陳月芳 樊榮 劉哲 陳佩佩

摘要 分析了農(nóng)村分散生活污水的來(lái)源、水質(zhì)水量特點(diǎn)和排放特征，綜述了國(guó)內(nèi)外農(nóng)村生活污水處理研究現(xiàn)狀，介紹了A/O、MBR、氧化溝、生態(tài)組合和生物濾池為主體工藝的一體化農(nóng)村生活污水處理裝置，最后提出了農(nóng)村應(yīng)結(jié)合實(shí)際，因地制宜，合理開(kāi)發(fā)集成化程度高、結(jié)構(gòu)緊湊、處理效果好、占地面積小、經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便，適宜廣大農(nóng)村地區(qū)的一體化脫氧除磷生活污水處理裝置。

關(guān)鍵詞 農(nóng)村生活污水；水處理；一體化裝置

中圖分類(lèi)號(hào) S181 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2016）09-084-05

Abstract We analyzed the source of decentralized rural domestic sewage， water quality and quantity characteristics， and emission characteristics， reviewed the research status of domestic and foreign rural decentralized domestic sewage treatment， and introduced the integrated rural domestic sewage treatment plant with A/O， MBR， oxidation ditch， ecological combination and biological filter as the main technology. Considering the situation in rural areas， an economic and convenient integrated rural domestic sewage treatment plant was rationally developed， which had the advantages of compact structure， good treatment effect， small occupation and high degree of reasonable development integration.

Key words Rural domestic wastewater； Water treatment； Integrated device

近年來(lái)，隨著我國(guó)農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和居民生活水平的提高，水資源消耗急劇增加，農(nóng)村生活污水排放量也不斷增大。同時(shí)，由于治理資金短缺和農(nóng)村地區(qū)居民的水環(huán)境保護(hù)意識(shí)淡薄，居住分散，缺乏污水收集管網(wǎng)系統(tǒng)及集中處理設(shè)施，導(dǎo)致污水處理率較低。農(nóng)村生活污水任意排放已經(jīng)成為農(nóng)村水環(huán)境惡化的主要原因之一，如造成太湖水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要污染物P、N中60.0%和25.1%來(lái)源于農(nóng)村生活污水[1-2]。據(jù)2012年國(guó)家環(huán)境質(zhì)量公報(bào)顯示，全國(guó)798個(gè)農(nóng)村環(huán)境質(zhì)量試點(diǎn)村莊的飲用水源和地表水受不同程度污染，農(nóng)村環(huán)境保護(hù)形勢(shì)嚴(yán)峻[3]。農(nóng)村生活污水任意排放，不但對(duì)流經(jīng)的河流造成污染，而且對(duì)飲用水安全構(gòu)成了潛在威脅。

目前，國(guó)家對(duì)治理農(nóng)村生活污水的重視程度與日俱增，“十二五”規(guī)劃綱要明確提出了加強(qiáng)農(nóng)村飲用水水源地保護(hù)、農(nóng)村河道綜合整治和水污染綜合治理的要求[4]。各地關(guān)于農(nóng)村污水治理的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)出臺(tái)，實(shí)施工作全面展開(kāi)，如2007年太湖藍(lán)藻事件之后，江蘇省啟動(dòng)太湖流域水環(huán)境綜合治理實(shí)施方案，措施之一是要高度重視農(nóng)村生活污水治理，重點(diǎn)推廣出水水質(zhì)達(dá)到一級(jí)B以上標(biāo)準(zhǔn)的處理技術(shù)。2007～2012年江蘇省太湖流域新建農(nóng)村生活污水處理設(shè)施3 580余處，受益農(nóng)戶(hù)近50萬(wàn)戶(hù)，同時(shí)計(jì)劃2013～2020年在3 600個(gè)自然村建設(shè)鄉(xiāng)村生活污水處理工程，污水處理率要達(dá)到70%以上[5-6]；浙江省《杭州城市總體規(guī)劃（2001～2020）》明確提出了加強(qiáng)錢(qián)塘江、苕溪等流域的污染控制和西湖、主城內(nèi)河的綜合整治，《杭州市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要》中也要求支持農(nóng)村地區(qū)全面開(kāi)展環(huán)境整治和村莊改造，改善農(nóng)村生產(chǎn)條件和農(nóng)民生活環(huán)境[7]；上海制定了《村鎮(zhèn)排水工程技術(shù)規(guī)程》和《上海市農(nóng)村生活污水處理技術(shù)指南》[8]等。

