農村生活污水處理技術探討

劉君，邱敬賢，鄧剛

（1.航天凱天環保科技股份有限公司，長沙 410100；2.長沙環保（服務）工業技術研究院，長沙 410100）

環境保護部、財政部聯合發布的《全國農村環境綜合整治“十三五”規劃》[1]提出，到2020年，新增完成環境綜合整治的建制村13萬個，累計達到全國建制村總數的1/3以上。農村環境問題綜合整治主要涉及農村生活污水環境治理、農村飲用水水源保護、農村生活垃圾處理、農村非規模化畜禽養殖污染綜合利用、農業面源污染防治等方面，可視作鄉村人居環境治理的主要路線。故加強農村生活污水處理技術研究已成為當前的熱點。

1 農村生活污水來源

農村生活污水主要來源于餐廚、洗滌、沐浴和沖廁等幾個方面[2]。呈現來源廣、污染物濃度低、分散且處理率低等特征。近年來，隨著新農村建設步伐的加大和改水廁工程的實施推廣，農村居民用水量呈現明顯上升趨勢，這也使得區域生活污水的排放量加大。在雨污不分流的情況下，生活污水未經相應處理肆意排放，或直接潑灑在院落和道路兩側，與生活垃圾混在一起，經日曬雨淋后，會滋生大量蚊蟲，極易導致流行性疾病的發生，危害村民身體健康或流入池塘或河道造成水體富營養化，甚至黑臭水體，嚴重影響農村生態環境。

2 現狀及市場需求

我國是世界上擁有小城鎮和農村人口最多的國家，全國約5萬個鄉鎮、60萬個行政村、270萬個自然村，約1.6億戶，農村人口約7億[3]。據2010年《中國城鄉建設統計年鑒》的數據表明[4]，我國城市污水處理率已達87%，建制鎮污水處理率達28%，農村地區水污染排放總量占全國污水排放總量的50%以上，而相應的處理率卻不到10%。近年來，在相關政策和環境條件下，農村污水處理問題已提上日程，并在國家資金的支持下迅猛發展。據統計[5]，2016年全國農村生活污水處理率已達22%，但大部分農村因資金、技術及地理位置的限制，簡單套用城市傳統污水處理技術和工藝，其基建費一般為1500～2000元/m3·d，處理總成本達到 0.7～3.0元/m3，農村地區無法承受，使得建設農村污水處理的難度極大。因此，加強農村生活污水處理以及建設新農村水利工程已成為國家發展的新任務。

農村生活污水處理缺乏配套的處理技術和工藝、專業性人才、明確的商業模式等，涉及政府部門的管理。隨著新《環境保護法》《水污染治理行動計劃》、“十三五”規劃等各種環保政策助推水環境市場不斷釋放新機遇，投融資體系改革和PPP模式也推動了鄉鎮污水治理市場新空間。隨著我國政府對農村污水的重視程度不斷提高，以及農村居民生活水平的不斷上升，對于污水處理的需求量也逐漸上升，尤其是在城鎮污水處理已經日漸趨于飽和的情況下，投資者開始轉向農村污水處理市場已是大勢所趨。

目前，農村污水處理市場空間巨大，未來投資建設如按每戶8000元計算，將有約1.3萬億元投資建設的市場；按人均排放50L/d計算，每年需約100億元的運行費用；由此可見，農村生活污水處理的經濟效益不容小覷。對農村生活污水進行收集處理，使污水達標后排放，最大程度降低日益加重的污水對地下水、地表水的污染，同時，解決以往農村生活污水肆意排放造成的其他問題。

3 存在的問題

1）部分地區仍使用旱廁和農家肥，環境惡劣；2）農村地勢復雜，污水收集系統不完善，造成臭水溝；3）缺少專業運營人員，管理維護困難，運行效果差，導致出水難以穩定達標。

4 農村生活污水處理技術

近年來，在生態文明建設和經濟飛速發展過程中，水污染問題已成為當前最嚴重和棘手的環境整治問題。農村地區常用的污水處理工藝主要有生態處理技術、微動力污水處理系統、地埋式生物凈化槽等。各農村生活污水處理工藝特點詳見下表。

各種常見農村生活污水工藝比較表

4.1 污水生態處理技術

污水生態處理技術因其成本低、操作簡單、效果好等優勢，已成為污水處理技術的發展方向。生態處理技術主要包括人工濕地、氧化塘和土地處理系統等三種方式[6]。幾種在原有生態技術的基礎上發展起來的主流生態處理技術如下。

（1）人工濕地

人工濕地是一種強化的自然生態處理系統，因其運行費用低、凈化效果好、美觀等優點受到廣泛關注。近年來人工濕地多應用于生活污水、工業廢水、黑臭水體的深度處理。其原理是在各種填料、植物和植物根系表面微生物的協同作用下攔截、吸附、降解污染物。因其具有較好的脫氮除磷效果，已廣泛應用于生活污水的處理。

（2）凈化沼氣池

凈化沼氣池是在簡單化糞池的基礎上發展改進而來，也是最早用于處理分散生活污水的技術[7]。一般由預處理、厭氧處理和過濾處理三段工藝構成。厭氧處理區和濾池內均填充各類填料；生活污水先預處理后進入厭氧池發酵，最后排入生物濾池氧化、過濾，出水水質達到《城鎮污水廠污染物排放標準》（GB18918-2002）二級標準（以下簡稱為“標準”）。為達到一級標準，可與其他生態處理技術聯用，如土地滲濾、氧化塘、人工濕地等，進一步處理后達標排放。

