中國西北地區(qū)農(nóng)村生活污水處理存在問題及對(duì)策建議

魏佳音 朱正鈺 尹國策 何林錕

（蘭州交通大學(xué)，甘肅 蘭州 730070）

0 引言

近年來，隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，農(nóng)村環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重。黨的十九大提出實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，總要求是“產(chǎn)業(yè)興旺、生態(tài)宜居、鄉(xiāng)風(fēng)文明、治理有效、生活富裕”，由此可以看出農(nóng)村生態(tài)文明建設(shè)的重要性。《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》提出，穩(wěn)步解決“垃圾圍村”和鄉(xiāng)村黑臭水體等突出環(huán)境問題，推進(jìn)農(nóng)村生活垃圾就地分類和資源化利用，以鄉(xiāng)政府駐地和中心村為重點(diǎn)梯次推進(jìn)農(nóng)村生活污水治理工作。因此，各地應(yīng)根據(jù)農(nóng)村環(huán)境特點(diǎn)，因地制宜、科學(xué)治理農(nóng)村生活污水，有效改善農(nóng)村人居環(huán)境，推動(dòng)農(nóng)村生態(tài)文明建設(shè)和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實(shí)施［1］。

1 我國西北地區(qū)農(nóng)村生活污水處理現(xiàn)存問題

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)村人口大量涌入城鎮(zhèn)。人口嚴(yán)重流失加劇了我國西北地區(qū)農(nóng)村生活污水分散排放污水分散排放的治理問題。同時(shí)，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展導(dǎo)致西北地區(qū)農(nóng)村生活污水水質(zhì)、水量波動(dòng)性更強(qiáng)，進(jìn)水有機(jī)物濃度逐年升高，給分散式污水處理帶來了更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。另外，西北地區(qū)常年季節(jié)溫差及晝夜溫差大，冬季氣溫較低，部分地區(qū)晝夜溫差在15～20 ℃，導(dǎo)致很多生活污水處理設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)受限，加大了污水處理難度，處理效率較低。加之目前西北地區(qū)農(nóng)村生活污水處理工作缺少經(jīng)濟(jì)、政策等各方面的扶持，部分農(nóng)村地區(qū)污水處理設(shè)備老舊、工藝落后、處理費(fèi)用高，難以滿足現(xiàn)階段污水處理需求。整體來看，我國西北地區(qū)農(nóng)村生活污水處理面臨著一系列亟待解決的問題［2］。

1.1 污水管道收集系統(tǒng)缺失

建設(shè)完善的收集管網(wǎng)是污水處理的前提。據(jù)調(diào)查，目前西北地區(qū)農(nóng)村生活污水收集系統(tǒng)以明渠為主。受經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、氣候等各因素的影響，當(dāng)?shù)剞r(nóng)村生活污水收集系統(tǒng)大量老化且滲漏嚴(yán)重，冬季結(jié)冰現(xiàn)象頻出，難以高效收集污水。同時(shí)，西北地區(qū)農(nóng)村地形地貌以高原、山地和荒漠為主，建立完善的污水管道收集系統(tǒng)較為困難。在各方面因素的限制下，西北農(nóng)村地區(qū)大規(guī)模修建污水收集管網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)成本過高，若沒有充足的資金支持，污水收集管網(wǎng)難以得到完善。

1.2 出水指標(biāo)過于嚴(yán)苛

近年來，西北地區(qū)各地已陸續(xù)制訂農(nóng)村生活污水處理出水指標(biāo)，但大多參考城鎮(zhèn)污水處理相關(guān)指標(biāo)。農(nóng)村與城鎮(zhèn)的環(huán)境存在明顯差異，且當(dāng)前農(nóng)村與城鎮(zhèn)的各方面發(fā)展依然存在一定差距，所以對(duì)標(biāo)城鎮(zhèn)污水處理出水指標(biāo)制訂的農(nóng)村生活污水處理出水指標(biāo)對(duì)于農(nóng)村地區(qū)來說過于嚴(yán)苛，導(dǎo)致其他工作無法順利開展，最終阻礙農(nóng)村生活污水處理工作的整體進(jìn)程。