由此可見(jiàn)，應(yīng)根據(jù)分散式農(nóng)村生活污水處理的特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)水平、自然條件、環(huán)境目標(biāo)，采用不同處理技術(shù)，因地制宜，加強(qiáng)農(nóng)村生活污水污染控制和治理，改善農(nóng)村居住環(huán)境。筆者針對(duì)農(nóng)村分散式生活污水的來(lái)源、水質(zhì)水量特點(diǎn)和排放特征，綜述了國(guó)內(nèi)外農(nóng)村分散式生活污水處理研究現(xiàn)狀，以期為改善農(nóng)村衛(wèi)生條件和水環(huán)境提供借鑒。

1 農(nóng)村生活污水來(lái)源

農(nóng)村生活污水一般來(lái)源于4個(gè)方面，即廚房污水、生活洗滌污水、廁所污水及其他污水[9]。根據(jù)水中污染物濃度高低，可分為黑水和灰水[10]。不同類(lèi)型生活污水的成分特征和污水水量存在很大差異，主要組成和特征見(jiàn)表1。

2 農(nóng)村生活污水水質(zhì)水量特征

2.1 水質(zhì)特點(diǎn)

農(nóng)村生活污水組分及污染物濃度與農(nóng)民的生活環(huán)境、經(jīng)濟(jì)水平、用水量等因素有關(guān)[11-12]。一般而言，農(nóng)村生活污水的性質(zhì)相差不大，但一天內(nèi)的水質(zhì)波動(dòng)較大，污水中的主要污染物為COD、氮和磷等，且含量較高，一般不含有毒物質(zhì)，可生化性良好，污水中還含有合成洗滌劑及細(xì)菌、病毒、寄生蟲(chóng)卵等，不同時(shí)段的水質(zhì)也不同[13-14]。

一般農(nóng)村生活污水的水質(zhì)：COD 250～400 mg/L，BOD5 120～200 mg/L，NH+4N和TP分別為40.0～60.0和2.5～50 mg/L[15]。

2.2 水量特點(diǎn)

農(nóng)村生活污水水量一般較小，但日變化系數(shù)大，為3.0～5.0[16]。村民生活規(guī)律相近，導(dǎo)致農(nóng)村生活污水排放量早晚較大，每天上午、中午、下午都有1個(gè)排水高峰時(shí)段。夜間排水量小，甚至可能斷流，即污水排放呈不連續(xù)狀態(tài)，具有變化幅度大的特點(diǎn)[17-18]。

2.3 排放體質(zhì)特征

農(nóng)村生活污水一般呈粗放型排放，排放收集體制不健全。我國(guó)約96%的村莊無(wú)排水溝渠和污水處理系統(tǒng)，污水沿道路邊溝或路面排放至就近水體，構(gòu)成了一個(gè)點(diǎn)狀無(wú)序的污染體，對(duì)周?chē)h(huán)境造成了威脅[19-20]。

3 農(nóng)村生活污水處理研究現(xiàn)狀

3.1 國(guó)外農(nóng)村生活污水處理研究現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)分散式農(nóng)村生活污水處理研究起步較早，于20世紀(jì)70年代開(kāi)始，美、日、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家根據(jù)自身特點(diǎn)開(kāi)發(fā)了不同形式的小型污水處理裝置對(duì)鄉(xiāng)村的污水進(jìn)行治理，取得很好的成效。美國(guó)自19世紀(jì)中葉開(kāi)始建設(shè)農(nóng)村污水處理設(shè)施，2002年針對(duì)分散處理技術(shù)頒布了《分散式污水處理系統(tǒng)應(yīng)用手冊(cè)》[21]。挪威的居民房屋分布比較分散，很多是建立在巖石上，約有25%的人口居住在無(wú)任何集中污水收集系統(tǒng)的鄉(xiāng)村地區(qū)，難以采用土地滲濾進(jìn)行污水處理，故發(fā)展了以SBR、移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器、生物轉(zhuǎn)盤(pán)、滴濾池技術(shù)為主，并結(jié)合化學(xué)絮凝除磷的集成式污水凈化裝置，如Uponor，BioTrap和Biova等工藝[22-24]。日本開(kāi)發(fā)的凈化槽能去除N和P，同時(shí)獲得高質(zhì)量出水，在無(wú)排水系統(tǒng)的邊遠(yuǎn)鄉(xiāng)村和分散式生活污水處理中得到了廣泛應(yīng)用[25]。德國(guó)從2003年起開(kāi)始進(jìn)行分散市政基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)項(xiàng)目研究，利用膜生物反應(yīng)器凈化偏遠(yuǎn)村鎮(zhèn)生活污水[8]。目前，分散式農(nóng)村生活污水處理技術(shù)在這些國(guó)家運(yùn)用較為成熟。

