农村生活污水处理经济适用技术探讨

李列飞，潘旭东，汪 啸

（1.浙江双良商达环保有限公司，浙江 杭州 310000；2.杭州天创环境科技股份有限公司，浙江 杭州 310000）

从21世纪开始，人们就越来越重视水污染治理。在我国发展过程中，首先要解决的问题是城市污水处理，需提高污水的处理率，并制定更加严格的排放标准。在过去的十几年，除国家统一制定的工业废水、市政污水排放标准外，各地也相继出台了更为严格的排放标准。在城市污水治理中，标准制定、技术创新和推广使城市污水治理水平有了较大提高。然而，与城市污水处理取得的显著成绩不同的是，从2000年到2015年，农村污水处理基本处于停滞状态，很多地区基本没有新的农村污水处理设施，与城市污水处理效果相比差异明显。中国住房和城乡建设部于2016年公布的数据显示，中国农村生活污水处理率只有22%，相对于93.44%的城市污水处理水平，还有待进一步改善。

由于我国地域辽阔，不同地区的生产、生活习惯有很大差异，所以产生的污水量及水质特性也具有很大的不确定性，而农村地区的变化幅度要大于城市，这主要是因为虽然城市居住人口多，但居民生活用水主要集中在早、中、晚三个时段，这一段时间内排水系统和污水处理系统均可在相对稳定的条件下运行，而农村生活污水则除早中晚固定时段有污水排放外，其余时间的污水排放量也不会太小。本文介绍的农村生活污水，主要是指农民生活用水、清洁用水、厨余用水、洗碗水、洗浴废水、冲厕污水等，这些废水基本不含重金属，生物毒性小，且有很强的生化能力，比较适宜采用生物法和生态法进行处理[1]。

1 农村环境污染的现状

与城市相比，农村污染治理基础设施的建设相对薄弱，受到的重视程度也不高，因些，农村环境污染治理已成为当前污染治理工作的重点之一。以下分析造成我国农村水污染的主要原因。

1.1 杀虫剂及肥料的不合理使用

我国是世界上使用化肥最多的国家，但化肥的利用率较低。在某些地区，化肥的使用量甚至为农作物可吸收量的数倍。氮、磷、钾等肥料的过量施用，使氮、磷、钾等元素进入水体，造成水体的富营养化，使地下水受到硝酸盐的污染[2]。

1.2 工业污染排放

大量高污染、高耗能的企业进入农村乡镇，但由于农村乡镇的环保意识较低，对环境的重视程度低，且管理监督不力，造成农村乡镇的水污染严重，对区域的发展和人们的身体健康产生不利的影响。

1.3 畜禽饲养与环境污染

在我国家畜养殖业高速发展的今天，由于家畜粪便、尿中生成的氮、磷含量急剧上升，农田所承载的氮、磷浓度随着一定时期的增长而日益上升，这是形成农村水域富营养化现象的另一个重要因素，并且已经形成中国农村水面源污染的主要源头之一。

1.4 农村生活污水及污染现状

农村生活污水的主要类型有厨余污水、日常生活冲洗污水和冲洗厕所污水。农村生活污水系统具有以下特点∶污染范围分散、水体类型复杂及水量波动大。尽管当前我国城镇污水处理率已达到相当高的水平，但是农村生活污水处理的比例依然很低。随着国家经济实力的提升和广大农村居民生活水平的不断提高，农村居民人均生活污水排放呈逐年上升趋势，现已成为影响湖泊等水体富营养化面源污染的重要因素[3]。目前，我国城镇每年污水排放约200亿立方米，且每年都在增长，但仍有许多农村缺少污水收集网络和污水处理设施。经调查统计发现，2020年，浙江省城镇人均综合用水量为408 L/d左右，全省城镇每年污水产生总量达到45亿立方米。

平原区的污水排放量大于山区，远离市区的村庄因没有与市政管网相连，排放量较大，如污水不经处理直接排放，将对环境造成较大的影响。在农村地区进行生活污水处理仍有很多困难需要克服。乡村生活污水分布范围较广，不容易收集。同时生活污水排水量小、各个区域之间的污水指数差异大、组成较为复杂且波动大。一些传统的水处理工艺由于投入资金大、操作维护存在技术难点，已不适合农村生活污水的处理。此外，不同地区的自然条件不同，对水处理工艺的选择也有较大影响。