1.3 未針對(duì)性選擇污水處理工藝

由于不同農(nóng)村地區(qū)的地形地貌、居民生活習(xí)慣等存在明顯差異，因而其生活污水的水質(zhì)和排放量也有所不同。但從西北地區(qū)實(shí)際的農(nóng)村生活污水處理工作情況來看，部分地區(qū)未根據(jù)當(dāng)?shù)厣钗鬯奶攸c(diǎn)選擇合適的污水處理工藝，污水處理工藝與農(nóng)村實(shí)際情況不匹配，導(dǎo)致出水不達(dá)標(biāo)、冬季結(jié)冰、處理裝置長期閑置等問題層出不窮，花費(fèi)了大量人力、物力、財(cái)力，卻未解決實(shí)際問題。

1.4 運(yùn)行維護(hù)管理工作復(fù)雜煩瑣

由于環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等條件的制約，西北地區(qū)農(nóng)村生活污水處理專業(yè)人員匱乏。而農(nóng)村居民普遍學(xué)歷較低，接受新事物、新技術(shù)的能力較弱，對(duì)于某些操作煩瑣、工藝流程復(fù)雜的處理設(shè)備，農(nóng)村居民較難掌握其運(yùn)行流程及操作步驟，導(dǎo)致農(nóng)村生活污水處理工作效率較低甚至處理設(shè)備無法順利運(yùn)行。同時(shí)，污水處理設(shè)備需要定期維護(hù)、檢修，部分設(shè)備的維修工作極為精密繁雜，但農(nóng)村缺少專業(yè)的技術(shù)人員負(fù)責(zé)，導(dǎo)致多數(shù)污水處理設(shè)備一旦損壞，短期內(nèi)就無法使用，嚴(yán)重降低了污水處理效率。

2 西北地區(qū)農(nóng)村生活污水水質(zhì)、水量及相關(guān)處理要求

2.1 農(nóng)村生活污水水質(zhì)及水量

參考《農(nóng)村生活污水處理項(xiàng)目建設(shè)與技術(shù)投資指南》（征求意見稿）及針對(duì)西北地區(qū)的相關(guān)調(diào)查問卷數(shù)據(jù)，西北地區(qū)農(nóng)村居民每人的生活污水排放量為40～80 L/d，污水水質(zhì)如表1所示。

表1 西北地區(qū)農(nóng)村生活污水水質(zhì)情況 mg/L

2.2 農(nóng)村生活污水處理排放標(biāo)準(zhǔn)

甘肅省《農(nóng)村生活污水處理設(shè)施水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 62/ 4014—2019）規(guī)定了農(nóng)村生活污水處理排放三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（見表2）。

表2 甘肅省農(nóng)村生活污水處理排放三級(jí)標(biāo)準(zhǔn) mg/L

3 適用于西北地區(qū)農(nóng)村的生活污水處理工藝

針對(duì)以上西北地區(qū)農(nóng)村生活污水進(jìn)水水質(zhì)及出水標(biāo)準(zhǔn)，筆者選取4種適用于西北地區(qū)農(nóng)村的生活污水處理工藝，并介紹4種處理工藝的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍，為西北地區(qū)農(nóng)村生活污水處理工藝的選擇提供參考。

3.1 厭氧生物濾池污水處理工藝

厭氧生物濾池是一種內(nèi)部裝有微生物載體的厭氧生物反應(yīng)器，多見于一體化設(shè)備。該設(shè)備集沉淀、厭氧接觸氧化、過濾于一體，具有處理效果好、安裝簡便、無動(dòng)力連續(xù)運(yùn)行、無能耗及無須專人管理的特點(diǎn)。厭氧生物濾池污水處理工藝常與生態(tài)處理技術(shù)聯(lián)用，在厭氧生物濾池后加生態(tài)塘或濕地，進(jìn)行后處理。其水力停留時(shí)間為24～48 h，運(yùn)行期間COD、NH4-N、TP的平均去除率分別達(dá)81.0%、80.9%及81.9%。

