分散式污水處理法在農村污水中的應用

黃英才 周沁宇 李雨桓 申泰銘

（桂林理工大學環境科學與工程學院 廣西桂林 541004）

引言

近些年來，隨著我國城鎮化進程加快，農業生產的快速發展與農村生活的日益繁榮導致農村污水增多。農業生產中常伴隨著化肥的施用，過量施用氮、磷、鉀所造成的污水被認為是發展中國家農村地區農業污染的主要污染源。農村生活污水中主要由廚余廢水、沖廁污水及糞便等組成[2]。農村廢水排放至溝渠中并進一步污染江河湖泊，其中過量的氮、磷導致江河湖泊的富營養化。

“十三五”規劃中指出，我國需要在2020 年實現對生活污水處理率超30%的目標。現階段我國農村污水處理設施建設已取得一定普及，對農村污水處理率的提高成果顯著；預計至2035年，我國農村生活污水的處理率將達到60%[1]。我國農村污水在不同地區、不同時段水質差異性大，且其排放具有“散，差，小”等特點，因此分散式污水處理法是我國解決農村污水問題的重要方向[2]。

目前國內外所采用的分散式污水處理法主要分為微生物法和生態處理法。微生物法利用微生物自身的代謝作用，在好氧或厭氧條件下處理污水，降解或轉化其中的有機物、氮、磷等污染物質。常用的生物法有：活性污泥法、生物轉盤法等。而生態法則主要根據土壤，植物，微生物三方構成復合系統，通過一系列協同轉化作用實現降解廢水的目的[3]。本文將就我國農村污水處理過程中遇到的主要問題，以及國內外所采用的分散式污水處理方法的優缺點進行對比，尋找適應中國農村污水特點的處理方式和方法。

1 我國農村污水排放和處理現狀

我國農村地區面積廣大，農村地區污水的水量、水質和排放特性存在較大差異。農村地區廢水主要源自農村生活污水、不合理的化肥施用、農藥污染物殘留等。而我國大部分農村地區水處理技術較為落后，廢水處理主要依靠自然蒸發，污水設施并未達到完全覆蓋，因此，我國農村污水排放呈現“散，差，小”等特點。據統計，截止至2018 年，我國農村地區每年產生約200 億噸廢水，無序排放非常常見。未經處理的廢水對農村地區的土壤、地表水和地下水造成了一定的污染。在我國250 萬個村莊中，農村廢水處理率不及10%。并且，在我國已經建成的50 多萬座農村污水處理設施所覆蓋的行政村，僅占我國所有行政村的25%[1]。

目前，我國農村所采用的污水處理模式大致可分為以下三種類型：（1）接管模式：在城鎮周邊村莊，通過鋪設污水管網將農村污水收集到城市污水處理廠。（2）集中處理模式：在遠離城市污水處理廠的人口密集的村莊，建設一些集中的污水處理設施。（3）分散處理方式：在住宅分散、地形復雜、人口稀少的鄉鎮，對單戶或多戶污水進行分散式污水集中處理。其中，分散式污水處理作為對集中式污水處理的補充，有助于解決我國廣大農村地區集中式污水處理不能完全覆蓋的缺陷。在實際污水處理工程中，常根據不同水質、地區而采用不同的分散式污水處理方案，以達到提高處理效率、減少土地占用、減少建設投資和控制運營成本的目的。

2 農村污水處理常用技術

2.1 傳統“三格式”化糞池

“三格式”化糞池廣泛存在于我國廣大農村地區，由于其建造簡單、造價低，大致可滿足目前農村居民日常生活需要。但是，隨著我國農村“改廁”政策及污水處理水質要求的提高，傳統的“三格式”化糞池面臨著出水水質不達標，處理效率低下等問題。韋昆等人[4]對傳統化糞池進行改造中，設置多層孔板、厭氧折流板等裝置對化糞池進行優化。結果表明，經改造的化糞池對氮、磷的去除效果較傳統化糞池相比最高提高20%，化學需氧量去除率最高提高40%，出水水質符合標準水質要求。可見，在傳統“三格式”化糞池的基礎上進行改造，不失為一種投入少見效快的提高農村污水處理效果的辦法。

