我國(guó)分散式農(nóng)村生活污水處理技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

李丹丹 唐璐 張劍 張怡

摘 要：加強(qiáng)農(nóng)村生活污水綜合整治，是我國(guó)實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要任務(wù)。目前，我國(guó)農(nóng)村污水處理率相對(duì)較低，農(nóng)村生活污水治理領(lǐng)域面臨諸多挑戰(zhàn)，因地制宜加強(qiáng)農(nóng)村生活污水治理十分必要。本文介紹了我國(guó)農(nóng)村生活污水的特點(diǎn)及處理現(xiàn)狀，分析了生物處理技術(shù)及生態(tài)處理技術(shù)在農(nóng)村生活污水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀及存在的問題，并進(jìn)一步探討了“生物+生態(tài)”組合處理技術(shù)在我國(guó)農(nóng)村生活污水處理中的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景，以期為農(nóng)村生活污水處理工藝的選擇提供參考。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村生活污水；生物處理；生態(tài)處理；組合工藝；生態(tài)環(huán)境

隨著我國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，農(nóng)民的生活方式發(fā)生了較大變化，人均生活用水排放量明顯增加，生活污水成為制約農(nóng)村環(huán)境改善的重要因素?！笆濉币詠恚瑖?guó)家積極推動(dòng)農(nóng)村污水處理。然而多年來，我國(guó)農(nóng)村水污染防治進(jìn)程明顯滯后于工業(yè)和城鎮(zhèn)水污染防治，農(nóng)村人居環(huán)境質(zhì)量和水環(huán)境質(zhì)量整體不佳，水體黑臭及富營(yíng)養(yǎng)化等問題突出。在“十四五”開局之年，國(guó)家相繼出臺(tái)《關(guān)于全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的意見》《關(guān)于推進(jìn)污水資源化利用的指導(dǎo)意見》《關(guān)于加快農(nóng)房和村莊建設(shè)現(xiàn)代化的指導(dǎo)意見》等一系列政策，加快推進(jìn)農(nóng)村生活污水處理。

一、我國(guó)農(nóng)村生活污水的特點(diǎn)及處理現(xiàn)狀

（一）我國(guó)農(nóng)村生活污水的特點(diǎn)

根據(jù)污染物來源，農(nóng)村生活污水可以分為黑水和灰水。目前，我國(guó)農(nóng)村生活污水排放總體特點(diǎn)如下。第一，人均排放量較低。根據(jù)生態(tài)環(huán)境部相關(guān)研究結(jié)果，2021年，我國(guó)農(nóng)村居民生活污水排放量約為217.54億立方米，為城鎮(zhèn)地區(qū)的60.59%，而人均排放量不到城鎮(zhèn)居民的1/2。第二，排放量日變化系數(shù)大，水量水質(zhì)季節(jié)性變化明顯。農(nóng)村生活污水在早晨、中午和傍晚3個(gè)時(shí)段的排放量相對(duì)較大，且夏季污水排放量較大、污染物濃度低，而冬季污水排放量較小、污染物濃度較高。第三，污染物種類穩(wěn)定，污水可生化性較好。農(nóng)村生活污水中的污染物以化學(xué)需氧量、氮磷、懸浮物和動(dòng)植物油脂等為主，有毒物質(zhì)含量較少。第四，收集難度大，容易造成大面積污染。由于農(nóng)村地區(qū)面積廣闊、村民居住分散、地形復(fù)雜，管網(wǎng)建設(shè)和污水收集難度較大。

（二）我國(guó)農(nóng)村生活污水的處理現(xiàn)狀

目前，我國(guó)污水處理的主要模式是建設(shè)污水處理廠。然而，我國(guó)農(nóng)村生活污水治理任務(wù)依然艱巨。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年，全國(guó)農(nóng)村污水處理率僅為28%，70%以上的農(nóng)村地區(qū)尚未完成生活污水治理，城鄉(xiāng)差距較為明顯。同時(shí)，受經(jīng)濟(jì)水平、自然條件等多種因素影響，各地區(qū)之間農(nóng)村污水處理率差異較大：2020年，東部地區(qū)農(nóng)村生活污水處理率為36.3%，中部和西部地區(qū)分別為19.3%和16.8%；浙江、天津等省市的處理率超過80%，而山西、黑龍江等地的處理率低于15%。