3.2 國(guó)內(nèi)農(nóng)村生活污水處理研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)對(duì)分散式農(nóng)村生活污水處理研究起步較晚，隨著淮河、海河、遼河和太湖、巢湖、滇池等重點(diǎn)流域污染的加重，國(guó)內(nèi)對(duì)農(nóng)村生活污水的治理進(jìn)行了研究。常規(guī)處理技術(shù)如人工濕地、生態(tài)浮床、穩(wěn)定塘、土地滲濾、生物濾池、厭氧生物處理工藝、膜生物反應(yīng)器以及生物生態(tài)組合工藝在我國(guó)農(nóng)村地區(qū)得到了研究及應(yīng)用[26-27]。

4 一體化農(nóng)村生活污水處理裝置

農(nóng)村污水具有排放點(diǎn)分散、水質(zhì)水量變化幅度大、有機(jī)物和氮、磷含量高等特點(diǎn)，對(duì)于農(nóng)戶(hù)居住較分散的地區(qū)特別是山區(qū)和缺乏污水管網(wǎng)的地區(qū)，現(xiàn)有處理工藝存在一些不足，使其在農(nóng)村地區(qū)的推廣受到限制[28-29]。同時(shí)，農(nóng)村生活污水治理的基建投資及運(yùn)行費(fèi)用較大，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)實(shí)力及技術(shù)力量難以滿(mǎn)足常規(guī)城市生活污水處理廠(chǎng)技術(shù)要求等[30-32]。因此，根據(jù)農(nóng)村的實(shí)際情況，合理開(kāi)發(fā)集成化程度高、結(jié)構(gòu)緊湊、處理效果好、占地面積小、經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便，適宜廣大地區(qū)特別是山區(qū)分散農(nóng)戶(hù)生活污水處理的工藝，將對(duì)改善農(nóng)村人居環(huán)境和衛(wèi)生條件具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前，集預(yù)處理、生物處理、沉淀、消毒等為一體的生活污水處理裝置，因具有占地面積小、簡(jiǎn)單實(shí)用、管理方便、效率高、投資少、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，并可根據(jù)要求實(shí)現(xiàn)脫氮除磷，適合于農(nóng)村地區(qū)而得到廣泛關(guān)注。筆者介紹了幾種一體化農(nóng)村生活污水處理裝置。

4.1 一體化A/O工藝

李瑾等[33]設(shè)計(jì)了A/O一體化生活污水處理中試裝置。該裝置主體設(shè)備為自行研制的一體化厭氧好氧生物除磷脫氮反應(yīng)器，主要由內(nèi)、外2個(gè)筒體構(gòu)成（圖1）。

該實(shí)驗(yàn)在進(jìn)水流量為1 m3/h，污泥回流比為200%，總停留時(shí)間為5～8 h，水溫為4～14 ℃的條件下，考察該裝置對(duì)生活污水的處理效果。結(jié)果表明，裝置在啟動(dòng)2周后開(kāi)始穩(wěn)定運(yùn)行；總磷、總氮、氨氮、CODCr和BOD5平均去除效率分別為86.7%、69.5%、80.0%、84.7%和84.9%，出水可達(dá)《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。與傳統(tǒng)污水處理工藝相比，該工藝具有占地少、耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、運(yùn)行管理簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。

