黃海琴，毛玉婷

(江西省山江湖開發(fā)治理委員會辦公室，330046，南昌)

村鎮(zhèn)生活污水處理技術(shù)發(fā)展趨勢分析

黃海琴，毛玉婷*

(江西省山江湖開發(fā)治理委員會辦公室，330046，南昌)

論述了當前國內(nèi)外村鎮(zhèn)生活污水處理的主要技術(shù)。在我國現(xiàn)已廣泛推廣農(nóng)村厭氧沼氣池的基礎(chǔ)上，提出厭氧沼氣-人工濕地組合工藝將成為我國未來村鎮(zhèn)污水處理的主流趨勢。

村鎮(zhèn)生活污水;厭氧沼氣池;人工濕地

1 村鎮(zhèn)生活污水現(xiàn)狀及問題

多年來我國改善城市環(huán)境污染的行動舉措頗多，市內(nèi)通過污水截流改善水質(zhì)，通過調(diào)整工業(yè)和能源結(jié)構(gòu)改善空氣質(zhì)量，通過簡單填埋垃圾改善城區(qū)面貌。而這一切都是以犧牲農(nóng)村環(huán)境為代價，農(nóng)村水質(zhì)的忽視、空氣污染企業(yè)的村鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移加重了農(nóng)村空氣污染、農(nóng)村垃圾肆意丟棄，加之村鎮(zhèn)布局不合理、侵占耕地、違規(guī)建房、綠化環(huán)衛(wèi)設(shè)施基本空白，使得城鄉(xiāng)差別在逐步擴大。農(nóng)村水環(huán)境的治理，對我國水資源的保護和利用、對農(nóng)產(chǎn)品的安全生產(chǎn)、對全民健康水平的提高，均有著重要的現(xiàn)實意義。

農(nóng)村居民排放的生活污水有人糞尿、洗滌洗浴、廚房污水及畜禽養(yǎng)殖污水等。近年隨著農(nóng)民生活水平不斷提高，樓房、抽水馬桶、廚衛(wèi)等現(xiàn)代化設(shè)施在農(nóng)村和鄉(xiāng)鎮(zhèn)普及，村鎮(zhèn)生活污水水質(zhì)、水量變化很大，遠遠超過了自然的自凈與承載能力，成為新農(nóng)村建設(shè)急需關(guān)注的重大問題之一。住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部《村莊人居環(huán)境現(xiàn)狀與問題》調(diào)查報告顯示，全國96%的村鎮(zhèn)沒有排水渠道和污水處理系統(tǒng)，生活污水直接排放到附近溝渠和水塘里[1]。另據(jù)統(tǒng)計，全國農(nóng)村每年有超過2 500萬m3生活污水直接排入河流、水塘，造成河流水塘等水環(huán)境污染，影響村民居住環(huán)境，威脅村民身體健康和生態(tài)安全，是農(nóng)村重大的安全隱患[2]。垃圾混合，臟亂不堪。大量農(nóng)村污水常年累積，污染當?shù)仫嬘盟?、地表徑流等，造成面源污染，致使湖泊、水庫富營養(yǎng)化問題日趨嚴峻。

我國農(nóng)村地區(qū)對生活污水處理不夠重視，缺乏配套政策與資金。據(jù)測算，全國擁有村級污水處理設(shè)施的行政村只占2.6%，且主要分布在北京、上海、浙江、江蘇、天津、福建、山東、廣東等經(jīng)濟較發(fā)達地區(qū)[3]。而中西部落后地區(qū)，擁有生活污水處理系統(tǒng)的村莊更是屈指可數(shù)。以江西為例，江西農(nóng)村人口約為2 580萬人，生活污水排放量達到56 502萬t[4]。要處理這么多污水，需投入50多億人民幣建立萬噸污水處理廠150座以上，這其中還不包括建設(shè)管網(wǎng)和污泥處理的資金投入，而農(nóng)民低密度居住方式以及農(nóng)舍與農(nóng)田交錯布局使得地下管網(wǎng)建設(shè)幾乎不可能。農(nóng)村生活污水排量少、有機物濃度偏高、日變化系數(shù)大、間歇排放、控制困難等特點，表明了農(nóng)村地區(qū)污水處理應采用規(guī)模較小、成本低、分散式的環(huán)境工程與生態(tài)技術(shù)手段，以減少和去除主要污染物(如N、P)的含量為目標，使其排放標準與當?shù)丨h(huán)境自凈能力接軌，維持農(nóng)村生態(tài)環(huán)境平穩(wěn)與和諧。因此研究與分析未來村鎮(zhèn)生活污水發(fā)展趨勢，對推動新農(nóng)村建設(shè)，維護農(nóng)村人居健康，把脈農(nóng)村生活污水處理設(shè)施市場化方向都具有現(xiàn)實意義。

