我國農村生活污水處理技術的研究進展

夏 興

（中設設計集團股份有限公司，南京 210014）

2019年2月28日，國家統計局發布了《2018年國民經濟和社會發展統計公報》，公報顯示，截至2018年末，我國大陸總人口139 538 萬人，其中城鎮常住人口為83 137 萬人，占總人口的比重（常住人口城鎮化率）為59.58%，因此農村依然分布有大量人口，農村排放的生活污水量巨大。研究表明，農村生活污水含有大量有機物、氮、磷及病原微生物，隨意排放不僅會污染地表水和地下水，也會影響環境衛生，威脅農村居民的身體健康。近年來，我國已經意識到改善農村環境問題的重要性，并將加強農村生態建設、建設美麗鄉村作為國家發展的重要戰略決策。目前，我國農村生活污水處理研究還處于試驗階段，以往文獻多針對某一技術或某一地區進行研究，相關對比分析的文獻很少。因此，本文概述了我國農村生活污水的特點及收集管理方式，總結了現有農村生活污水的生物、生態及生物-生態組合處理方式，并對相關處理技術的適用范圍及優缺點進行了對比分析。

1 我國農村生活污水特點及收集管理方式

1.1 農村生活污水特點

我國農村生活污水主要分為兩類，一類是灰水，主要包括洗浴、洗滌、廚房排水等；一類為黑水，主要包括人畜糞尿及糞便沖洗水等。有研究發現，生活污水中95%的TN、90%的TP 和50%的COD 均分布于黑水中，灰水中有機質相對較少，污水碳氮比較低，而且一般排放量比黑水大。另外，兩種污水中可能均含有病原微生物。我國農村人口眾多，每年生活污水產量約80 億t[1]。但是，農村地區分布范圍廣，村民居住分散，相較于城市而言，片區內污水排放量較小，具有來源復雜、水質變化較大、排放間歇性等特點[2-3]。多數地區村民采用隨意潑灑、無組織排放的方式處置生活污水，使污水很容易隨雨水匯入地表徑流或滲透到地下水中，造成地表水和地下水的污染，導致水體富營養化加劇[4]。

1.2 農村生活污水收集管理方式

我國農村生活污水的處理很大程度上與污水的收集方式相關，收集方式的不同直接影響后續水處理方式的選擇，在現有收集管理模式中，黑水與灰水一般不單獨收集。目前，農村污水的收集處理方式主要有三種，即納入城市污水處理系統集中處理、村組處理、分戶處理，具體情況如表1所示[5]。

表1 農村生活污水收集處理方式比較

2 農村生活污水處理技術

由于我國幅員遼闊，南北方氣候差異明顯，農村各地環境狀況不一，生活污水收集困難等因素限制，加之農村地區經濟條件相對較差，相關處理工藝難以有效運行和維護管理，使得污水處理技術較難到達滿意的效果。因此，研究應用范圍廣、運行操作簡便的農村分散污水處理方式十分必要。目前，農村分散式生活污水處理主要分為生物處理和生態處理兩種，當單級生物處理或生態處理難以達到預期標準時，常采用生物-生態組合處理工藝。

2.1 生物處理

2.1.1 生物濾池

生物濾池是目前比較常用的農村分散式生活污水生物處理技術。生物濾池是由濾料構成的生物處理構筑物，通過濾料表面微生物的降解作用及濾料的截留、過濾作用凈化污水。傳統生物濾池為滴濾池，隨后出現了如曝氣生物濾池、厭氧生物濾池、反硝化濾池及多級組合濾池等多種工藝。

曝氣生物濾池是最為常見的生物濾池之一。在濾池內添加濾料，如煤渣、固體廢棄物、復合材料等，并對系統進行曝氣，污水流經濾料及其表面的生物膜后，有機物可得到有效的去除[6]。由于缺少厭氧、缺氧段，TN 去除效果較差，曝氣生物濾池常需與缺氧池、厭氧池組合應用。該技術具有操作簡單、成本低、集成化高等特點，適合處理農村生活污水[6]。

2.1.2 沼氣技術

沼氣技術利用產甲烷菌在厭氧條件下產生甲烷的原理，將農村生活污水和一些固體廢棄物如秸稈、畜禽糞便等進行混合發酵，產生的沼氣可供農戶作為燃料使用，沼液可用于農田灌溉，沼渣可用作飼料，它是資源利用的有效方法。沼氣發酵工藝較早服務于中國農村建設，截至2000年，中國農村已經建成沼氣池848 萬個，但沼氣池的使用過程中存在較多問題，例如，沼氣池維護管理及服務不足，沼氣池出現故障后得不到及時的修整，不僅影響農戶正常生活，而且存在較多的安全隱患。另外，沼氣的產量不穩定且品質無法保證，沼液、沼渣的安全性問題存疑等，導致目前農村沼氣池利用率較低，農戶利用沼氣的積極性不高。