（3）蚯蚓生態濾池

蚯蚓生態濾池是從國外發展起來用于處理生活垃圾及生活污水的生態處理技術[8]。在傳統土地處理系統的基礎上引進了蚯蚓，其產生的糞便可為微生物提供生長環境。故在蚯蚓和微生物協同生長的過程中使有機物、氮磷等污染物得到降解和去除。復旦大學和南京大學等[9～11]最先投入到蚯蚓生態濾池處理生活污水的研究過程中，并開發了單級、多級、塔式蚯蚓生態濾池等技術，已將該技術應用于實際工程。如江蘇宜興農村生活污水示范工程采用塔式蚯蚓生態濾池，處理規模10m3/d，投資成本低，在不含管網建設費時為1656.1元/m3，總運行成本為0.671元/m3，出水穩定達到一級B標準[12]。

（4）高效藻類塘

高效藻類塘是在傳統穩定塘的基礎上改進發展起來的，通過陽光和菌藻形成協同效應，提高對水體中污染物的去除效果。對比傳統穩定塘，具有工藝簡單、處理效果好、塘深較淺、適合分散處理的特點。但該技術目前在國內還處于研究階段。同濟大學[13]利用高效藻類塘處理太湖地區農村生活污水研究發現塘深較淺時，對后續處理幾乎沒有影響。利用二級串聯高效藻類塘工藝凈化分散式污水，水體中 COD、總氮、氨氮和總磷的去除率分別為 69.4%、41.7%、90.8%、45.6%[14]。

4.2 典型一體化處理裝置

一體化處理裝置是指將一級處理工藝、二級處理工藝和深度處理等組合改造成小型一體化的污水處理系統。根據具體情況，一體化處理裝置可建造為地埋式和地上式兩種，地埋式基本不占地。一體化處理系統的投資和運行成本一般均高于生態處理系統，但出水水質較好，可穩定達到一級B標準，甚至一級A標準。

（1）微動力集中式污水處理設施

生活污水集中收集后直接排入污水處理設備，該設備內部設有格柵，污水經過格柵后進入厭氧生化池，能降解污水中的有機物。隨后進入太陽能好氧池，吸收污水中大量的磷進行沉淀，從而達到去磷效果。污水中的部分氨氮在太陽能好氧池內被轉化為硝酸鹽氮。污水經過回流泵進入缺氧池，將硝酸鹽氮還原為N2釋放至空氣中，從而使氨氮得到去除。經好氧反應后，流入沉淀池進行沉淀處理。經沉淀池處理后的污水能穩定達到一級B標準，在后續加上一級人工濕地后的出水水質能達到一級A標[15]。

（2）高效生物膜反應器

生物膜法是與活性污泥法并列的一類生物處理技術，在水處理一體化設備中裝有生物填料，在充氧的條件下，填料表面聚附著形成微生物膜，主要去除污水中的有機污染物和氮磷無機物。常規的膜生物法處理工藝有曝氣生物濾池、生物接觸氧化工藝等。

深圳合續環境科技有限公司聯合中國工程物理研究院、國家城市污水處理及資源化工程技術研究中心和西南科技大學等單位，共同研發的貝斯生物膜節能生活污水處理設備是一種一體化污水處理設備，主要采用A3/O-MBBR工藝，集預脫硝池、厭氧池、缺氧池、好氧池、沉淀池、紫外消毒器于一身，能有效去除有機污染物、N、P等，出水能穩定達到一級A標準。耐斯和中國罐兩種產品主要是針對目前農村存在的管網投資大、施工困難等特點開發的分散式一體化污水處理設備。工藝均采用多級A/O生化單元，再流入澄清槽進行泥水分離后達標排放或回用。耐斯主要是地上模式，中國罐是在耐斯的基礎上改進而來，是一款地埋式設備。該類設備具有工藝簡單、占地面積小、處理效果好、運行成本低、能耗低等優點，出水穩定達到一級B標準。

生物凈化槽為引進日本久保田的技術，主要對廁所、浴室（洗澡間）、洗手臺、廚房等排放的生活污水進行處理。包括厭氧、好氧、沉淀和消毒等單元，處理后的水質可達到一級B標準。富凱迪沃（天津）環保科技有限公司引進日本凈化槽，對其進行改進開發，研究出了中國凈化槽，實現單體凈化槽在完全曝氣的條件下，能夠日處理9t進水BOD200mg/L的生活污水，出水BOD≤10mg/L，達到一級A標準。

（3）高效膜生物處理設備

在農村建設的水環境治理設備中，北京碧水源的智能型污水處理設備（CWT）以其智能化水平高、出水水質好、經濟實用等廣受青睞。其由四個基本模塊單元組合而成，根據污水凈化要求和現場的實際情況，其基本模塊單元可任意組合。采用膜生物反應器（MBR）工藝處理農村生活污水，在新農村水環境治理中承建數千項小型污水處理設施，出水水質符合北京市地方標準《水污染物排放標準》（DB11/307-2005）一級B限值。

5 結論

農村生活污水因其分散、流動等特性，會造成河道、坑塘的富營養化和黑臭，影響村容；同時如果污水不經收集和處理，滲入土壤會造成嚴重的土壤污染，關乎農作物的種植和糧食安全，從而危害人體健康。因此，農村生活污水處理是目前亟待解決的重要問題，應加大對農村生活污水治理技術和設備的研發，頒布與之相適應的排放標準，完善農村污水排放的管理制度等。