农村生活污水处理现状及其方法研究

于美娜，张鸿刚

（1.天津城建大学，天津300384；2.山东理工大学，山东 淄博255049）

农村水环境是整个农村水生态系统的核心.它是指农村水生态系统中的地表水、地下水和土壤水.农村水环境污染[1-4]是指由农村人口的日常生活所造成的水资源污染.随着农村经济的快速发展以及城市化进程的迅速推进，农村水环境污染问题已经逐渐成为最重要的水污染源[5-6].如何更加合理、高效地处理农村污水已经成为控制农村水资源污染的关键，同时也是农村水资源污染当下亟须解决的问题.目前，我国农村污水处理按模式划分主要有集中处理、分散处理和生物处理三种[7-11].

1 研究区概况

随着“推进我国社会主义新农村建设，逐渐实现城乡一体化”目标的提出，山东省在不断实现城乡一体化的进程中，农村的环境污染问题迅速凸显出来，尤其是水资源污染问题非常严重，呈现出雪崩式恶化的趋势. 山东省水利厅发布的《山东省重点区域水质通报2014 第6 期》显示[12]:在全省测试的256 个水功能区域中，其中水资源环境标准达到I 类标准的水功能区仅有1 个，占0.4%；而符合劣V 类的有68 个，占23.9%（如图1 所示）. 长期以来山东省水污染治理的重点对象是工业集中区域和人口稠密的城市，然而对农村水污染问题却没有进行有效地解决.

山东省农村地区生活污水比较分散，而且总量很大，同时绝大数农村地区受经济[13-14]发展水平和地理条件的限制，农村生活污水收集管网不完善，并且管网覆盖率不足50%. 即便是有污水处理设施的村庄，由于长期无人管理和维修，导致污水处理设备破损十分严重，安装的管网收集设施形同虚设.农村生活污水缺少统一的排放标准，各个地区对村庄生活污水排放标准的要求大同小异，好多村庄盲目地参照城市污水处理标准对其进行生活污水处理，导致成本过高而无法正常运行. 村民的环保意识比较弱，掌握的生活污水处理知识也相对较少，从而造成资源的严重浪费.

图1 山东省284 个水功能区水质情况

2 处理方法研究

通过对农村污水的三种主要处理方法（集中处理、分散处理、生物处理）的研究，针对农村生活污水比较分散、总量庞大的特点，本文通过比较每个村庄污水中六种主要污染物的含量与该地区平均值的大小，将其转化成一个二分类问题. 最后，再根据各个村庄污水的特点进行分类处理，主要包括以下几个步骤.

（1）对各个村庄污水中六种主要污染物分别进行采样标记，村庄分别标记为1，2，3，4，5，6，…，n；各个村庄每升污水中化学需氧量分别标记为O1、O2、O3，…，On；总氮分别标记为N1、N2、N3，…，Nn；总磷分别标记为P1、P2、P3，…，Pn；氨氮分别标记为H1、H2、H3，…，Hn；SS 分别标记为S1、S2、S3，…，Sn；BOD5 分别标记为B1、B2、B3，…，Bn.

（2）统计各个村庄每升污水中六种主要污染物:化学需氧量（O）、总氮（N）、总磷（P）、氨氮（H）、SS（S）及BOD5（B）的含量（mg/L）；同时计算出这六种主要污染物各自的中位数、平均数、标准差. 以化学需要量为例，其中位数记做OM、平均数记做OA、标准差记做和（这里的标准差分别是指以平均数为参考值求出的标准差和以中位数为参考值求出的标准差），如下式

其中:一组数据的标准差反映的是该组数据的离散程度，若某组数据的标准差越小表明该组数据的离散程度越小；若某组数据的标准差越大则表明该组数据的离散程度越大.

（3）确定该地区农村生活污水中六种主要污染物评价的参考值.以化学需氧量为例，比较以化学需氧量的平均数为参考值计算出的标准差和以化学需氧量的中位数为参考值计算出的标准差值的大小，如果以化学需氧量的平均数OA为参考值计算出的标准差的值小，那么则以化学需氧量的平均数OA作为参考值；如果以化学需氧量的中位数OM为参考值求出的标准差的值小，那么则以化学需氧量的中位数OM作为参考值.同理，求出该地区农村生活污水中其他五种主要污染物的参考值.

（4）这里以该地区农村生活污水中六种主要污染物各自的平均数作为参考值来进行说明.比较每个村庄污水中主要污染物化学需氧量的值Oi与该地区污水中主要污染物化学需氧量的平均数值OA的大小，当Oi＞OA时标记为α；当Oi＜OA时标记为β.依次类推，对每个村庄中六种污染物含量大于该地区污水中污染物含量平均值的污染物标记为α，小于平均值的标记为β，然后统计出每个村庄中六种主要污染物被标记为α 的个数大于等于3 的村庄.将这些村庄中的生活污水进行分类，然后把每个村庄中的同类污水集中一起处理；将剩余村庄的生活污水在考虑当地的交通、经济、环境等因素后进行就地处理.