從設(shè)施數(shù)量和處理能力看，近年來，我國(guó)農(nóng)村污水處理設(shè)施數(shù)量有較快增長(zhǎng)，處理能力逐步提升，但是鄉(xiāng)和村的增長(zhǎng)速度不及建制鎮(zhèn)。2021年，全國(guó)農(nóng)村地區(qū)污水處理廠數(shù)量比2018年增長(zhǎng)了68%。其中，建制鎮(zhèn)污水處理廠數(shù)量比2018年增長(zhǎng)了75%，鄉(xiāng)污水處理廠數(shù)量比2018年增長(zhǎng)了31%，而村莊排水管道、溝渠長(zhǎng)度僅比2018年增長(zhǎng)了10%。

（三）我國(guó)農(nóng)村生活污水處理存在的問題

一是農(nóng)村污水管網(wǎng)收集系統(tǒng)不夠健全，管網(wǎng)投資成本高。2021年，在我國(guó)中西部地區(qū)一些經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)較為薄弱的縣市，農(nóng)村污水收集處理率不到10%，污水收集和處理設(shè)施建設(shè)較為滯后。二是處理設(shè)施閑置、停運(yùn)現(xiàn)象較為突出。由于農(nóng)村缺少專業(yè)的設(shè)施管理人才，許多處理設(shè)施建成后處于空轉(zhuǎn)或無法使用的狀態(tài)。三是處理技術(shù)因地制宜體現(xiàn)不夠，運(yùn)行成本高，導(dǎo)致無法在農(nóng)村地區(qū)推廣應(yīng)用。

二、我國(guó)農(nóng)村生活污水常用處理技術(shù)及其工藝特點(diǎn)

根據(jù)污水的收集和處理方式不同，污水的處理模式可分為分散式和集中式兩大類。集中式處理技術(shù)用于收集和處理大流量污水，能夠高效地運(yùn)行管理，但是管網(wǎng)投資較大、運(yùn)行管理復(fù)雜，更適合城市污水處理；分散式處理技術(shù)主要特點(diǎn)是對(duì)污水就地收集、就近處理，運(yùn)行成本較低、易操作，但是處理效果相對(duì)較差，比較適合人口密度低、居住分散的農(nóng)村地區(qū)。目前，我國(guó)農(nóng)村常用的分散式處理技術(shù)可以分為兩大類：生物處理技術(shù)和生態(tài)處理技術(shù)。

（一）生物處理技術(shù)及其特點(diǎn)

生物處理技術(shù)。生物處理技術(shù)主要是利用微生物的代謝作用去除污水中的污染物，常見的生物處理技術(shù)有生物膜法、活性污泥法等，裝置一般采用一體化設(shè)計(jì)。一體化污水處理設(shè)備是集污水預(yù)處理、二級(jí)處理和深度處理設(shè)備于一體的中小型污水處理裝置，具有高度集成、占地面積較小、建設(shè)周期短等特點(diǎn)，是當(dāng)前農(nóng)村生活污水處理的主要方式。

生物處理技術(shù)的特點(diǎn)。當(dāng)前，一體化污水處理設(shè)備作為我國(guó)農(nóng)村生活污水處理的主要方式，在應(yīng)用中存在諸多問題，主要集中于兩方面：一是出水水質(zhì)不穩(wěn)定，二是運(yùn)行維護(hù)成本較高。采用一體化污水處理設(shè)備時(shí)，農(nóng)村生活污水單個(gè)處理站點(diǎn)水量少，水質(zhì)、水量波動(dòng)劇烈，對(duì)設(shè)備的工藝沖擊較大，從而易出現(xiàn)出水水質(zhì)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。此外，農(nóng)村生活污水處理站點(diǎn)布局較為分散，難以做到專人值守，交通運(yùn)輸、人工成本較高。同時(shí)，由于農(nóng)村生活污水濃度較低，運(yùn)維藥劑、能耗成本也較高。

（二）生態(tài)處理技術(shù)及其特點(diǎn)

生態(tài)處理技術(shù)。生態(tài)處理技術(shù)主要利用生態(tài)系統(tǒng)的物理和化學(xué)作用來去除水中的污染物，常用的有人工濕地、土壤滲濾和穩(wěn)定塘技術(shù)。