厭氧生物濾池污水處理工藝運(yùn)行應(yīng)保持溫度為8～55 ℃，無須動(dòng)力及曝氣，經(jīng)濟(jì)成本較低。因此，該工藝適用于陜西省、甘肅省慶陽市等晝夜溫差相對(duì)較小、經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的農(nóng)村地區(qū)。

3.2 SBBR污水處理工藝

序批式生物膜反應(yīng)器（Sequencing Biofilm Batch Reactor，SBBR）是基于序批式活性污泥工藝（Sequencing Batch Reactor，SBR）的一種改進(jìn)裝置。該工藝運(yùn)行時(shí)具有較高的污泥濃度，即生物含量高，耐沖擊負(fù)荷性能較好。白楊［3］研究表明，間歇曝氣下的SBBR工藝，在夏季氣溫較高時(shí)出水可達(dá)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，冬季出水可穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。

SBBR污水處理工藝適用范圍較廣。該工藝在冬季運(yùn)行時(shí)溫度需要保持在5～35 ℃，但在極端嚴(yán)寒環(huán)境下，現(xiàn)有工藝通過在SBBR一體化反應(yīng)器內(nèi)以太陽能儲(chǔ)換熱的方式加熱，也可取得較好的污水處理效果。因此，在以SBBR為核心集中處理污水時(shí)，需要考慮溫度、成本因素。SBBR污水處理工藝以一體化設(shè)備運(yùn)行時(shí)，適用于西藏自治區(qū)、新疆維吾爾自治區(qū)、青海省等地的農(nóng)村分散式生活污水處理，但其成本略高于厭氧生物濾池污水處理工藝。

3.3 MBR污水處理工藝

膜生物反應(yīng)器（Membrane Bio-Reactor，MBR）是將膜分離技術(shù)與生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合的新型廢水處理裝置。該工藝使用膜過濾實(shí)現(xiàn)泥水分離來代替?zhèn)鹘y(tǒng)二沉池，在優(yōu)化泥水分離性能的基礎(chǔ)上，保證了反應(yīng)器內(nèi)生物降解的穩(wěn)定性。該工藝出水水質(zhì)較好，可用作中水回用的處理工藝，是我國目前最常用的農(nóng)村生活污水處理工藝之一。但其相關(guān)設(shè)備需要定期維護(hù)、受污染的膜組件需要及時(shí)更換，運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用較高，因此在西北地區(qū)使用時(shí)需要根據(jù)不同農(nóng)村地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平針對(duì)性推廣使用。有相關(guān)研究表明，MBR反應(yīng)器進(jìn)水COD濃度為80～300 mg/L、氨氮濃度為5～30 mg/L時(shí)，其氨氮去除率在90%～95%，出水COD可穩(wěn)定在50 mg/L以下，達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)［4-5］。

MBR與SBBR相同，既能以構(gòu)筑物的形式作為集中式處理裝置，又可被設(shè)計(jì)為一體化反應(yīng)器用于各戶分散處理。相較于SBBR來說，MBR出水更加穩(wěn)定，可用在某些污水處理工藝的提標(biāo)改造上，但其造價(jià)較高，需要定期更換膜組件，嚴(yán)重限制了使用范圍，僅適用于經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

3.4 氧化溝、AAO污水處理工藝

氧化溝及AAO污水處理工藝均為基于活性污泥法的變形工藝，由于兩者的池體結(jié)構(gòu)、回流方式等不同而得以區(qū)分。相關(guān)研究表明，氧化溝污水處理工藝出水水質(zhì)BOD去除率為95%～99%，脫氮效率達(dá)90%；AAO污水處理工藝COD去除率為70%～90%，氨氮去除率為80%～95%，TN去除率為60%～85%，TP去除率為60%～90%［6］。

