农村生活污水处理技术与模式研究情况

汪泽锋，操家顺，王超越，殷同昕

(1.河海大学 环境学院，江苏 南京 210098；2.河海大学 浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室，江苏 南京 210098； 3.国河环境研究院(南京)有限公司，江苏 南京 211599；4.江苏东华市政工程设计有限公司，江苏 南京 210008)

随着农村地区经济水平的大幅度提升，农村生活污水排放量也不断增大，从而导致污染物排放负荷逐年增长[1]，这不仅严重制约了农村地区的经济发展，破坏了农村水环境，而且对农村居民的用水安全造成影响。

长期以来水污染治理工作相对集中于城市地区，农村地区水环境治理及保护远未跟上城市的步伐。目前，由于大部分农村没有建设相应的排水管网系统，导致大量生活污水就近排入农村附近河流，引发自然水体的富营养化及黑臭现象。此外，少部分已开展农村生活污水治理的地区存在污水处理设施运行效率不高的问题。因此，采用科学有效的处理工艺，探索因地制宜的处理模式，加快推进农村生活污水处理工作，是实现乡村振兴战略的迫切需要[2]。

本文介绍了农村生活污水的来源、特点以及存在的问题，详细阐述了农村生活污水处理模式的种类，并根据城镇污水收集管网分布、村居情况、地形这几方面进行比较，来确定农村生活污水处理模式。介绍了我国常见的农村生活污水处理技术：AAO、MBR、人工湿地、曝气生物滤池、化粪池以及基于各类工艺的一体化处理装置、组合工艺等，以及将来能应用到农村的新型污水处理技术，并比较了各工艺对农村生活污水处理效能的影响，为今后关于农村生活污水处理的研究提供参考。

1 农村生活污水特点

1.1 农村生活污水来源

根据污水来源可将农村生活污水分为黑水和灰水两类，黑水是指人体的排泄、冲刷所产生的高浓度生活污水，具有污染物浓度高、水量小的特点，来源是厕所污水；灰水是在洗涤、清洁过程中产生的低浓度、水量大的生活污水，来源是厨房污水和洗涤污水[3-4]。目前，农村生活污水的源头分离和分散处理由于没有长距离的管道建设，减少剩余污泥产量，降低建设和运营成本，提高污水处理效率，改善水资源的再利用等优点得到研究者的广泛关注与应用[5-6]。不同类型的农村生活污水的化学组分以及在农村污水量的占比见表1。

表1 农村生活污水中污染物来源及组成[3]Table 1 Sources and composition of pollutants in rural domestic wastewater

1.1.1 厕所污水 厕所污水主要包括厕所粪便、尿液及冲厕水等。生活污水中大部分的氮、磷都来自于厕所污水，同时还会含有大量的致病微生物[7-8]。何源等[9]对巢湖地区农村生活污水产排污调研，发现灰水和黑水污染物COD、NH3-N、TN及TP负荷占比分别为72.40%和27.60%，15.07%和84.93%，28.77%和71.23%以及54.55%和45.45%。

1.1.2 厨房污水 厨房污水主要由洗碗水、淘米水、洗菜水等组成。厨房污水中含有米糠、菜屑、动植物脂肪和钠、醋酸、氯、碘等多种元素，导致BOD、COD含量很高。

1.1.3 洗涤污水 洗涤污水由洗衣水、洗漱水、洗澡水等组成。农村地区大部分家庭长期使用洗衣粉和肥皂等洗涤用品，导致生活污水中N、P含量高，对农村水体造成巨大污染，加重了水体富营养化。

1.1.4 其他污水 主要指畜禽养殖、水产养殖、农产品加工、农家乐等所产生的，无法与厨房污水、洗涤污水和厕所污水分流的污水。

1.2 农村生活污水特点

由于我国地域宽广、幅员辽阔，农村地区村庄数量众多且分布分散，不同农村地区的经济水平、生活习性、地理位置等均有不同，导致存在不同的农村生活污水水质水量及排放规律[10]。

1.2.1 污水总量巨大且逐年增加 目前，我国农村约有8.2亿多人口，约占全国总人口的60%，排水总量超过6 000万m3/d，约占城市污水量的50%[11]。随着农村经济的发展，农村生活质量的提高，农村生活污水的排放总量将不断增加。

1.2.2 污水处理量小 农村地区村庄分布分散，单个村落居住人口不多，且生活污水人均排放量较小，导致需要处理的污水量小。据调查，一个200户、1 000人左右的村庄，污水处理量在100 t/d左右[12]。

