农村生活污水处理工艺的比较与分析

刘 辉，蔡国庆，张铁壁，李永强，周利杰

(1.河北水利电力学院电气工程学院，河北省沧州市重庆路1号 061001；2.河北省工业机械手控制与可靠性技术创新中心，河北省沧州市重庆路1号 061001；3.沧州市工业机械手控制与可靠性技术创新中心，河北省沧州市重庆路1号 061001；4.沧州市众邦水处理技术有限公司，河北省沧州市解放东路8号 061001)

随着经济的高速发展，农村环境污染问题日趋严重，农村生活污水总量稳步增加，但由于投入不足导致污水处理设施建设程度较低，很多村庄的生活污水基本上不经过处理直接进行排放，致使当地生态环境不断恶化，河流湖泊水体大面积出现富营养化，地下水的安全问题也受到严重威胁[1]。农村污水问题不但影响农业、水产养殖业的发展，还会严重危害老百姓的身体健康。我国幅员辽阔，农村分布不均，经济实力各异，所处地理条件差别较大，因此在农村污水处理问题上不能采用固定的工艺，因地制宜的选择合适的方案是关键。

1 农村生活污水的排放现状与特点

1.1 农村生活污水的排放现状

据统计，2019年全国农村人口55 162万，占人口总数的39.4%。但是，农村的居民分布相对分散，生活污水总量每年逐步上升而且收集困难，受经济条件所限，很多村庄没有建设污水收集及处理设施或者设施粗糙陈旧。农村生活污水的无节制排放，已经对地下水构成严重威胁，还可以引起河流、湖泊氮、磷富营养化[2]。

1.2 农村生活生活污水的特点

农村生活污水一般来源于厨房、洗涤、洗浴、冲厕。与城市相比，人均用水量相对较少，变化幅度较大，一般集中在早、晚两个时间段。农村生活污水中所含的污染物质主要是可溶性有机污染物和悬浮性固体污染物，一般不含有重金属，农村污水排放范围很广，给农村污水的收集、处理增加很大难度[3]。

2 农村污水处理工艺简介

我国农村污水处理技术的研究比发达国家晚很多，从20世纪80年代左右开始，在农村建设了许多无动力或者微动力的低能耗污水处理设备，但是效果不是很好。近些年来，随着我国经济实力突飞猛进，环境污染也在加剧，更多的地方逐渐意识到农村污水处理的重要性，开始借鉴使用一些实用、低能耗和低运行费用的技术处理污水。目前，国内的农村污水处理技术才刚刚起步，常用处理工艺有人工湿地、地下土壤渗滤、净化槽、MBR和SBR。

2.1 人工湿地

人工湿地是由人工建造的一种与沼泽地类似的地面，将污水、污泥按照一定比例投放到建造的湿地上，污水与污泥在沿一定方向流动过程中，利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种技术[4]。人工湿地技术操作简单、投资费用低，占用地面面积较大，而且容易受到病虫害影响。人工湿地技术一般适用于布局分散、人口规模较小、污水不易集中收集的分散型农户，处理规模不宜大于2 t/d。

2.2 地下土壤渗滤

地下土壤渗滤技术是通过控水系统将预先处理过的污水分时投放到距离地面有一定深度的土壤中，污水在土壤中向四周扩散，经过土壤截留、植物根系吸收、土壤微生物降解达到污水净化的作用[5]。地下土壤渗滤技术充分利用了栖息在土壤中的土壤动物、土壤微生物、植物根系及土壤的物理、化学特性，属于生物-生态组合系统。地下土壤渗滤技术有快速渗滤和慢速渗滤两种方法，不管使用哪种方法，污水在前期都要经过化粪池处理。地下土壤渗滤技术具有投资成本较低，不影响地上景观，受温度影响小的优点，但土壤要求适宜，占地面积大，且如果负荷控制不好，容易造成渗滤系统堵塞。地下土壤渗滤技术一般适用于人口不太密集、布局较为分散的村庄，几户或者十几户共用一套。

2.3 净化槽

净化槽技术是一种从日本引进的污水处理技术，是一种小型的生活污水处理装置。污水进入净化槽以后，进行沉淀分离，去除较大的悬浮物，过滤槽内装有填料，填料上附着厌氧生物膜，可以去除可溶性有机物，再经过曝气槽曝气，高滤速，截留悬浮物，水中的溶解氧升高，好氧微生物可氧化分解剩余的可溶性有机物[6]。沉淀槽溢水堰设置了消毒装置，消毒后可以直接外排。净化槽占地面积小，出水质量好，但投资成本较高，后期不易维护。净化槽技术多应用于村庄地势有高差，居住较分散地区，可处理单户生活污水，并可就地排放至附近河流。

