裴 菲

（中煤科工集團(tuán)杭州研究院有限公司 浙江杭州 311201）

引言

截至2019 年末，我國(guó)農(nóng)村常住人口占總?cè)丝诘谋戎貫?9.40%。因此，我國(guó)農(nóng)村地區(qū)排放了大量的生活污水，農(nóng)村生活污水未經(jīng)處理且隨意排放會(huì)影響農(nóng)村居民的身體健康[1]。目前，我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施已日趨完善，環(huán)境治理的方向逐漸轉(zhuǎn)移到農(nóng)村地區(qū)，農(nóng)村生活污水治理已經(jīng)成為我國(guó)環(huán)境治理的重點(diǎn)[2]。

我國(guó)農(nóng)村地區(qū)分布范圍廣且村民居住分散，農(nóng)村生活污水具有排放量較小、水質(zhì)水量波動(dòng)較大、間歇性排放等特點(diǎn)[3][4]。因此，農(nóng)村生活污水不宜進(jìn)行集中處理。分散式污水處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括管網(wǎng)維護(hù)與建設(shè)費(fèi)用較低、外部環(huán)境影響較小，是一種新型且經(jīng)濟(jì)環(huán)保的污水處理技術(shù)[5]。

因此，本文總結(jié)了農(nóng)村生活污水的特點(diǎn)，歸納了處理農(nóng)村分散式生活污水的技術(shù)要求，通過(guò)比較現(xiàn)有典型處理工藝并探討適用于農(nóng)村分散式生活污水的處理技術(shù)。

1 農(nóng)村生活污水特點(diǎn)

我國(guó)農(nóng)村生活污水中的灰水碳氮比低且有機(jī)質(zhì)相對(duì)較少，而黑水中含有超過(guò)90%的TN、TP，以及50%的COD[1]。一般農(nóng)村分散式生活污水的COD 為250～400mg/L，BOD5為120～200mg/L，NH3-N 為40～60mg/L，TP 為2.5～5mg/L[6]?？梢?jiàn)，農(nóng)村污水排放濃度較低，污水中大多不含有毒有害物質(zhì)且可生化性較強(qiáng)[7][8]。

我國(guó)農(nóng)村區(qū)域排水量一般小于500m3/d，由于受到季節(jié)的影響比較大，合流制排水系統(tǒng)在夏季排水量比冬季大[7]。我國(guó)農(nóng)村生活污水呈間歇分散式排放，污水難以統(tǒng)一收集，而且污水排放具有時(shí)間的不確定性和水量的波動(dòng)性[9]。因此，農(nóng)村生活污水特點(diǎn)可以總結(jié)為：

（1）污水中含有氮、磷和COD，幾乎不含有毒有害物質(zhì)且可生化性較強(qiáng)；

（2）季節(jié)特征明顯，夏季排放量比冬季大；

（3）間歇分散式排放且難以統(tǒng)一收集；

（4）污水排放具有時(shí)間的不確定性和水量的波動(dòng)性。

2 處理技術(shù)適用性分析

根據(jù)農(nóng)村生活污水的特點(diǎn)，選用的處理技術(shù)能夠解決以下4個(gè)問(wèn)題：

（1）建設(shè)投資省，運(yùn)行費(fèi)用低。我國(guó)農(nóng)村地區(qū)的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)比較薄弱，建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用不宜過(guò)高。

（2）操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。目前，我國(guó)農(nóng)村地區(qū)的運(yùn)行管理人員以當(dāng)?shù)剞r(nóng)民為主。因此，處理設(shè)施不宜頻繁排泥，維護(hù)頻率和維護(hù)人員專(zhuān)業(yè)也不宜要求較高。

（3）抗沖擊性強(qiáng)，工藝穩(wěn)定。根據(jù)原水水質(zhì)、水量的特點(diǎn)，處理工藝能夠適應(yīng)較強(qiáng)的水力負(fù)荷且適應(yīng)較大水質(zhì)水量波動(dòng)以及環(huán)境氣候改變。

（4）處理效果好，出水水質(zhì)能夠符合國(guó)家以及地方現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)定。

處理分散農(nóng)村生活污水和集中城市生活污水對(duì)處理技術(shù)適用性的要求不同，根據(jù)以上分析可以概括為表1。

表1 處理不同類(lèi)型生活污水工藝適用性要求對(duì)比

3 典型工藝的適用性

3.1 膜生物反應(yīng)器

膜生物反應(yīng)器（MBR）結(jié)合了生物處理技術(shù)和固液分離技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，膜組件的使用確保了穩(wěn)定的處理效果，而且MBR 技術(shù)也可以實(shí)現(xiàn)膜的高效分離。因此，MBR 工藝具有穩(wěn)定的處理性能和良好的抗沖擊負(fù)荷能力[10]。