2 农村生活污水治理存在的问题

我国农村地形复杂，分布零散，加大了污水收集处理的难度。据统计，由于农村经济发展水平较低，农村生活污水处理基础设施建设较为滞后，普遍未铺设排水管路，此外，农村生活污水在运送过程中也会产生泄漏、渗漏等问题，造成了对排放设施附近的土地和水域产生污染。近几年来，我国大部分农村地方政府都出台了关于适用于农村生活污水污染标准的处理工艺、规范等，是带有指导性的文件。但目前农村生活污水的排放，由于水质、水量的波动较大，造成农村生活污水的污染管理规模和实际污染浓度均不合理。一些农村地区由于没有对当地水质进行研究分析，就规划并修建农村生活污水处理设施，因而造成农村生活污水处理设备的数量无法满足污水量大、水质不合格的情况，使处理后的出水水质不理想。由于农村地域辽阔，在地理地形、气候环境、社会经济条件等方面存在较大的地域差异，污水处理技术的选择也多种多样，所以因地制宜地选用农村生活污水处理工艺就显得尤为重要。而对于农村生活污水的管理、工艺技术的选用应当以达到地方排放标准，并符合地方生活用水需求为前提条件。因此，如何对农村生活污水进行管理，一直是困扰农村污染管理的重大问题，此外，其资金来源也是一个难题，也是制约其发展的重要问题。当前，我国农村生活污水整体处理水平较低，大量的农村生活污水直接排放到相邻河道水体，污染了河流、湖泊，引起水体富营养化和水质下降[4]。

针对我国农村地区分散式生活污染的自然特性，要从资源开发利用与经济效益两方面出发，采用“厌氧、缺氧+跌水曝气、生物接触氧化+人工湿地”的工艺途径。前者主要用来降解有机化合物，后者则以生态单元为主，加强对尾水中氮、磷的去除与资源化。通过生物体连接生态单元，可充分发挥地形与稻田灌溉的优势，把农业生产与生态功能结合起来，体现资源化、经济、高效的原则，为有效治理农村生活污水提供一种新的模式。

3 农村污水处理技术的发展及经济适用技术

3.1 农村污水治理技术的发展

在广大农村，受技术和经济水平的制约，废水单向处理工艺比较符合经济的运行和管理，具备处理农村生活污水的优势。一般情况下处理过程无毒、无污染，氮和磷的各项指标可方便控制，便于有针对性地处理。

3.2 农村污水治理的经济适用技术

3.2.1 新型稳定塘技术

稳定塘污水处理工艺投资少、运行费用低、操作维修方便、不需污水处理，更适用于农村污水处理。在常规的稳定塘处理工艺中，存在水力停留时间长、占用空间大、易发臭等缺点。因此，要在稳定塘处理工艺中不断开发新品种，如高效藻类塘、水生植物和养殖水体、高效复合厌氧、超深臭水体等，已开发出多种新型池塘，包括高效藻类塘、超深水体厌氧生物池、超深池、生物滤池等。High Rate Algae Pond（HRAP）是由美国加州大学伯克利分校Oswald博士发明的一项经过改进的稳定塘技术。改良的池塘由于菌藻共生关系，池塘生态系统较传统生态塘更为丰富，藻类在生长过程中可吸收水中的氮、磷，同时进行光合作用产氧，从而促进系统中的硝化作用；有效的藻类池还具有塘深、停留时间短、占地少等优点。现在高效的海藻塘已在美国、法国、德国、南非、印度、新加坡等国得到了试用[5]。重庆市三峡库区某镇，利用折流板曝气法生物滤池与稳定塘相结合的方式，对生活污水进行强处理，使之适应水质波动，经运行后的水质可满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-002）中一级B标准。

3.2.2 FILTER污水土地处理系统

FILTER污水土地处理系统，是一个经过改进的污水土壤处理系统，它通过使用富氮的污水对农作物进行灌溉，使污水达到地方排放标准，提高农作物产量。FILTER系统在澳洲新南威尔士州格林菲斯郡开展了试验，结果表明，FILTER系统既能保证本地的污水处理能力，又能明显地减少生活污水中的氮磷，同时也能有效地弥补农业生产与维护的成本。例如，山西省大同市阳高县，灌溉季节未进行处理的生活废水和工业废水经管道直接流入农田灌溉，给农灌带来污染。将FILTER污水土地处理系统应用于生活废水、工业废水的处理，结果表明，该出水量符合《地表水环境质量标准》Ⅲ类要求，符合当地气候及土壤条件，取得了预期的效果。

3.2.3 膜生物反应器技术

在传统的生物活性污水工艺中，膜生态反应器主要是利用膜分离技术，以提高其处理效率。从2003年开始，德国就已经建设了城市生物分散化基础设施系统，在没有连接市政管线的偏远地区或农村建设了膜生物反应器，利用膜生物反应器可以将雨水和污水处理成城市污水。结果表明，利用膜生物反应器不仅可以使污水处理费用下降，而且提高了农村地区的土地肥力。膜生物反应器技术如图1所示。