2 國內(nèi)外農(nóng)村生活污水處理技術(shù)

2.1國外農(nóng)村生活污水處理技術(shù)

農(nóng)村污水處理方面，各國根據(jù)各自的國情都有自己的處理工藝。結(jié)合我國農(nóng)村規(guī)模小且分散、地區(qū)差異大、管理水平低、建設(shè)和運行資金短缺等特點，選擇以下國外4種處理技術(shù)簡單介紹分析。

2.1.1 韓國人工濕地污水處理系統(tǒng) 韓國農(nóng)村居民分散居住，不能照搬城市集中處理的污水系統(tǒng)，必須選擇小型簡易的污水處理系統(tǒng)。韓國的人工濕地污水處理系統(tǒng)實質(zhì)上是一種土地處理系統(tǒng)，廣泛應用于歐洲、北美、澳大利亞和新西蘭等地[5]。濕地內(nèi)可選擇多種水生植物，如蘆葦、香蒲和燈芯草等，能較好的過濾污染物質(zhì)，經(jīng)過系統(tǒng)處理后的出水可以用于灌溉水稻。這種方法能耗少，運行成本低，但其處理需要大量的土地，并要解決氣溫和植物季節(jié)性影響等問題[6]。

2.1.2 美國高效藻類塘系統(tǒng) 高效藻類塘是由美國加州大學伯克利分校的Oswald教授提出并發(fā)展的一種傳統(tǒng)穩(wěn)定塘的改進技術(shù)[7]，有著更加豐富的生物相，最大限度的利用了藻類產(chǎn)生的氧氣，提高了降解速率，具有投資少、運行成本低、建設(shè)容易維護簡便的特點，比較符合農(nóng)村污水處理的需要[8]。

由于該技術(shù)屬于自然處理法，其運行效果受季節(jié)性光照和溫度變化影響很大。氣溫過高或較低時，藻類的生長受到抑制從而影響處理效果。目前，該系統(tǒng)在我國太湖地區(qū)農(nóng)村生活污水處理中有了一定應用。

2.1.3 法國蚯蚓生態(tài)濾池 法國在1991年就建立了世界第一座利用蚯蚓處理城市生活垃圾的垃圾處理廠，日處理垃圾20～30 t[9]。蚯蚓生態(tài)濾池是近年發(fā)展起來的新型生態(tài)污水處理技術(shù)，蚯蚓以污水中的懸浮物、生物污泥及微生物為食物，其產(chǎn)生的糞便以及磨碎的大塊有機物，非常有利于微生物的生長繁殖[10]。蚯蚓生態(tài)濾池對污水污泥具有同步高效處理的能力。該技術(shù)可高效低能的去除污水中的污染物質(zhì)，流程簡單、運行管理簡便。

由于蚯蚓在低溫或高溫環(huán)境下會冬眠或夏眠，使得濾池處理效率下降，容易發(fā)生堵塞。同時其也對環(huán)境濕度要求較高，濾池不能長期滯水，因此濾料類型和粒徑等參數(shù)還需要進一步優(yōu)化。

2.1.4 污水土壤毛細管滲濾系統(tǒng) 土壤毛細管滲濾系統(tǒng)是一種就地污水處理技術(shù)，可處理分散排放的生活污水，特別適用于污水管網(wǎng)不完備的地區(qū)。充分利用土壤中的微生物、動植物及土壤物理和化學特性將污水凈化，具有基建投資低、運行費用少、維護管理簡便等優(yōu)點[11]。

整個系統(tǒng)位于地下，污水的儲存、運輸?shù)冗^程均在地下進行，即便在冬季也能保持一定溫度，維持基本的升華反應，保證較為穩(wěn)定的去除效果。地表鋪設(shè)草坪，把污水處理與綠化相結(jié)合，美化和改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境[12]。但該系統(tǒng)對總氮的去除效果不佳，且存在占地面積大，易污染地下水等問題。

2.2國內(nèi)農(nóng)村生活污水處理技術(shù)

