我國分散式農村生活污水處理技術應用現狀及發展趨勢

李丹丹 唐璐 張劍 張怡

摘 要：加強農村生活污水綜合整治，是我國實施鄉村振興戰略的重要任務。目前，我國農村污水處理率相對較低，農村生活污水治理領域面臨諸多挑戰，因地制宜加強農村生活污水治理十分必要。本文介紹了我國農村生活污水的特點及處理現狀，分析了生物處理技術及生態處理技術在農村生活污水處理中的應用現狀及存在的問題，并進一步探討了“生物+生態”組合處理技術在我國農村生活污水處理中的優勢和應用前景，以期為農村生活污水處理工藝的選擇提供參考。

關鍵詞：農村生活污水；生物處理；生態處理；組合工藝；生態環境

隨著我國農村經濟的快速發展，農民的生活方式發生了較大變化，人均生活用水排放量明顯增加，生活污水成為制約農村環境改善的重要因素。“十三五”以來，國家積極推動農村污水處理。然而多年來，我國農村水污染防治進程明顯滯后于工業和城鎮水污染防治，農村人居環境質量和水環境質量整體不佳，水體黑臭及富營養化等問題突出。在“十四五”開局之年，國家相繼出臺《關于全面推進鄉村振興加快農業農村現代化的意見》《關于推進污水資源化利用的指導意見》《關于加快農房和村莊建設現代化的指導意見》等一系列政策，加快推進農村生活污水處理。

一、我國農村生活污水的特點及處理現狀

（一）我國農村生活污水的特點

根據污染物來源，農村生活污水可以分為黑水和灰水。目前，我國農村生活污水排放總體特點如下。第一，人均排放量較低。根據生態環境部相關研究結果，2021年，我國農村居民生活污水排放量約為217.54億立方米，為城鎮地區的60.59%，而人均排放量不到城鎮居民的1/2。第二，排放量日變化系數大，水量水質季節性變化明顯。農村生活污水在早晨、中午和傍晚3個時段的排放量相對較大，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，污染物種類穩定，污水可生化性較好。農村生活污水中的污染物以化學需氧量、氮磷、懸浮物和動植物油脂等為主，有毒物質含量較少。第四，收集難度大，容易造成大面積污染。由于農村地區面積廣闊、村民居住分散、地形復雜，管網建設和污水收集難度較大。

（二）我國農村生活污水的處理現狀

目前，我國污水處理的主要模式是建設污水處理廠。然而，我國農村生活污水治理任務依然艱巨。據統計，2021年，全國農村污水處理率僅為28%，70%以上的農村地區尚未完成生活污水治理，城鄉差距較為明顯。同時，受經濟水平、自然條件等多種因素影響，各地區之間農村污水處理率差異較大：2020年，東部地區農村生活污水處理率為36.3%，中部和西部地區分別為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%。

從設施數量和處理能力看，近年來，我國農村污水處理設施數量有較快增長，處理能力逐步提升，但是鄉和村的增長速度不及建制鎮。2021年，全國農村地區污水處理廠數量比2018年增長了68%。其中，建制鎮污水處理廠數量比2018年增長了75%，鄉污水處理廠數量比2018年增長了31%，而村莊排水管道、溝渠長度僅比2018年增長了10%。

（三）我國農村生活污水處理存在的問題

一是農村污水管網收集系統不夠健全，管網投資成本高。2021年，在我國中西部地區一些經濟基礎較為薄弱的縣市，農村污水收集處理率不到10%，污水收集和處理設施建設較為滯后。二是處理設施閑置、停運現象較為突出。由于農村缺少專業的設施管理人才，許多處理設施建成后處于空轉或無法使用的狀態。三是處理技術因地制宜體現不夠，運行成本高，導致無法在農村地區推廣應用。

二、我國農村生活污水常用處理技術及其工藝特點

根據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。集中式處理技術用于收集和處理大流量污水，能夠高效地運行管理，但是管網投資較大、運行管理復雜，更適合城市污水處理；分散式處理技術主要特點是對污水就地收集、就近處理，運行成本較低、易操作，但是處理效果相對較差，比較適合人口密度低、居住分散的農村地區。目前，我國農村常用的分散式處理技術可以分為兩大類：生物處理技術和生態處理技術。

（一）生物處理技術及其特點

生物處理技術。生物處理技術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有生物膜法、活性污泥法等，裝置一般采用一體化設計。一體化污水處理設備是集污水預處理、二級處理和深度處理設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、建設周期短等特點，是當前農村生活污水處理的主要方式。

生物處理技術的特點。當前，一體化污水處理設備作為我國農村生活污水處理的主要方式，在應用中存在諸多問題，主要集中于兩方面：一是出水水質不穩定，二是運行維護成本較高。采用一體化污水處理設備時，農村生活污水單個處理站點水量少，水質、水量波動劇烈，對設備的工藝沖擊較大，從而易出現出水水質不穩定的現象。此外，農村生活污水處理站點布局較為分散，難以做到專人值守，交通運輸、人工成本較高。同時，由于農村生活污水濃度較低，運維藥劑、能耗成本也較高。