2.2 生態處理

2.2.1 土壤滲濾處理工藝

土壤滲濾處理包括土壤慢速滲濾處理、土壤快速滲濾處理和地下滲濾處理，主要利用土壤—植物—微生物組合系統處理污水。土壤慢速滲透處理將污水緩慢分布在自然土壤與植物復合系統中，該方法負荷小、處理量有限且衛生條件較差，在實際應用中使用較少。地下滲濾系統通過將污水注入到距離地面一定高度的土層中，改善了地表衛生環境，是目前最受關注的土壤滲濾處理工藝。研究人員針對滲濾系統中填料的成分、配比等進行了大量的研究，例如，在土壤中加入煤渣，在土壤中加入粉煤灰和腐熟牛糞等，均能在一定程度上提高氮磷的去除效果[7-8]。

2.2.2 穩定塘

穩定塘又稱氧化塘，是利用稀釋、絮凝、微生物、植物等自然凈化的原理處理污水的構筑物。穩定塘可以依據地形設置，構筑物結構較為簡單，但一般水力停留時間較長，負荷較小，構筑物占地面積較大，容易散發臭氣，其處理效果受氣候影響較大[9]。為了強化穩定塘的優勢，人們研究出一系列的新型穩定塘，如高效藻類塘、水生植物塘、高效生物厭氧塘等。其中，高效藻類塘是目前最受關注的穩定塘類型之一，該技術利用藻類的大量繁殖形成菌藻共生系統，系統對有機物、氮磷均有較好的去除效果，而且池深較淺，水力停留時間較短。

2.2.3 蚯蚓生態濾池

蚯蚓生態濾池是由法國和智利研發的一種人工強化污水生態處理技術，該工藝通過蚯蚓的分解作用和填料表面生物膜的作用去除污染物，近年大量研究將其與植物生態系統相結合。該技術建設成本低，操作簡便，適合戶級或片區級的小規模應用，但研究表明蚯蚓對TP 的去除貢獻較小，冬季系統處理效果明顯變差，同時蚯蚓和植物的大量死亡使得系統負荷嚴重增加。資料顯示，上海市嘉定區錢門村采用蚯蚓生態濾池工藝，為57 戶村民處理生活污水，日處理量為60 m3，處理后出水可達到一級B 標準[10]。

2.3 生物-生態組合處理

在實際污水處理中，使用單級的生物處理技術或生態處理技術有時難以達到預期的處理效果，為了提高有機物、氮磷的處理效能，常采用生物處理與生態處理相結合的方法。采用A2O-人工濕地組合系統處理農村生活污水，工藝包含好氧、厭氧、缺氧池，連接地表流人工濕地，具有污染物去除效率高、系統運行操作簡單、能耗低等優點，最終出水可達到一級A標準；采用生物濾池-表面流人工濕地-穩定塘處理農村生活和養殖混合污水，NH4+-N、TN、TP、COD的去除率分別為93.8%、93.4%、90.2%和86.0%，最終出水可達到一級B 標準。在組合工藝的選擇過程中，需要考慮各技術的原理、優勢與劣勢等因素，將生物處理與生態處理有機結合，盡可能發揮生物處理和生態處理各自的優勢。

3 結論

目前，農村生活污水處理技術的基礎研究已經取得了一定的成效，可供選擇的污水處理技術較多，但是實際應用推廣存在較多困難。例如，相關主管部門在工藝建設時缺乏系統、科學的技術指導；村民缺乏相關技術知識，難以對系統進行科學、有效的維護；村民應用技術的積極性不高等。因此，人們可以從以下幾個方面著手：技術層面，開發適用范圍廣、經濟實用、維護簡單的分散式一體化工藝，針對季節及地域等變化建立靈活的調控方案；管理層面，對村鎮污水收集情況、處理設備運行狀況進行在線監測并對相關運維人員進行統一培訓、管理，將智慧水務應用于村鎮污水處理管理中；政策法規層面，完善農村污水處理法律法規，建立可靠的污水排放標準，通過政策鼓勵村民積極參與生活污水處理行動；環保意識層面，提升村民的環保意識，增加村民的環保知識。當前，人們要積極采納和落實相關措施，全面推進農村生活污水的治理。