人工濕地源于對(duì)自然濕地的模擬，其主體結(jié)構(gòu)由土壤、填料和種植在床體表面的植物組成，形成由植物、基質(zhì)和微生物三者協(xié)同作用的自然生態(tài)系統(tǒng)。人工濕地系統(tǒng)在農(nóng)村生活污水處理方面的成效已經(jīng)被國(guó)內(nèi)外眾多專家學(xué)者證實(shí)。吳昊等應(yīng)用人工濕地處理四川省廣元市昭化區(qū)農(nóng)村生活污水，結(jié)果表明，其對(duì)污水CODcr（化學(xué)需氧量）、氨氮、總氮、總磷的去除率分別達(dá)82.2%、65.7%、55%、94%，且一次投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用都較少。

土壤滲濾技術(shù)是基于生態(tài)學(xué)原理，利用土壤—微生物—植物生態(tài)系統(tǒng)的自凈功能和自我調(diào)控機(jī)制，通過一系列物理、化學(xué)、生物過程，能夠?qū)⑽鬯械挠袡C(jī)物和氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素去除，并集好氧、厭氧處理于一體的一種不影響表層土地使用的污水處理技術(shù)。土壤滲濾系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括池體、濾料、布水裝置和排水裝置，如圖1所示。污水從上而下流經(jīng)有著豐富生物膜的濾料，其中的污染物被微生物和植物的根系吸附、降解，從而使污水得到凈化。項(xiàng)愛枝等采用UASB（升流式厭氧污泥床）+SBR（序批式間歇活性污泥法）+ASBR（厭氧序批式反應(yīng)器）+土壤慢速滲濾系統(tǒng)處理養(yǎng)豬廢水，慢速滲濾土地處理系統(tǒng)作為深度處理工藝，對(duì)CODcr、BOD5（生化需氧量）和氨氮的去除率都在99%以上。

穩(wěn)定塘是一種利用水體自然凈化能力處理污水的生態(tài)處理技術(shù)，根據(jù)塘中的溶解氧量及功能，分為厭氧塘、兼性塘、好氧塘、曝氣塘等。其凈化原理類似于自然水體的自凈機(jī)理，通過微生物的代謝活動(dòng)，以及相伴的物理、化學(xué)、物化過程，將污水中的污染物進(jìn)行多級(jí)轉(zhuǎn)換、降解和去除。穩(wěn)定塘負(fù)荷低、受氣候影響大，處理效果不穩(wěn)定。為進(jìn)一步強(qiáng)化處理效果，國(guó)內(nèi)外相繼推出了許多新型塘和組合塘，如裝有連續(xù)攪拌裝置的高效藻類塘等。

生態(tài)處理技術(shù)的特點(diǎn)。與生物處理技術(shù)相比，生態(tài)處理技術(shù)具有成本低、運(yùn)行管理方便等優(yōu)點(diǎn)，但是在農(nóng)村生活污水處理實(shí)踐中，也存在一些問題。比如，人工濕地技術(shù)對(duì)于土地類型和面積有一定的要求。目前，我國(guó)沼澤、池塘及閑置土地的面積都在快速縮減。同時(shí)，植物作為人工濕地發(fā)揮去污功能的重要組成部分，其生長(zhǎng)受季節(jié)更替影響大。此外，由于濕地內(nèi)部機(jī)制十分復(fù)雜，加上各地區(qū)環(huán)境存在差異，實(shí)際設(shè)計(jì)建造的濕地系統(tǒng)往往出水難以收到預(yù)期效果。在農(nóng)村生活污水處理中，單獨(dú)應(yīng)用生物處理技術(shù)或生態(tài)處理技術(shù)都有一定局限性。因此，根據(jù)農(nóng)村生活污水處理的實(shí)際需要，以生物處理為主、生態(tài)處理為輔的“生物+生態(tài)”組合處理技術(shù)成為近年來研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。調(diào)查顯示，有79.83%的農(nóng)村污水處理工程均采取了“生物+生態(tài)”組合工藝，達(dá)到了相關(guān)排水標(biāo)準(zhǔn)的要求。