3 实验与分析

对山东省济南市莱城区瀛汶河流域部分农村生活污水进行了监测采样，并结合2017 年5 月山东省济南市莱城区农村水质调研数据以及山东省农村污水处理标准进行分析.

3.1 瀛汶河流域部分村庄生活污水采样结果对比

笔者在2018 年7—9 月对山东省济南市莱城区瀛汶河流域的太平村、小洼村、陶镇村、西留村、王家岭村、魏王许村、辛庄子村和谢家官村的生活污水进行监测采样；对生活污水中的污染物实际数据进行分析；并结合2017 年5 月山东省济南市莱城区农村水质调研数据，根据农村污水处理标准，将农村生活污水中的主要污染物划分为六大基本类型；统计各个村庄主要污染物含量的分布情况，如表1 所示.

表1 山东省济南市莱城区瀛汶河流域农村生活污水水质抽样结果分析 mg/L

为了更直观地表现瀛汶河流域农村生活污水中六种主要污染物含量分布情况，根据表1 绘制直方图如图2-3 所示.

图2 部分村庄每升污水中六种主要污染物含量的对比直方图

图3 每升污水中六种主要污染物在各个村庄含量与该地区平均值含量的对比直方图

由表1 和图2 可知，山东省济南市莱城区瀛汶河流域农村生活污水水质差异十分显著，农村生活污水中六种主要污染物化学需氧量的含量、总氮的含量、氨氮的含量以及SS 的含量明显高于污水中污染物总磷的含量和BOD5 的含量.同时，各个村庄生活污水中六种主要污染物的含量也存在很大差异.有些村庄在采样时甚至无法检测到生活污水中主要污染物的含量，因为在这些村庄采样时发现许多农村污水管网设施不健全，甚至有些存在的管道也已经破损严重.其原因是大多数村庄自从安装上污水处理设备后，就再也没有进行过维护和检测，这些村庄的生活污水流经收集管道时几乎完全渗漏，所以下游管网收集主要以雨水为主.各个村庄生活污水中化学需氧量的比重明显高于其他主要污染物的比重，其次是总氮含量的比重，总磷含量的比重和BOD5 含量的比重在污水主要污染物中最低.

由表1 和图3 可知，山东省济南市莱城区瀛汶河流域农村生活污水中六种主要污染物在各个村庄的含量各不相同. 王家岭村生活污水中总氮的含量和BOD5 的含量为零；辛庄子村生活污水中SS 的含量和BOD5 的含量也为零，在这些地方进行采样时，污水收集管网破损较为严重.通过直方图的对比分析，得出陶镇村、西留存、魏王许村三个村庄中六种主要污染物被标记为α 的个数大于3.说明这三个村庄中的六种主要污染物含量至少有一半超过了该地区六种主要污染物含量的平均值，表明这三个村庄相对污染比较严重.将这三个村庄中的生活污水进行分类，然后同类污水一起处理；剩余五个村庄由于六种主要污染物被标记为α 的个数均小于3，表明这五个村庄相对污染比较轻，考虑当地的交通因素、经济因素、环境因素等进行就地处理.

3.2 采样数据经过本文方法处理前后结果对比

山东省济南市莱城区瀛汶河流域农村生活污水采样数据经本文方法处理，其水质抽样结果分析对比见表2.

表2 对瀛汶河流域部分村庄采样的生活污水处理前后水质抽样结果分析对比 mg/L

由表2 可知，山东省济南市莱城区瀛汶河流域农村生活污水经本文方法处理后，农村生活污水中六种主要污染物的含量都有所降低，基本都达到农村生活污水最低排放标准.其中陶镇村、西留村、魏王许村污水中污染物的含量下降最为显著.陶镇村、西留村、魏王许村这三个村庄中六种主要污染物被标记为α 的个数均大于3，说明这三个村庄中的六种主要污染物含量至少有一半超过了该地区六种主要污染物含量的平均值.表明这三个村庄水污染相对比较严重，所以对这三个村庄中的生活污水先进行分类，然后再对同类污水一起进行处理，这样能有效避免二次水污染.结果显示:处理后这三个村庄污水中污染物的含量明显降低；太平村、小洼村、王家岭村、辛庄子村、谢家官村这五个村庄中六种主要污染物被标记为α 的个数均小于3.说明这五个村庄水污染相对比较轻，根据当地的交通因素、经济因素、环境因素等进行就地处理，处理后结果显示这些村庄污水中污染物的含量也下降了一定程度，基本上都达到了农村生活污水最低排放要求.

4 结 论

通过对瀛汶河流域部分农村水污染的研究分析，得出以下结论.

（1）将农村生活污水依据该地区的平均含量转化成一个二分类问题，然后依据各个村庄污水的特点进行分类处理，不仅能够有效降低农村污水中污染物的含量，而且不会造成二次污染，同时具有一定的指导性和可操作性.

（2）要根治农村水污染问题，光靠技术方法的创新与改进是不够的，还要加强宣传教育，学习生活污水处理知识，提高村民的环保意识.同时，呼吁相关部门加强对各个村庄生活污水处理设施的维护和监管，定期对农村生活污水水质进行抽样检测，加大对农村污水处理设施的投放和维护.