)于中部污泥懸浮層，以達(dá)到固液氣分離目的。升流式厭氧污泥床在治理工業(yè)廢水方面較為適用，再加上該類裝置的運(yùn)營成本較高，在農(nóng)村區(qū)域并不適用。其三，厭氧流化床。厭氧流化床主要是從流態(tài)化厭氧生物反應(yīng)器演化而來，該流化床具有生活污水處理效率高、有機(jī)負(fù)荷大等優(yōu)勢，能夠避免對厭氧生物濾池造成堵塞。

圖1 農(nóng)村沼氣池污水集中治理模式

②活性污泥法

其一，序批式活性污泥法。序批式活性污泥治理方法的作用是均化、首沉、生物降解和二沉，在該治理模式應(yīng)用過程中會(huì)表現(xiàn)出間歇性特點(diǎn)，按照一定順序進(jìn)行農(nóng)村生活污水的分批治理，具體工序?yàn)椋哼M(jìn)水、曝氣、沉淀、閑置和排水，各工序循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。這種生活污水治理模式優(yōu)勢在于運(yùn)行成本低、工藝操作簡單。其二，循環(huán)曝氣系統(tǒng)工藝。經(jīng)相應(yīng)工藝處理后的生活污水，會(huì)留到預(yù)反應(yīng)池，反應(yīng)池內(nèi)部微生物可再次吸附污水內(nèi)所含的COD，混合反應(yīng)池通過沉淀、排水、曝氣和閑置等，對農(nóng)村生活污水進(jìn)行治理，因?yàn)檠h(huán)曝氣系統(tǒng)能在好氧微生物、厭氧微生物間切換，可實(shí)現(xiàn)除磷、脫氮和去碳目標(biāo)，該污水治理工藝能去除80%以上的磷和氮成分[7]。其三，A/O工藝法。該治理模式也叫作缺氧/好氧工藝法，其組成成分為好氧、脫氧，主要目的是對生活污水中所含的氮磷進(jìn)行有效取出，流程操作簡單，可充分實(shí)現(xiàn)反硝化反應(yīng)。

③生物膜法

其一，生物濾池。通過碎石、塑料、玻璃品等材料構(gòu)建出一個(gè)內(nèi)部有許多空隙的結(jié)構(gòu)，通過這些空隙，可以讓特定的微生物在里面生長，從而在廢水通過時(shí)與廢水進(jìn)行有效的接觸，從而達(dá)到對廢水的有效處理。其二，MBR工藝。膜生物反應(yīng)器（MBR）包括膜分離裝置、生物處理裝置等，實(shí)際應(yīng)用中可采用不同的膜過程，它們分別采用分離、組合、整體等形式，具有去除效率高、占地面積小、操作簡單、成本低廉等優(yōu)勢。其三，生物流化床。在生物流化床中填入沙子、活性炭和焦炭等細(xì)小的固態(tài)物質(zhì)，再用生物膜進(jìn)行包裹，使被填入的物質(zhì)保持在流體中，增加各種類型的生物膜與污水的直接接觸，從而提高污染物的脫除效率。這種方法比較高效，占地面積小，成本低。

(2)生態(tài)工程處理模式

在農(nóng)村生活污水治理中，微生物處理后會(huì)產(chǎn)生一些固體污染物，經(jīng)長時(shí)間積累，污染物會(huì)越來越多，如果處理不當(dāng)，會(huì)對農(nóng)村生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生危害[8]。而生態(tài)工程處理，就是將污水排入生態(tài)空間，同時(shí)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部微生物實(shí)現(xiàn)污染物的吸收處理。

①人工濕地法。為實(shí)現(xiàn)農(nóng)村生活污水的進(jìn)一步處理，所建人工濕地必須設(shè)有長寬適度的水池，而且若想實(shí)現(xiàn)污水順利向人工濕地流入，還應(yīng)該修建一定坡度，并在坡度上加足夠的土壤、填料，為微生物滋生提供條件。此外，還需要養(yǎng)殖具有自行處理能力與較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的水生動(dòng)植物，借助這一生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到凈化生活污水的目的。

②生態(tài)穩(wěn)定塘。在農(nóng)村生活污水治理中，生態(tài)穩(wěn)定塘是把土地更改成池塘，池塘底部和周邊設(shè)防滲層，為藻類植物、微生物提供最佳生活環(huán)境，保證所生長的生物可以進(jìn)行污水分解，實(shí)現(xiàn)生活污水有效治理目標(biāo)。生態(tài)穩(wěn)定塘應(yīng)用優(yōu)勢主要是，一次投資，長期運(yùn)行，而且便于日常維護(hù)。

③人工浮島。所謂人工浮島，就是設(shè)于水中可以漂浮的一種裝置，在浮島上種植陸生植物，確保植物根系能夠浮到水中，這樣就能凈化水中污染物，這一技術(shù)通常是人工濕地與穩(wěn)態(tài)塘技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。

4.總結(jié)

作為地域范圍較廣的我國，不同地區(qū)的生態(tài)環(huán)境、土壤結(jié)構(gòu)等都有顯著差異，這就需要各地農(nóng)村基于實(shí)際情況，選擇適合的生活污水治理模式。如東北冬季漫長，農(nóng)村宅基地面積大，可采用裝置復(fù)雜、處理效果優(yōu)良的污水治理工藝；南方冬季短暫，水系較多，該區(qū)域的農(nóng)村可建設(shè)人工濕地，通過人工輔導(dǎo)或水生植物的方式處理生活污水；華北農(nóng)村人口較為密集，生活污水治理空間較小，再加上該地區(qū)農(nóng)業(yè)為精耕細(xì)作，因此可建設(shè)厭氧沼氣池處理污水；西南區(qū)域山水相間，可根據(jù)村民生活習(xí)慣，廚余污水喂牲畜，通過管道鋪設(shè)的方式，將廚余污水排至農(nóng)田，通過小型生化池凈化洗滌用水，以達(dá)到農(nóng)村污水分類、分情況治理目的。