常園園[11]等采用新型模塊化MBR 工藝處理湖州市南潯區(qū)農(nóng)村生活污水，結(jié)果表明：污水中CODCr、BOD5、NH4-N、TP、SS 的去除率分別為90%、97%、80%、90%、97%?？梢?jiàn)，MBR 工藝運(yùn)行穩(wěn)定，出水水質(zhì)好，能適應(yīng)較強(qiáng)的水力負(fù)荷和水質(zhì)水量的變化。

MBR 工藝容易導(dǎo)致膜的污染，為保證膜的使用壽命，膜必須進(jìn)行清洗和反沖洗。裴亮[12]等采用地下水反沖洗、弱酸洗、弱堿洗這3 種方式對(duì)膜進(jìn)行清洗，可分別使膜通量恢復(fù)到原來(lái)的66%、89%和84%。郭浩[13]等通過(guò)試驗(yàn)對(duì)膜組件進(jìn)行反沖洗，結(jié)果表明：當(dāng)膜通量可以維持在35L/m2/h 以上時(shí)，可以避免膜的污染。

王琦[14]等研究指出：MBR 工藝處理污水的能耗是常規(guī)工藝處理污水能耗的1～2 倍?？梢?jiàn)，MBR 工藝的運(yùn)行費(fèi)用較高。

目前，限制MBR 工藝應(yīng)用的主要限制性因素為膜的污染和較高的能耗，而且該工藝對(duì)維護(hù)人員的專(zhuān)業(yè)要求也較高。因此，MBR 工藝適合在我國(guó)東部較為發(fā)達(dá)的近郊農(nóng)村社區(qū)應(yīng)用。

3.2 土地滲濾系統(tǒng)

該系統(tǒng)是通過(guò)土壤過(guò)濾、吸附和生物降解等作用處理生活污水，能夠?qū)崿F(xiàn)地下水的補(bǔ)給和區(qū)域的水量平衡。該系統(tǒng)也是一個(gè)植物-土壤-微生物復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，在物理、化學(xué)、生物的綜合作用下，可降解的有機(jī)污染物實(shí)現(xiàn)了無(wú)害化，且氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)實(shí)現(xiàn)了資源化[15]。

劉雪美[16]總結(jié)了該處理系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)：位于地下，地表環(huán)境不受影響；抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)，不受外部氣候環(huán)境影響，氮磷的去除率較高。華文才[17]等采用地下土壤滲濾技術(shù)對(duì)上海市金山區(qū)的農(nóng)村生活污水進(jìn)行試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：當(dāng)水力負(fù)荷為60mm/d時(shí)，出水達(dá)到了回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，而且有機(jī)物和氮磷的去除率分別達(dá)到80%和95%以上。相關(guān)科研院所、高校也對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：有機(jī)物、氮磷的去除率較高，運(yùn)行費(fèi)用低，維護(hù)方便，而且該技術(shù)在冬季能夠穩(wěn)定運(yùn)行[18]?？梢?jiàn)，土壤滲濾技術(shù)的處理效果好，運(yùn)行費(fèi)用低，維護(hù)方便，抗沖擊性強(qiáng)且工藝穩(wěn)定。

盡管傳統(tǒng)土壤滲濾系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)，但也存在易堵塞、處理負(fù)荷低、脫氮效果差等缺點(diǎn)[19]。因此，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)傳統(tǒng)土壤滲濾系統(tǒng)進(jìn)行改良。呂晶晶[20]等采用前置微納米曝氣改良型土壤滲濾系統(tǒng)研究生活污水的處理效果，試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)水力負(fù)荷為4L/d 時(shí)，氨氮、總氮、總磷、CODCr的平均去除率分別可達(dá)96.5%、66.4%、92.6%、83.7%，脫氮效果優(yōu)于傳統(tǒng)的土壤滲濾系統(tǒng)，系統(tǒng)不易堵塞。鄒淵[21]研究了改良型土壤滲濾系統(tǒng)對(duì)農(nóng)村生活污水的處理效果，結(jié)果表明：當(dāng)水力負(fù)荷為8cm/d、分流比為2:1 時(shí)，系統(tǒng)達(dá)到了最佳的運(yùn)行工況，且系統(tǒng)對(duì)氨氮、總氮、總磷、CODCr的去除率分別為80.07%、63.78%、89.93%、82.36%。