2.2.1 厭氧沼氣池 在國內(nèi)，上述4種國外農(nóng)村生活污水處理技術(shù)都有所應用，但由于我國大部分村莊經(jīng)濟能力比較薄弱，村落零散，建設(shè)規(guī)?；迩f污水集中處理設(shè)施有一定難度，因此國內(nèi)最通用、低投入、低耗能、易維護的生活污水處理方式是厭氧沼氣池。

厭氧沼氣池是農(nóng)村家用水壓式沼氣池和城市化糞池的改良綜合體，吸取當前污水處理工程中的先進技術(shù)，而成為一種新型的農(nóng)村生活污水處理技術(shù)。生活污水和糞水在厭氧沼氣池中通過多級自流、分級處理、逐段降解處理后，基本可以達到國家規(guī)定的污水排放標準和衛(wèi)生標準。厭氧沼氣池一般分為3段，污水經(jīng)沉砂、沉淀后進入?yún)捬跸?，初步降解有機污染物，然后消化液經(jīng)過濾池過濾排出，或再經(jīng)氧化塘好氧凈化后排放。厭氧沼氣池與傳統(tǒng)的標準化糞池相比，具有安全、衛(wèi)生、有機物去除能力高等優(yōu)點，其中COD去除率可達85%以上，BOD5去除率達到90%以上[13]。此外，厭氧沼氣池還可提供一定量的沼氣用于農(nóng)村居民日常做飯和取暖，深受廣大農(nóng)村地區(qū)居民的喜愛。厭氧沼氣池在四川、江蘇、安徽、浙江、寧夏等地均有廣泛的應用。到2010年底，我國生活污水凈化沼氣池建設(shè)數(shù)量已經(jīng)超過了19萬座，且還以每年30%的增長率持續(xù)增加，是我國農(nóng)村地區(qū)應用最廣泛的分散式污水處理技術(shù)之一。

2.2.2 “一池三改” 國內(nèi)自2003年在眾多農(nóng)村地區(qū)推廣實施“一池三改”技術(shù)也是基于厭氧沼氣技術(shù)，即沼氣建池與改廚、改廁、改圈結(jié)合，人畜糞便和廚房浴室污水均進入沼氣池，厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣供家庭能源，剩余沼液和沼渣含有大量有機肥分，用于農(nóng)田施肥，可節(jié)約化肥用量，減少化肥開支和其對土壤的損害。推行“一池三改”技術(shù)，通過國家、集體和個人的共同努力，逐步實現(xiàn)廣大農(nóng)村家居環(huán)境清潔化、庭院經(jīng)濟高效化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)無害化的目標，見圖1。

圖1 一池三改技術(shù)示意

2.2.3 人工濕地 人工濕地主要通過基質(zhì)、微生物、植物，經(jīng)過物理、化學和生物作用實現(xiàn)污水中有機物、氮磷等污染物的去除。在經(jīng)濟條件不佳的村鎮(zhèn)，可以直接將厭氧處理后的污水排入水塘，在水塘中種植水生植物如：水葫蘆、睡蓮、浮萍等幫助進一步凈化水質(zhì)。在經(jīng)濟條件尚佳的村鎮(zhèn)，可在水塘邊挖造一個小型垂直潛流式人工濕地，基質(zhì)可填埋鵝卵石、煤渣層、粗砂層和細砂層，最上方可種植水生植物，達到美化景觀凈化水質(zhì)的作用。

3 村鎮(zhèn)生活污水處理發(fā)展趨勢

歐美發(fā)達國家，城鎮(zhèn)化進程完成，村鎮(zhèn)設(shè)置完善，在排污管理、村鎮(zhèn)污水處理政策上積累了豐富的經(jīng)驗，是我國村鎮(zhèn)污水處理未來的發(fā)展趨勢與方向。

短期內(nèi)，隨著農(nóng)村現(xiàn)代化城鎮(zhèn)化步伐的加快、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的蓬勃發(fā)展，未來村鎮(zhèn)污染源逐漸增多，污染物復雜多變，單一的污水處理設(shè)備也不能獲得水質(zhì)達標的出水。同時由于農(nóng)村生活污水水源分散、處理規(guī)模較小，加之農(nóng)村難以找到專業(yè)技術(shù)人員對污水處理設(shè)施進行運行、維護和管理，因此設(shè)計運維管理便利、運行成本低廉、多種處理模式相結(jié)合的污水處理工藝尤為重要。其中，基于在我國現(xiàn)有的農(nóng)村污水處理設(shè)施，生活污水厭氧沼氣池-人工濕地組合處理工藝易于達到于我國農(nóng)村地區(qū)污水處理的要求。