图1 膜生物反应器技术

3.2.4 蚯蚓生态滤池处理系统

蚯蚓生态滤池处理系统是将蚯蚓这种生物引入传统生物滤池中，蚯蚓在基质中的移动可显著提高基质的孔隙率，缓解系统基质的阻塞，丰富系统中微生物的数量和种类，增加生态系统的多样性，促进污染物的去除。与常规生物滤池相比，蚯蚓生态滤池处理系统的出水量可以达到B级，而改进后的系统甚至可以达到一级A标准。沼气生态滤池处理系统产泥少、占地少、成本低，投资、操作、维修成本低，同时所产生的污水可以直接为农作物所用，适用于农村污水处理。利用三层并联的双塔式蚯蚓型生态滤池处置农村生活污水，试验结果显示，夏、冬二季对COD、NH4+-N、TN、TP都有较好的消除功效，且出水超过了《城镇污水处理厂废气排放量国家标准》（GB18918-2002）的一类或A类国家标准。同时发现系统中微生物的种类比夏季丰富，从上到下呈递增规律。对农村分散式生活污水进行处理，结果表明，除TN、TP外，均可达一级A标准。由此推测，这可能是由于滤池内蚯蚓的移动抑制了厌氧环境的形成，造成了TN去除率不理想。同时由于蚯蚓生物滤池没有厌氧交替的基质环境，因此不利于聚磷菌的生长。

3.2.5 日本净化槽技术

在日本，净化槽法是利用膜分离与生物联合处理的MBR法，处理日本农村生活污水，在地方水污染治理中发挥着重要作用。净化槽法的运行费用低，维修方便，适用于处理分散、水质和水量波动的农村生活污水。在此期间，由于以前未明确净化槽的鉴定标准，致使非标准型净化槽排出的水给环境带来严重的污染，因此，政府明确规定了净化池的中间处理工艺条件。近几年来，多地引进了日本的膜式滤池系统，系统采用活性污水-膜分离法，经处理的出水达到规定的一级A标准，改善了当地农村的水环境，同时也带动了周边地区的污水处理。但是净化池技术的施工成本较高，不适合在经济落后的地区应用。

3.2.6 人造湿地技术

与传统的自然湿地不同，人工湿地是由人为模拟的自然湿地生态系统而建立起来的，以消除农村污水的污染。该方法工艺简单、操作效率高、投资少，可对水体进行净化，提高景观效果，为植物带来一定的经济效益。在国外，北美的湿地类型多为表面流人工湿地，一般用于高密度地区的高级处理。而欧洲的湿地主要类型为潜流式人工湿地，通常用于农村污水的二次处理。人造湿地技术一般具有占用空间大、运行维护简单、投资成本低的特点，适用于土地价格低廉、农村散居的污水处理。近几年来，国内外在处理农村生活污水方面做了很多探索。如波兰，在2003～2017年间，共拨款约100亿欧元发展农村污水处理基础设施，约占2003年全国财政收入的30%，其中一半以上的资金用于扩建污水处理网络，其余部分用于建设各污水处理系统。因此，所要缴纳的巨额税费使这些地方的生活污水处理量远远不及中心城区。而生活污水的无组织排放，会带来越来越严重的环境污染，使农村生态与水体环境更加富营养化，甚至变成黑臭水体。因此，农村生活污水需采用经济适用的工艺方法，常见的人工湿地技术如图2所示。

图2 人工湿地技术

我国东南大学研究生院在“十二五”水专项课题支持下，研究出配套的处理技术：厌氧-缺氧生物滤池、跌水充氧接触氧化法、水生植物滤床及浸润控制式人工湿地组合工艺。在优化组合生物生态工艺的同时，持续改善各个单元，尤其是人工湿地单元，实现了农村生活污水的高效脱氮除磷、投入运行费用低以及对氮磷资源的有效利用。

人造湿地作为一种污水深度处理技术已经比较成熟，被广泛应用于农村生活污水处理。潮汐流人工湿地是对潜流人工湿地进行改良的一种湿地，由于其强大的富氧能力，逐渐受到人们的重视。潮汐流人工湿地与传统潜流人工湿地在污水处理上各有优势，而在冷季时这两类人工湿地技术一般都存在处理能力差的困境，很难达到排放标准。

3.2.7 改良的A2O工艺

目前，在农村生活污水处理中，A2O-MBR是一种应用较多的处理工艺，该方法对有机物质和磷的的去除有明显的优势。并对传统工艺进行了改进，其原理是：在缺氧条件下进行预硝化，在好氧条件下脱除有机含碳物、氧化含氮有机化合物及氨氮硝化，在AO工艺的好氧段设置膜组件，替代传统工艺中的二沉池，从而实现固液分离。在缺氧段好氧混合物回流，为缺氧段提供混合物。

4 结语

鉴于我国农村水体污染整治起步较晚，农村废水处理技术开发较为滞后，加之广大农村地区具有地理差异性，研究应用于农村生活污水处理的最新技术变得十分紧迫。针对上述多种污水处理工艺，每个地区都须依据当地的地理地形、自然环境、经济条件等进行选择。在选用农村生活污水处理工艺时，应根据当地特点，如地理环境、气候、政府行政财力、农民平均收入、人口密度、技术条件、管理难度、土地面积、能源成本、管理效益、技术管理水平、土地用途等，以最低的生产成本，合理缓解农村的生态环境问题，以推动社会主义生态文明管理和社会主义工程建设。