1.2.3 水质、水量日变化大 农村居民生活作息规律，一天中有3个用水高峰时段，分别在早上6点～8点、中午11点～1点和晚上5点～8点，夜间基本不排水。污水为非连续性排放，水量变化幅度大[13]，日变化系数为3.5～5.0，同时由于各时间段排放的污水不同，导致污水水质在各时间段存在差异。

1.2.4 水质、水量季节性变化 夏季由于降雨较多，农村生活污水排放量较大，但污水中污染物的浓度较低；冬季由于枯水期的原因，农村生活污水排放量较小，污水中污染物的浓度较高，导致对周围水体的污染严重[8]；春秋季农村生活污水水质水量较平稳。

1.2.5 水质、水量地区性差异大 由于我国农村地区的经济水平、生活习性、地理位置各不相同，导致不同地方的农村生活污水水量、水质不同[14]。表2罗列了部分地区农村生活污水水质、水量的研究情况。

表2 部分地区农村生活污水水质、水量的研究情况Table 2 Research situation of the quality and quantity of rural domestic wastewater in some areas

1.2.6 具有可生化处理性 农村生活污水中的N、P及有机物的浓度较高，且一般不含重金属等有毒有害物质，易生化处理。

1.2.7 污水随意排放 大部分农村没有建设相应的排水管网系统，大部分农村生活污水就近排入附近水体，部分污水直接倾倒在地表[21]，剩余部分经简易的污水处理设施处理，排放的污水处理率低，污染附近流域水质以及土壤土质。

1.3 农村生活污水处理存在的问题

1.3.1 污水收集系统不完善 由于农村地区分布分散，管网建设资金需求量大，管网建设没有跟上处理设施的建设，导致处理设施的闲置。同时，污水收集系统存在已有管网破损或堵塞严重的问题。部分地区(如辽宁省)建设了覆盖度较高的主干管网，但是存在支管入户率低的问题，产生的生活污水无法收集到主管网中，对后续农村生活污水处理产生影响[22]。

1.3.2 农村生活污水治理设施缺乏针对性 目前，我国有260万个农村，各个村之间差异巨大，地形气候、人口组成、人口聚集度、污水水质水量、水环境承载力、经济水平、发展需求、生活习惯等都不同，就连一个乡镇内的不同村庄都存在巨大差异。这种情况下，很难只采用一种处理模式、工艺应用到农村生活污水处理，需要根据各个村庄的实际条件，因地制宜地选择处理模式和工艺。而实际上，部分市区在农村生活污水治理时采用一套设备、工艺、标准去处理导致污水处理设施达不到预计效果。

1.3.3 运维资金不足 农村生活污水处理中存在重建设、轻运维倾向的现象：建设成本可以通过项目申报等方式得到，但运维资金绝大多数需要基层政府自行解决。

1.3.4 运维管理主体不明确 农村生活污水处理的运维管理主体复杂，有政府部门、相关企业单位(建设、运维)、当地的村委会等，各单位、部门间分工不明确，界限划定不清晰，权力与义务划定不统一，难以有效统一管理[23]。

2 农村生活污水处理模式

农村生活污水处理可分为纳管处理、集中处理和分散处理三种处理模式[24-25]。处理模式的选择需要根据当地的实际情况来确定。

2.1 纳管处理模式

纳管处理模式是将农村生活污水集中收集，纳入污水处理厂或附近的污水处理设施统一处理。纳管处理模式能够降低农村生活污水处理时的费用，保障农村生活污水的处理效果[26]，是农村生活污水处理首先考虑的处理模式。

2.2 集中处理模式

集中处理模式适用于农村生活污水无法纳入污水处理厂或城市污水干管，需要自行建设污水处理设施，解决农村生活污水出路而采取的一种治理模式。

2.3 分散处理模式

分散处理模式适用于水系丰富地区、山区等管网建设难度大的地区的农户，或村庄中分布较为偏僻的单户或相邻农户的污水处理。即以单个农户或相邻几户农户为单位分别各自就地处理污水的模式，而无需铺设专门的村庄污水收集管网。

2.4 处理模式选择

农村生活污水处理模式(纳管处理、集中处理、分散处理)的选择，应根据村庄条件因素(村居情况、房屋密度等)、自然因素(地形、水系条件、环境敏感程度等)、建设因素(管道铺设、施工条件等)、经济因素(建设投资、运维成本等)等多方面因素的综合考虑[26-27]。由于村庄居民分散程度、村庄(或居住区)规模直接影响管道铺设距离、污水处理设施建设规模、建设资金投入等因素，因此主要根据附近是否有城镇污水收集管网、村庄居民分散程度、地形来确定农村生活污水处理模式。各农村地区可结合村庄实际特征，可参照表3的内容选择。