蘇翔[34]針對(duì)農(nóng)家樂(lè)生活污水自行研制的A/O一體化凈化槽實(shí)驗(yàn)裝置，采用升流式厭氧-接觸氧化處理的一體化技術(shù)。由于農(nóng)家樂(lè)生活污水中動(dòng)植物油含量相當(dāng)高，在污水進(jìn)入凈化槽裝置之前對(duì)其進(jìn)行隔油處理，主體裝置如圖2所示。

該研究采用的隔油池對(duì)農(nóng)家樂(lè)生活污水中動(dòng)植物油去除效果明顯，在天氣炎熱的夏季，去除率可達(dá)76.0%，冬季低溫情況下其去除率也可達(dá)64.0%，最終出水CODCr、NH+4N、SS、動(dòng)植物油的平均去除率分別為87.0%、85.5%、913%、915%，各項(xiàng)污染物出水均可達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）三級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)以上。該處理裝置構(gòu)造簡(jiǎn)易，無(wú)回流污泥等復(fù)雜步驟，且要求動(dòng)力設(shè)備極少，大幅降低了農(nóng)家樂(lè)生活污水的處理成本，也為解決農(nóng)村生活污水難以處理的問(wèn)題找到了綜合處理路線(xiàn)。

4.2 一體化MBR工藝

裴亮等[35]采用一體化膜生物反應(yīng)器（IMBR）工藝處理農(nóng)村生活污水，其膜組件采用日本某公司生產(chǎn)的聚偏氟乙烯（PVDF）簾式纖維超濾膜，膜孔徑0.15 μm，外徑0.16 mm，膜表面積1.7 m2。膜組件上設(shè)曝氣管，隔板將整個(gè)反應(yīng)器分為與處理池和膜池，系統(tǒng)設(shè)計(jì)最大出水體積流量10 m3/d。

研究結(jié)果表明：IMBR工藝對(duì)COD、BOD5、NH+4N和濁度的平均去除率分別為93.1%、95.3%、93.8%和97.9%，出水優(yōu)于《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5084—2005）要求。

Santasmasas等[36]采用自動(dòng)化的MBR工藝處理低負(fù)荷灰水，處理后的回收水用于馬桶沖水?；宜幕厥仗幚戆?個(gè)階段：過(guò)濾、生物氧化、過(guò)濾，最后通過(guò)氯化消毒。一體化裝置如圖3所示。研究結(jié)果表明：COD、BOD5、SS和濁度去除率分別為90.0%、95.0%、98.0%和98.0%，出水水質(zhì)達(dá)到西班牙立法允許的回用水標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 一體化氧化溝工藝

錢(qián)盤(pán)生等[37]發(fā)明了一種一體化多功能立體循環(huán)氧化溝設(shè)備，主要包括氧化溝、二沉池和曝氣轉(zhuǎn)刷。氧化溝內(nèi)設(shè)有3塊隔板，將氧化溝自上而下分隔成相連通的4個(gè)隔室，其上層的第1、2隔室為好氧區(qū)，中部的第3隔室為缺氧區(qū)，位于底部的第4隔室為厭氧區(qū)，二沉池底部與厭氧區(qū)連通，上部設(shè)有出水口，該出水口處設(shè)有消毒裝置，在氧化溝的頂部安裝有生物除臭裝置。該實(shí)用新型工藝集脫氮、除磷、除臭、消毒于一體，具有結(jié)構(gòu)緊湊、構(gòu)造簡(jiǎn)單、功能多樣的特點(diǎn)，占地面積較現(xiàn)有氧化溝減少70%，在生活社區(qū)中使用尤為合適。

Han等[38]利用太陽(yáng)能作為動(dòng)力處理分散式生活污水的1個(gè)創(chuàng)新集成系統(tǒng)，由1個(gè)雙通道的氧化溝和1個(gè)沒(méi)有蓄電池的光伏（PV）系統(tǒng)組成（圖4）。由于系統(tǒng)操作無(wú)蓄電池，氧化溝白天運(yùn)行，晚上停止工作，氧化溝中可以周期性地出現(xiàn)厭氧、缺氧和有氧條件，有利于N和P的去除，同時(shí)可以降低光伏系統(tǒng)的成本。