生活污水凈化厭氧沼氣池在農(nóng)村污水處理中應用廣泛，出水水質(zhì)較好，也能實現(xiàn)資源化利用，如應用于四川省洪雅、丹棱、綿竹等地的沼氣池的出水水質(zhì)可達到《四川省環(huán)境污染物排放標準》中3類污染物排入一類水域的甲級標準[14]，但是出水水質(zhì)極其不穩(wěn)定，處理負荷也較低。為了緩解這一問題，可在土地資源較寬裕的農(nóng)村地區(qū)輔以人工濕地進行二次處理。

厭氧沼氣池到家到戶，農(nóng)戶在建房打地基時，將厭氧沼氣池建于民居地下，把廚房、廁所及家畜圈欄的排污管道接入沼氣池進行厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生的沼氣發(fā)電家用，沼氣池出水口則接入村中排污管道進入下一個處理環(huán)節(jié)。每家每戶經(jīng)過厭氧發(fā)酵處理后的污水通過村中完善的排污管道，統(tǒng)一排入村中人工濕地，該人工濕地可以是村中水塘直接改造為表面流人工濕地，或在水塘邊上挖造一個小型垂直潛流式人工濕地進行凈化處理后再排入水塘(圖2)。厭氧沼氣-人工濕地組合工藝技術(shù)已在多個試點村建設(shè)并取得了很好的效果，其出水水質(zhì)指標COD、BOD5，SS達到綜合排放一級標準，如浙江省街亭鎮(zhèn)茅塘山村、四川省眉山市的東坡區(qū)等[15]。

圖2 厭氧沼氣池-人工濕地組合處理工藝

4 結(jié)束語

現(xiàn)階段，我國在生活環(huán)境整頓、人居衛(wèi)生管理方面仍然傾向于城市優(yōu)先發(fā)展，同時，伴隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展，許多靠近都市的村鎮(zhèn)也開始享受城市化大而全的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，生活污水也將逐漸并入城市集中式污水處理廠。而那些遠離城市的村鎮(zhèn)，因其獨立性，分散性，資金匱乏等特點，必然傾向于分散式的組合工藝，其中，厭氧沼氣池-人工濕地組合工藝是未來10年農(nóng)村生活污水處理方案的優(yōu)選技術(shù)之一。我國在浙江、四川、安徽、寧夏等多地廣泛推廣厭氧沼氣池的基礎(chǔ)上，人畜糞便交叉感染等健康問題得到有效解決，而沼渣沼液并未達到排放標準。因此，根據(jù)當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，增設(shè)人工濕地對流出的污水進行二次處理，不僅降低污染物，還有利于循環(huán)農(nóng)業(yè)、廢水回用、保護生態(tài)環(huán)境等，也是新農(nóng)村建設(shè)之基礎(chǔ)建設(shè)的重要一環(huán)。

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TrendAnalysisonWastewaterTreatmentTechnologyDevelopmentinVillageandCountyLevel

HUANG Haiqin,MAO Yuting*

(Office of the Mountain-River-Lake Development Committee of Jiangxi Province,330046,Nanchang,PRC)

This paper analyzes the main technology ofdomestic and foreign ruralwastewater treatment.Based on the implementation of anaerobic biogas digester in large scale of rural area,the paper proposed integrated model of anaerobic biogas digester-constructed wetland will become the inevitable trend of China′s future development in wastewater treatment of rural area.

rural domestic wastewater treatment;anaerobic biogas digester;constructed wetland

2014-09-29;

2014-11-03

黃海琴(1987-)，女，學士，實習研究員，主要從事環(huán)境生態(tài)保護、湖泊可持續(xù)發(fā)展研究。

江西省科學技術(shù)計劃項目(20141BDH80008)；江西省科技廳對外科技合作計劃(贛財教指字[2014]14號)。

*通訊作者：毛玉婷(1983-)，女，碩士，助理研究員，主要從事環(huán)境生態(tài)保護、湖泊可持續(xù)發(fā)展研究。E-mail:myt@mrlsd.org.cn。

10.13990/j.issn1001-3679.2014.06.025

X703

A

1001-3679(2014)06-0856-04