2.2 沼氣池

沼氣是一種利用糞便、農作物秸稈等有機廢棄物進行厭氧發酵產生的以甲烷（CH4）為主的混合氣體。沼氣作為一種清潔可再生能源，可以很方便的運用于我國廣大的農村地區，對于環境保護、優化農村能源結構、節能減排具有著極大的意義。隨著低溫沼氣池技術的進步，北方地區的農村在較寒冷的季節也可以用上沼氣，并且將沼氣池與溫室大棚聯合使用，極大地推進了設施農業的發展獲取了可觀的經濟和環境效益[5]。沼氣池雖然具有運行穩定、無需動力、無需專人維護、可對農村污水進行二次利用等優點，但是，在厭氧狀態下運行的沼氣池也存在處理負荷低、出水水質不穩定、對氨氮、總磷的去除效果差等眾多缺點。因此，沼氣池應當作為一種能量回收裝置來看待，而不是一種污水處理設施。

2.3 活性污泥法

目前，集中式污水處理設施主要采用活性污泥法，其原理是以微生物繁殖而成的絮狀物為主體，通過吸附，凝聚，氧化等一系列作用使污水中的無機物和有機物得到去除從而達到污泥與水分離的目的。一部分污泥排出進行無害化處理，一部分經回流至曝氣池中。活性污泥法經過不斷的改進，發展出序批式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor SBR）、接觸穩定法、完全混合法等工藝。宋小燕等人[6]應用間歇曝氣序批式活性污泥法處理養豬沼液穩定運行期實現了TN 去除率達90%，對于活性污泥法處理高氨氮低碳氮比上具有可借鑒性。詹旭，王翔等人[7]采用厭氧折流板反應器（Anaerobic Baffled Reactor ABR）工藝處理養豬場廢水,處理后出水化學需氧量濃度小于100mg/l，氨氮濃度小于25mg/l，出水水質達標[11]。活性污泥法在國內外常用于處理養殖畜禽類廢水，如養豬廢水、禽類養殖廢水等對污水處理程度要求較高的農村地區。但活性污泥法作為農村地區分散式污水處理技術應用上，其存在著水質變化適應差、曝氣池負荷低、占地大、建筑運行費用較高等缺點。

2.4 土地滲濾技術

土地滲濾處理是生態處理法的一種，污水垂直入滲進入具有良好通透性的地下，流經天然土壤或種有植物的天然土壤表面，經過土壤的吸附、沉淀、絡合以及與微生物的生化作用等過程使污水得以凈化，污水中的氮磷可以使得土壤的肥力得到補充。土地滲濾技術因其建造成本低、運行原理簡單被廣泛運用在農村地區，同時其不產生臭味，不滋生蚊蟲，因而與人工濕地系統相比存在著一定的優勢[8]。但土地滲濾處理是以天然土壤為介質，處理效果受土壤質地、土壤環境等各方面影響較大，且存在著污染地下水的風險，因此不適用于處理有機負荷大、溶解性固體多、重金屬含量過高的污水。

2.5 人工濕地系統

人工濕地是由人工建造和控制運行的與沼澤地類似的地面，將污水有控制的投配到人工濕地上，可實現對污水的處理。人工濕地的污染物去除機理包括物理、化學和生物過程；通過物理過程去除污水中的懸浮物，通過生物降解過程將污水中的有機物、氨氮等各類污染物去除。人工濕地的性能取決于溫度、水力負荷、植被、填充介質等各種因素。人工濕地系統具有建造運行費用低、對污染物去除率較高、負荷性強等優點。人工濕地可根據水力流量的不同將其劃分為表面流、水平潛流和垂直流三種類型而進行建造。常見的組合濕地便是按照設計需要將該三種濕地進行串聯或多級組合。蘭書煥等人[9]采用生物膜+水生蔬菜型濕地處理實際農村生活污水，對COD 的去除率最高達69.23～96.53%，對氨氮去除率達95.9%～97.26%，出水水質達到相應的排放標準[10]。使用生物膜+水生蔬菜栽種不僅可以調動農民對污水處理的積極性，還可以降低濕地實際使用過程中常出現的濕地堵塞的幾率。

結語

總體而言，我國部分農村地區采用的分散式污水處理技術可以滿足居民日常的生活污水處理需求，但在農村地區經濟不斷發展的趨勢下，部分農村地區仍缺乏相應的污水處理設施；目前我國大部分農村地區仍然存在著生活污水未經處理直接排放至河流湖泊中的現象。由于我國現階段大部分地區農村經濟并不發達、農村財力薄弱、投資低的問題依舊存在，因此，運行維護成本低的處理技術，如土地滲透技術、人工濕地技術，能更好的解決我國農村地區污水處理程度低下的問題。但在實際工作中，由于污水處理設施位置分散、各地經濟發展和技術水平參差不齊、監管模式差異等問題也隨之而來。對于上述技術的推廣、應用以及運行管理和監督，是政府制定政策時所要面臨的重要問題。