分散式污水处理法在农村污水中的应用

黄英才 周沁宇 李雨桓 申泰铭

（桂林理工大学环境科学与工程学院 广西桂林 541004）

引言

近些年来，随着我国城镇化进程加快，农业生产的快速发展与农村生活的日益繁荣导致农村污水增多。农业生产中常伴随着化肥的施用，过量施用氮、磷、钾所造成的污水被认为是发展中国家农村地区农业污染的主要污染源。农村生活污水中主要由厨余废水、冲厕污水及粪便等组成[2]。农村废水排放至沟渠中并进一步污染江河湖泊，其中过量的氮、磷导致江河湖泊的富营养化。

“十三五”规划中指出，我国需要在2020 年实现对生活污水处理率超30%的目标。现阶段我国农村污水处理设施建设已取得一定普及，对农村污水处理率的提高成果显著；预计至2035年，我国农村生活污水的处理率将达到60%[1]。我国农村污水在不同地区、不同时段水质差异性大，且其排放具有“散，差，小”等特点，因此分散式污水处理法是我国解决农村污水问题的重要方向[2]。

目前国内外所采用的分散式污水处理法主要分为微生物法和生态处理法。微生物法利用微生物自身的代谢作用，在好氧或厌氧条件下处理污水，降解或转化其中的有机物、氮、磷等污染物质。常用的生物法有：活性污泥法、生物转盘法等。而生态法则主要根据土壤，植物，微生物三方构成复合系统，通过一系列协同转化作用实现降解废水的目的[3]。本文将就我国农村污水处理过程中遇到的主要问题，以及国内外所采用的分散式污水处理方法的优缺点进行对比，寻找适应中国农村污水特点的处理方式和方法。

1 我国农村污水排放和处理现状

我国农村地区面积广大，农村地区污水的水量、水质和排放特性存在较大差异。农村地区废水主要源自农村生活污水、不合理的化肥施用、农药污染物残留等。而我国大部分农村地区水处理技术较为落后，废水处理主要依靠自然蒸发，污水设施并未达到完全覆盖，因此，我国农村污水排放呈现“散，差，小”等特点。据统计，截止至2018 年，我国农村地区每年产生约200 亿吨废水，无序排放非常常见。未经处理的废水对农村地区的土壤、地表水和地下水造成了一定的污染。在我国250 万个村庄中，农村废水处理率不及10%。并且，在我国已经建成的50 多万座农村污水处理设施所覆盖的行政村，仅占我国所有行政村的25%[1]。

目前，我国农村所采用的污水处理模式大致可分为以下三种类型：（1）接管模式：在城镇周边村庄，通过铺设污水管网将农村污水收集到城市污水处理厂。（2）集中处理模式：在远离城市污水处理厂的人口密集的村庄，建设一些集中的污水处理设施。（3）分散处理方式：在住宅分散、地形复杂、人口稀少的乡镇，对单户或多户污水进行分散式污水集中处理。其中，分散式污水处理作为对集中式污水处理的补充，有助于解决我国广大农村地区集中式污水处理不能完全覆盖的缺陷。在实际污水处理工程中，常根据不同水质、地区而采用不同的分散式污水处理方案，以达到提高处理效率、减少土地占用、减少建设投资和控制运营成本的目的。

2 农村污水处理常用技术

2.1 传统“三格式”化粪池

“三格式”化粪池广泛存在于我国广大农村地区，由于其建造简单、造价低，大致可满足目前农村居民日常生活需要。但是，随着我国农村“改厕”政策及污水处理水质要求的提高，传统的“三格式”化粪池面临着出水水质不达标，处理效率低下等问题。韦昆等人[4]对传统化粪池进行改造中，设置多层孔板、厌氧折流板等装置对化粪池进行优化。结果表明，经改造的化粪池对氮、磷的去除效果较传统化粪池相比最高提高20%，化学需氧量去除率最高提高40%，出水水质符合标准水质要求。可见，在传统“三格式”化粪池的基础上进行改造，不失为一种投入少见效快的提高农村污水处理效果的办法。