研究結(jié)果表明：中午太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度有1個(gè)峰值，在不同天氣條件下，光伏系統(tǒng)輸出的電量滿(mǎn)足裝置的基本運(yùn)行條件。COD、NH+4N、TN和TP的平均去除效率分別為880、98.0%、70.0%和83.0%。

4.4 一體化生態(tài)組合工藝

Wu等[39]根據(jù)我國(guó)北方農(nóng)村生活污水的特點(diǎn)，采用了一種家庭組合型人工濕地的就地凈化系統(tǒng)，組合處理裝置如圖5所示。研究結(jié)果表明：BOD5、TSS、NH+4N和

TP去除率分別為96.0%、97.0%、88.4%和878%。同時(shí)，裝置上有0.4 m厚度的生物質(zhì)層覆蓋，為系統(tǒng)提供了大量絕緣熱，在寒冷的冬季條件下能保持高處理性能。該系統(tǒng)成本經(jīng)濟(jì)，操作簡(jiǎn)單，無(wú)需能量輸入，適合于發(fā)展中國(guó)家的家庭使用。

鄭琳等[40]為解決當(dāng)前常用分散式生活污水處理工藝脫氮功能差、運(yùn)行不穩(wěn)定、工藝復(fù)雜難控制等問(wèn)題，研究了一種新型一體化生活污水處理裝置，該裝置由厭氧區(qū)、好氧區(qū)和生態(tài)濕地區(qū)3部分組成。厭氧除碳區(qū)填充直徑為1.5～2.0 cm的竹球填料，好氧硝化區(qū)采用了專(zhuān)利技術(shù)（ZL 200720108622.1）將曝氣池和沉淀池同底共墻合理結(jié)合，并通過(guò)隔板優(yōu)化后解決了兩者的動(dòng)、靜平衡問(wèn)題，保證實(shí)現(xiàn)污泥自回流循環(huán)。生態(tài)濕地反硝化區(qū)自下而上采用鵝卵石、礫石和粗砂填充，并在粗砂表層種植水燭。一體化生活污水處理裝置如圖6所示。該裝置對(duì)COD、NH4N、SS、TN和濁度的平均去除率分別為84.6%、77.1%、92.6%、31.9%和96.9%，出水指標(biāo)能穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。

4.5 一體化生物濾池系統(tǒng)

Yoon等[41]針對(duì)韓國(guó)小型農(nóng)村社區(qū)污水排放特點(diǎn)，研發(fā)了一種吸收性生物濾池系統(tǒng)（ABS）處理分散式生活污水。該中試裝置見(jiàn)圖7。該系統(tǒng)具有較高的處理效果，SS、BOD5、TN和TP去除率分別為975%、957%、91.8%和90.1%，滿(mǎn)足排放標(biāo)準(zhǔn)。該系統(tǒng)成本經(jīng)濟(jì)，維修費(fèi)用少，同時(shí)用電量、噪音、臭味和剩余污泥少，可以忽略不計(jì)。

Liu等[42]采用一套全面的蚯蚓濾池系統(tǒng)處理我國(guó)農(nóng)村生活污水。該中試裝置如圖8所示。研究結(jié)果表明，COD、BOD5、NH+4N和TSS的平均去除效率分別為67.6%、780%、92.1%和78.0%，在17個(gè)月的運(yùn)行過(guò)程中，污泥產(chǎn)生量很少，出水滿(mǎn)足中國(guó)灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

5 建議

現(xiàn)階段，我國(guó)農(nóng)村地區(qū)普遍面臨經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱，投資和運(yùn)行費(fèi)用短缺，管理人員經(jīng)驗(yàn)不足，管理體制不健全等情況，因此，應(yīng)根據(jù)農(nóng)村生活污水的實(shí)際特點(diǎn)，向著高度集中化、自動(dòng)化、系列化、成套化等方向發(fā)展，因地制宜，研發(fā)出真正高效、低耗、污泥量少、一次性投資低、運(yùn)行費(fèi)用低、處理效果穩(wěn)定、維護(hù)管理運(yùn)行成本合理的一體化處理設(shè)備，從源頭上控制水體富營(yíng)養(yǎng)化形成條件，保障農(nóng)村地區(qū)飲用水的安全，以滿(mǎn)足農(nóng)村地區(qū)生活污水處理的切實(shí)需要。

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