（二）生態處理技術及其特點

生態處理技術。生態處理技術主要利用生態系統的物理和化學作用來去除水中的污染物，常用的有人工濕地、土壤滲濾和穩定塘技術。

人工濕地源于對自然濕地的模擬，其主體結構由土壤、填料和種植在床體表面的植物組成，形成由植物、基質和微生物三者協同作用的自然生態系統。人工濕地系統在農村生活污水處理方面的成效已經被國內外眾多專家學者證實。吳昊等應用人工濕地處理四川省廣元市昭化區農村生活污水，結果表明，其對污水CODcr（化學需氧量）、氨氮、總氮、總磷的去除率分別達82.2%、65.7%、55%、94%，且一次投資費用和運行費用都較少。

土壤滲濾技術是基于生態學原理，利用土壤—微生物—植物生態系統的自凈功能和自我調控機制，通過一系列物理、化學、生物過程，能夠將污水中的有機物和氮、磷等營養元素去除，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。土壤滲濾系統的結構包括池體、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（厭氧序批式反應器）+土壤慢速滲濾系統處理養豬廢水，慢速滲濾土地處理系統作為深度處理工藝，對CODcr、BOD5（生化需氧量）和氨氮的去除率都在99%以上。

穩定塘是一種利用水體自然凈化能力處理污水的生態處理技術，根據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理，通過微生物的代謝活動，以及相伴的物理、化學、物化過程，將污水中的污染物進行多級轉換、降解和去除。穩定塘負荷低、受氣候影響大，處理效果不穩定。為進一步強化處理效果，國內外相繼推出了許多新型塘和組合塘，如裝有連續攪拌裝置的高效藻類塘等。

生態處理技術的特點。與生物處理技術相比，生態處理技術具有成本低、運行管理方便等優點，但是在農村生活污水處理實踐中，也存在一些問題。比如，人工濕地技術對于土地類型和面積有一定的要求。目前，我國沼澤、池塘及閑置土地的面積都在快速縮減。同時，植物作為人工濕地發揮去污功能的重要組成部分，其生長受季節更替影響大。此外，由于濕地內部機制十分復雜，加上各地區環境存在差異，實際設計建造的濕地系統往往出水難以收到預期效果。在農村生活污水處理中，單獨應用生物處理技術或生態處理技術都有一定局限性。因此，根據農村生活污水處理的實際需要，以生物處理為主、生態處理為輔的“生物+生態”組合處理技術成為近年來研究和應用的熱點。調查顯示，有79.83%的農村污水處理工程均采取了“生物+生態”組合工藝，達到了相關排水標準的要求。

三、“生物+生態”組合處理技術在農村生活污水處理中的應用

“生物+生態”組合處理技術利用好氧或厭氧微生物去除污水中的有機污染物和N（氮）、P（磷）污染物，再利用生態處理單元通過植物和菌藻等進一步去除污染物。采用“生物+生態”組合處理技術將農村污水處理與農業發展有機結合，更符合農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

在太湖流域農村地區，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某村的生活污水，該工藝由水解調節池、滴濾池、潛流人工濕地3部分組成。生活污水由管網收集后進入調節池，再由自吸泵提升到高位水箱，然后經自動虹吸布水裝置噴灑進入滴濾池，出水排放到人工濕地進行深度處理。研究表明，該工藝對CODcr、NH3-N（氨氮）、TN（總氮）、TP（總磷）的去除率分別達73.6%、89.5%、61.7%和78.4%，處理農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葛瀆自然村生活污水處理，結果表明，該工藝對CODcr、TN和TP的去除率分別達86.43%、92%和87%，出水水質達到城鎮污水處理廠污染物排放標準（GB18918—2002）的一級A標準要求。此外，在該工藝中，生物處理單元的貢獻要大于生態處理單元，但是缺少了生態處理單元，TP就達不到一級A的排放標準。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-土地滲濾系統組合工藝

張俊等將一體式生物接觸氧化池-土地滲濾系統組合工藝用于上海市寶山區某村的生活污水處理，結果表明，該工藝對CODcr、NH3-N、TN、TP等主要污染物的去除率均在80%以上。該工藝維護簡單，運行費用為0.24元/m3，在某些經濟條件相對較好的農村地區具有推廣應用價值。

此外，研究表明，在土壤慢速滲濾系統中，植物對于污染物的去除發揮著重要作用，選擇根系發達的林木為植物材料，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林木生長，減少林木對水資源的消耗，獲得污水處理與林木增產的雙重收益。白保勛等選擇了4個楊樹無性系人工林進行了生活污水林地慢速滲濾生態處理試驗，發現楊樹可以凈化污水，同時在水力負荷適當時，污水處理可以提高林木生長量和土壤質量。

四、結語

農村生活污水處理作為鄉村振興的重要內容，對于改善農村人居環境具有至關重要的作用。我國農村污水處理應該瞄準“因地制宜、高技術、低投資與運行成本、易維護、資源化利用氮磷”的目標，體現可持續發展的污水處理原則。采用“生物+生態”組合工藝將農村污水處理與農業發展有機結合，更符合農村污水處理因地制宜、資源化利用的原則，在我國農村地區將有著廣闊的應用前景。

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[責任編輯：王芳玲]