氧化溝、AAO污水處理工藝大多用于分散式污水的集中處理，一般為鄉(xiāng)鎮(zhèn)小型污水處理站的備選工藝。該污水處理裝置在不同氣候區(qū)的基建費(fèi)用不同，一般處理水量為25～2 500 t/d時(shí)，建設(shè)成本為2 000～3 500元/t。氧化溝、AAO污水處理工藝適用于分布較集中、高差較小且容易鋪設(shè)收集管網(wǎng)的村鎮(zhèn)，其運(yùn)行成本中等，一般為防止冬季低溫結(jié)冰，均將設(shè)備設(shè)為地埋式，若設(shè)置地上式，則需要考慮架設(shè)溫棚，以避免設(shè)備結(jié)冰損壞。

4 西北地區(qū)農(nóng)村生活污水處理對(duì)策

針對(duì)當(dāng)前西北地區(qū)農(nóng)村生活污水處理存在的問題，筆者提出以下建議，以提高農(nóng)村生活污水處理水平，加快農(nóng)村人居環(huán)境整治［2］。

第一，一地一議，完善污水收集管網(wǎng)體系。不同農(nóng)村地區(qū)的地形地貌、自然環(huán)境存在差異，因此，相關(guān)部門應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，科學(xué)合理地選擇污水收集管網(wǎng)鋪設(shè)方式。例如，平原地區(qū)可考慮采用集中式收集處理方式，使用AAO或氧化溝等工藝；對(duì)于地形高差較大的地區(qū)，可選擇分散式一體化處理設(shè)備；在晝夜及季節(jié)溫差較小的地區(qū)，可考慮明渠收集；在溫差較大且冬季溫度較低的地區(qū)，為防止冬季管道凍結(jié)，對(duì)集中式收集處理系統(tǒng)需要采取深埋、保暖等措施；在管網(wǎng)未完善的地區(qū)，可進(jìn)一步改建管網(wǎng)，完善收集系統(tǒng)，考慮以一戶或幾戶為單位進(jìn)行小規(guī)模污水收集處理。

第二，根據(jù)出水去向，確定合理的出水指標(biāo)，避免一味追求高標(biāo)準(zhǔn)。地方政府應(yīng)加快推出適宜當(dāng)?shù)剞r(nóng)村生活污水處理排放的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)當(dāng)?shù)孛媾R的主要水污染問題及造成該問題的關(guān)鍵因素，確定排放指標(biāo)及限值。

第三，因地制宜選擇污水處理工藝。各地甄選污水處理工藝時(shí)應(yīng)邀請(qǐng)專家根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況進(jìn)行評(píng)估，并根據(jù)出水指標(biāo)、去向及當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)條件，選擇既符合當(dāng)?shù)貙?shí)際又經(jīng)濟(jì)高效的處理工藝，避免照搬照抄其他地區(qū)污水處理工藝而導(dǎo)致污水處理工藝與當(dāng)?shù)貙?shí)際不匹配。

第四，研發(fā)易操作或免操作的處理設(shè)備，從源頭解決運(yùn)行管理困難的問題。在一體化設(shè)備設(shè)計(jì)研發(fā)之初，設(shè)計(jì)人員便要針對(duì)分散式農(nóng)村生活污水處理設(shè)備的設(shè)計(jì)理念及原則，將經(jīng)濟(jì)、高效、易操作等作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，簡化設(shè)備操作和維修程序，爭(zhēng)取從源頭解決污水處理設(shè)備運(yùn)行管理困難的問題。

5 結(jié)語

目前，我國農(nóng)村生活污水處理方面的技術(shù)研究已取得了一定的成果，厭氧濾池工藝、SBBR工藝、MBR工藝及氧化溝、AAO工藝均已在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。相關(guān)部門可結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，選擇適宜的污水處理工藝，完善污水收集管網(wǎng)體系，確定合理的出水指標(biāo)，研發(fā)易操作或免操作的處理設(shè)備等，從而為農(nóng)村生活污水處理奠定良好基礎(chǔ)。