三、“生物+生態(tài)”組合處理技術(shù)在農(nóng)村生活污水處理中的應(yīng)用

“生物+生態(tài)”組合處理技術(shù)利用好氧或厭氧微生物去除污水中的有機(jī)污染物和N（氮）、P（磷）污染物，再利用生態(tài)處理單元通過植物和菌藻等進(jìn)一步去除污染物。采用“生物+生態(tài)”組合處理技術(shù)將農(nóng)村污水處理與農(nóng)業(yè)發(fā)展有機(jī)結(jié)合，更符合農(nóng)村污水處理因地制宜、資源化利用的原則。

（一）滴濾池-人工濕地組合工藝

在太湖流域農(nóng)村地區(qū)，白永剛等采用滴濾池-人工濕地組合工藝處理江蘇省宜興市大浦鎮(zhèn)某村的生活污水，該工藝由水解調(diào)節(jié)池、滴濾池、潛流人工濕地3部分組成。生活污水由管網(wǎng)收集后進(jìn)入調(diào)節(jié)池，再由自吸泵提升到高位水箱，然后經(jīng)自動(dòng)虹吸布水裝置噴灑進(jìn)入滴濾池，出水排放到人工濕地進(jìn)行深度處理。研究表明，該工藝對(duì)CODcr、NH3-N（氨氮）、TN（總氮）、TP（總磷）的去除率分別達(dá)73.6%、89.5%、61.7%和78.4%，處理農(nóng)村生活污水是完全可行的。

（二）生物接觸氧化池-人工濕地組合工藝

劉文濤等將厭氧池-跌水充氧接觸氧化池-水耕蔬菜型人工濕地組合工藝用于江蘇省宜興市周鐵鎮(zhèn)葛瀆自然村生活污水處理，結(jié)果表明，該工藝對(duì)CODcr、TN和TP的去除率分別達(dá)86.43%、92%和87%，出水水質(zhì)達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918—2002）的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)要求。此外，在該工藝中，生物處理單元的貢獻(xiàn)要大于生態(tài)處理單元，但是缺少了生態(tài)處理單元，TP就達(dá)不到一級(jí)A的排放標(biāo)準(zhǔn)。由此可見，磷的深度去除必須依靠濕地植物的自身代謝和根系的吸附作用。

（三）生物接觸氧化池-土地滲濾系統(tǒng)組合工藝

張俊等將一體式生物接觸氧化池-土地滲濾系統(tǒng)組合工藝用于上海市寶山區(qū)某村的生活污水處理，結(jié)果表明，該工藝對(duì)CODcr、NH3-N、TN、TP等主要污染物的去除率均在80%以上。該工藝維護(hù)簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用為0.24元/m3，在某些經(jīng)濟(jì)條件相對(duì)較好的農(nóng)村地區(qū)具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

此外，研究表明，在土壤慢速滲濾系統(tǒng)中，植物對(duì)于污染物的去除發(fā)揮著重要作用，選擇根系發(fā)達(dá)的林木為植物材料，不僅能夠取得較好的凈化效果，還能充分利用污水的水肥資源促進(jìn)林木生長(zhǎng)，減少林木對(duì)水資源的消耗，獲得污水處理與林木增產(chǎn)的雙重收益。白保勛等選擇了4個(gè)楊樹無性系人工林進(jìn)行了生活污水林地慢速滲濾生態(tài)處理試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)楊樹可以凈化污水，同時(shí)在水力負(fù)荷適當(dāng)時(shí)，污水處理可以提高林木生長(zhǎng)量和土壤質(zhì)量。

四、結(jié)語

農(nóng)村生活污水處理作為鄉(xiāng)村振興的重要內(nèi)容，對(duì)于改善農(nóng)村人居環(huán)境具有至關(guān)重要的作用。我國(guó)農(nóng)村污水處理應(yīng)該瞄準(zhǔn)“因地制宜、高技術(shù)、低投資與運(yùn)行成本、易維護(hù)、資源化利用氮磷”的目標(biāo)，體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的污水處理原則。采用“生物+生態(tài)”組合工藝將農(nóng)村污水處理與農(nóng)業(yè)發(fā)展有機(jī)結(jié)合，更符合農(nóng)村污水處理因地制宜、資源化利用的原則，在我國(guó)農(nóng)村地區(qū)將有著廣闊的應(yīng)用前景。

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[責(zé)任編輯：王芳玲]