2.2 沼气池

沼气是一种利用粪便、农作物秸秆等有机废弃物进行厌氧发酵产生的以甲烷（CH4）为主的混合气体。沼气作为一种清洁可再生能源，可以很方便的运用于我国广大的农村地区，对于环境保护、优化农村能源结构、节能减排具有着极大的意义。随着低温沼气池技术的进步，北方地区的农村在较寒冷的季节也可以用上沼气，并且将沼气池与温室大棚联合使用，极大地推进了设施农业的发展获取了可观的经济和环境效益[5]。沼气池虽然具有运行稳定、无需动力、无需专人维护、可对农村污水进行二次利用等优点，但是，在厌氧状态下运行的沼气池也存在处理负荷低、出水水质不稳定、对氨氮、总磷的去除效果差等众多缺点。因此，沼气池应当作为一种能量回收装置来看待，而不是一种污水处理设施。

2.3 活性污泥法

目前，集中式污水处理设施主要采用活性污泥法，其原理是以微生物繁殖而成的絮状物为主体，通过吸附，凝聚，氧化等一系列作用使污水中的无机物和有机物得到去除从而达到污泥与水分离的目的。一部分污泥排出进行无害化处理，一部分经回流至曝气池中。活性污泥法经过不断的改进，发展出序批式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor SBR）、接触稳定法、完全混合法等工艺。宋小燕等人[6]应用间歇曝气序批式活性污泥法处理养猪沼液稳定运行期实现了TN 去除率达90%，对于活性污泥法处理高氨氮低碳氮比上具有可借鉴性。詹旭，王翔等人[7]采用厌氧折流板反应器（Anaerobic Baffled Reactor ABR）工艺处理养猪场废水,处理后出水化学需氧量浓度小于100mg/l，氨氮浓度小于25mg/l，出水水质达标[11]。活性污泥法在国内外常用于处理养殖畜禽类废水，如养猪废水、禽类养殖废水等对污水处理程度要求较高的农村地区。但活性污泥法作为农村地区分散式污水处理技术应用上，其存在着水质变化适应差、曝气池负荷低、占地大、建筑运行费用较高等缺点。

2.4 土地渗滤技术

土地渗滤处理是生态处理法的一种，污水垂直入渗进入具有良好通透性的地下，流经天然土壤或种有植物的天然土壤表面，经过土壤的吸附、沉淀、络合以及与微生物的生化作用等过程使污水得以净化，污水中的氮磷可以使得土壤的肥力得到补充。土地渗滤技术因其建造成本低、运行原理简单被广泛运用在农村地区，同时其不产生臭味，不滋生蚊虫，因而与人工湿地系统相比存在着一定的优势[8]。但土地渗滤处理是以天然土壤为介质，处理效果受土壤质地、土壤环境等各方面影响较大，且存在着污染地下水的风险，因此不适用于处理有机负荷大、溶解性固体多、重金属含量过高的污水。

2.5 人工湿地系统

人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水有控制的投配到人工湿地上，可实现对污水的处理。人工湿地的污染物去除机理包括物理、化学和生物过程；通过物理过程去除污水中的悬浮物，通过生物降解过程将污水中的有机物、氨氮等各类污染物去除。人工湿地的性能取决于温度、水力负荷、植被、填充介质等各种因素。人工湿地系统具有建造运行费用低、对污染物去除率较高、负荷性强等优点。人工湿地可根据水力流量的不同将其划分为表面流、水平潜流和垂直流三种类型而进行建造。常见的组合湿地便是按照设计需要将该三种湿地进行串联或多级组合。兰书焕等人[9]采用生物膜+水生蔬菜型湿地处理实际农村生活污水，对COD 的去除率最高达69.23～96.53%，对氨氮去除率达95.9%～97.26%，出水水质达到相应的排放标准[10]。使用生物膜+水生蔬菜栽种不仅可以调动农民对污水处理的积极性，还可以降低湿地实际使用过程中常出现的湿地堵塞的几率。

结语

总体而言，我国部分农村地区采用的分散式污水处理技术可以满足居民日常的生活污水处理需求，但在农村地区经济不断发展的趋势下，部分农村地区仍缺乏相应的污水处理设施；目前我国大部分农村地区仍然存在着生活污水未经处理直接排放至河流湖泊中的现象。由于我国现阶段大部分地区农村经济并不发达、农村财力薄弱、投资低的问题依旧存在，因此，运行维护成本低的处理技术，如土地渗透技术、人工湿地技术，能更好的解决我国农村地区污水处理程度低下的问题。但在实际工作中，由于污水处理设施位置分散、各地经济发展和技术水平参差不齐、监管模式差异等问题也随之而来。对于上述技术的推广、应用以及运行管理和监督，是政府制定政策时所要面临的重要问题。