表3 农村生活污水处理模式选择Table 3 Rural domestic sewage treatment mode selection

3 农村生活污水处理技术

我国常见的农村生活污水处理技术包括AAO、MBR膜生物反应器、人工湿地、曝气生物滤池、化粪池等以及基于以上工艺的一体化处理装置、组合工艺。应该根据不同地区的水体排放要求、排放水质特点选择适宜的污水处理技术，以此实现农村生活污水经济高效的处理[28]。

3.1 AAO工艺

AAO是目前应用最广泛的脱氮除磷工艺，具有构造简单、运行方式灵活、HRT短、不易污泥膨胀、投资成本低、易于运维等优点，但AAO工艺存在碳源竞争、来水水质水量稳定性要求，运行稳定性不高等问题，影响了AAO工艺的脱氮除磷效果[29]。陈江杰等[30]调研了长三角平原地区AAO工艺处理农村生活污水的效果，COD、NH3-N、TN和TP的去除率分别为(46.9±30.5)%，(46.0±37.3)%，(19.7±18.7)%和(25.1±21.9)%。

3.2 MBR膜生物反应器

3.3 人工湿地

3.4 曝气生物滤池

3.5 化粪池

化粪池是农村生活污水处理中常用的设施，由于化粪池对污染物的去除效果有限，化粪池一般仅作为预处理设施，多与其他处理技术联用[28]。常见的化粪池结构为“三格式”，主要通过沉淀和厌氧发酵来去除生活污水中的悬浮性有机物。化粪池具有建设投资小、无能耗、易于管理、占地少等优点。

3.6 一体化处理技术

一体化处理技术将传统污水处理工艺的各部分进行模块化单元组合并对整体空间布局设计与优化，能够根据实际的进水水质水量要求设计不同规模的污水处理工艺，具有运输方便、组装简便及占地面积较小等优点[38]。

3.7 组合工艺

在实际应用中发现采用单一的技术难以实现对污水的高效稳定去除，采用两种技术组合应用，可有效弥补单一污水处理技术存在的不足，形成优势互补，污水净化效果明显提升[28]。根据不同地区的区域位置、经济条件、水质水量等要求可选择不同的组合工艺，目前主要有AAO-MBR、MBR-人工湿地、曝气生物滤池-人工湿地等组合工艺。各工艺农村生活污水处理效果见表4。

表4 各工艺农村生活污水处理效果一览表Table 4 List of rural domestic wastewater treatment effects by process

3.8 新型农村污水处理工艺

目前，全世界面临资源能源短缺的问题，研发新型农村污水处理技术，强化农村污水处理效果、降低运维能耗、药耗以及投资成本，实现农村污水处理的节能降耗十分必要。近年来，厌氧氨氧化、同步硝化反硝化以及短程硝化反硝化等技术成为国内外污水处理领域的热点。

3.8.3 短程硝化反硝化 短程硝化反硝化将硝化过程控制在亚硝酸盐阶段，之后直接进行亚硝酸盐型反硝化。短程硝化反硝化为硝化作用节省了约25%的氧气供应，为反硝化作用节省了40%的有机碳作为电子供体，并实现了较低的污泥产量[47]。

根据上述新型脱氮除磷技术研发新型污水处理工艺，实现高效、低碳、稳定处理农村生活污水。

4 总结与展望

农村生活污水处理作为农村人居环境整治的重要组成部分，是实施乡村振兴战略的重要一环。目前，大部分地区农村生活污水处理主要关注在污水处理设施上，而忽视了前期设计和后期运维的重要性，在农村生活污水处理模式与技术的选择上仍比较随意和盲目。因此，在农村生活污水处理过程中，应因地制宜，结合当地农村人口、经济、资源、生态、环境及其工程技术、运行效率等条件，选择合适的处理模式与技术，同时尽可能考虑投资成本、运维管理的可行性与适用性，使农村生活污水得到有效治理，更好地保护农村生态环境。

未来农村生活污水处理的发展可能主要分为以下几个方向。

(1)规划设计的完善。完善相应规划设计，解决目前农村生活污水处理因缺乏建设、验收和运维标准，难以对设施建设质量和运行维护进行技术指导和规范管理，治理效果难以保障等问题。

(2)优化农村生活污水处理模式选择研究。根据不同区位条件、村庄分布、人口密度、环境本底、经济基础等方面的不同特征，构建适应不同村庄特征的农村生活污水处理模式选择模型。

(3)研发高效、稳定、低碳新技术。为实现碳中和的目标，研发废水生物处理工艺脱氮除磷新技术是有效去除氮污染，实现节能降耗的重要途径。