2.4 MBR技术

膜生物反应器(MBR)是一种将活性污泥法与膜分离技术相结合的水处理技术。由膜组件和生物反应器组成，利用膜分离设备将生化反应池中的大分子有机物质和活性污泥有效截留，并在生物反应器中保持高活性污泥浓度，提高有机物和氨氮的去除率[7]。MBR具有占地面积少，出水质量高、污泥产量低，管理方便等优点，但膜容易堵塞，需定期更换。MBR技术一般适用于人口密度大，污水排放量大，经济条件相对较好，对水质有较高要求的村庄。

2.5 SBR技术

SBR工艺是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法。SBR技术使用的是一种时间分割的控制方式，主要表现在运行上的有序和间歇操作，SBR技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。其运行过程一般分为进水期、反应期、沉淀期、排水期和闲置期5个阶段，一个周期内厌氧与好氧交替出现，通过这种方式达到去除污染物的目的。

SBR技术一般适用于集聚程度较高、对氮磷去除有要求、经济条件相对较好的集镇，处理规模不宜大于3 000 t/d。

3 五种工艺的对比与分析

五种工艺各有特点，文中选择某地区已建成污水处理工艺作为调研对象，将五种工艺从经济效益、技术指标、环境影响等方面进行对比与分析。

3.1 经济效益对比

3.1.1 投入成本

不同工艺的污水处理设施单位投入差距较大，将五种工艺技术的单位投入统计如图1所示。

图1 五种工艺的单位投入成本Fig.1 Unit input cost of five processes

在单位投入方面，净化槽技术投入最高，人工湿地技术投入最少。

3.1.2 运行成本

不同污水处理设施的运行成本差别较大，将五种工艺技术的单位投入统计如图2所示。

图2 五种工艺的运行成本Fig.2 Operation cost of five processes

在单位(t)污水处理的运行成本上，MBR技术成本最高，人工湿地技术、地下土壤渗滤技术成本较低。

3.2 技术指标对比

从出水达标率、氨氮去除率、COD去除率、操作管理难度几个方面对五种工艺的技术性能指标进行分析对比，如表1所示。

表1 五种工艺的技术指标

在氨氮去除率方面，MBR技术表现较好，人工湿地技术较差；在COD去除率方面，MBR技术表现最好，人工湿地技术、地下土壤渗滤技术较差；在操作管理难度方面，净化槽技术、MBR技术和SBR技术较为容易。

3.3 环境影响对比

从噪声水平、是否产生难闻气体方面对五种工艺的环境影响程度进行分析对比，如表2所示。

表2 五种工艺的环境影响情况

在噪声水平方面，五种技术基本上无噪音。在难闻气体方面，净化槽技术和MBR技术表现较好。

4 农村生活污水处理工艺选择原则

农村生活污水处理不应一味追求先进技术和处理效果，农村生活污水处理工艺的选择应遵循以下几个原则[8-10]。

(1)运营维护简单。一般来说，农村污水处理站的运行及维护主要由村民自理，与市政污水处理厂相比,缺乏专业技术能力，所以更要优选工艺，保证污水处理系统的稳定运行。

(2)抗冲击负荷强。农村生活污水的污水量和浓度变化很大,决定了农村生活污水处理应当选择抗冲击负荷能力强的工艺,宜选择固体材料作为载体的生物技术。

(3)经济性好。考虑到农村财力薄弱、收费难、自运维管理经验缺乏等因素,优先考虑选择投资建设成本低、运行费用低、维护成本低、可辐射面广、操作简单易行的处理工艺。

(4)根据污水来源和去向选择工艺。因为农村不适合修建大规模污水输送管网，必须把黑水和灰水从源头分开，再采用不同的治理方法。因为水的去向不同，处理好的水只要达到其相应的排放标准即可，农村污水处理并不是等级越高越好，要根据用途选择指标。

5 结束语

农村生活污水的处理工艺种类较多、工艺成熟,但只有通过对农村污水排放特点、农村经济发展程度、筹资方式、气候特点、地理地貌特征等多种因素的综合考虑,因地制宜合理选择污水处理技术,才能达到改善和治理农村水环境污染的目的。