顯然，改良型土壤滲濾系統(tǒng)克服了該系統(tǒng)易堵塞、處理負(fù)荷低、脫氮效果差等缺點(diǎn)，適宜在我國(guó)農(nóng)村地區(qū)推廣應(yīng)用。

3.3 人工濕地

人工濕地是在人為控制的條件下，由基質(zhì)、植物和微生物構(gòu)成，具有較好的污染物去除效果[22][23]。由于人工濕地具有成本較低、能夠有效處理與控制農(nóng)村污水產(chǎn)生的二次污染等特點(diǎn)，具有很好的適用性[24]。周瑋[25]等采用人工濕地處理農(nóng)村污水的研究指出：污水處理效果較好，運(yùn)行管理方便，投資費(fèi)用一般為生物處理的1/3～1/4，運(yùn)行費(fèi)用一般為生物處理的1/5～1/6。王世和[26]等通過(guò)自行建造的人工濕地模型，對(duì)污水處理廠的初沉池出水進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明：污水中的BOD、COD、SS 等處理效果明顯優(yōu)于生物處理；進(jìn)水的水力負(fù)荷對(duì)各種污染物處理效果受到水深的影響較大，進(jìn)水負(fù)荷承載力差；當(dāng)水深為60 米時(shí)，水力負(fù)荷達(dá)到最佳，最佳的水力負(fù)荷為45.2～50.4cm/d，此時(shí)對(duì)各種污染物處理效果最好。

在冬季氣溫較低的地區(qū)，濕地植物和微生物一旦失活，人工濕地的處理效果會(huì)受到很大影響。為了保障人工濕地在冬季時(shí)依然具備良好的處理效果，國(guó)內(nèi)學(xué)者已對(duì)人工濕地技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)研究。唐抒圓[27]等采用潛流式和表面流人工濕地串聯(lián)的組合工藝對(duì)吉林地區(qū)農(nóng)村污水進(jìn)行處理，研究發(fā)現(xiàn)：冬季時(shí)人工濕地不處理污水，僅用作污水儲(chǔ)存，處理效果比較穩(wěn)定。

因此，人工濕地具有處理效果較好、運(yùn)行管理方便、投資及運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也具有進(jìn)水負(fù)荷承載力差、受季節(jié)影響較大等缺點(diǎn)。

3.4 生物-生態(tài)組合處理

隨著我國(guó)農(nóng)村生活污水排放標(biāo)準(zhǔn)的提高和加快推進(jìn)美麗鄉(xiāng)村建設(shè)，單一的處理技術(shù)已經(jīng)難以滿(mǎn)足更加嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，采用生物-生態(tài)組合處理技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)村生活污水的最終達(dá)標(biāo)排放。目前，“生物＋生態(tài)”組合模式在我國(guó)農(nóng)村地區(qū)研究和應(yīng)用較多，生物處理為前端工藝，該工藝能夠去除有機(jī)物和部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、克服生態(tài)工藝易堵塞的問(wèn)題、降低水力負(fù)荷；生態(tài)處理為后端工藝，該工藝能夠很好地解決脫氮除磷工藝復(fù)雜、建造費(fèi)用高的問(wèn)題[28]。

謝晴[29]等采用了“A2/O 生物前處理—人工濕地”工藝處理成都平原地區(qū)一處農(nóng)村社區(qū)的生活污水，結(jié)果表明：污水中SS、CODCr、BOD5、NH3-N、TP 的去除率分別能達(dá) 到95%、86%、94%、79%、90%；此工藝是典型的生物—生態(tài)組合處理技術(shù)，日常運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)便、運(yùn)行費(fèi)用較低。袁紅丹[30]研究了生物濾池—人工濕地組合工藝處理上海市郊區(qū)的農(nóng)村生活污水，結(jié)果表明：處理效果好，建造成本和運(yùn)行費(fèi)用低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維護(hù)是該工藝的主要優(yōu)點(diǎn)?？梢?jiàn)，生物—生態(tài)組合工藝處理農(nóng)村生活污水效果較好、管理維護(hù)簡(jiǎn)便、建造成本和運(yùn)行費(fèi)用低，適合應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)條件較好的近郊農(nóng)村社區(qū)生活污水分散式處理。

根據(jù)適用于處理農(nóng)村分散式生活污水的技術(shù)要求，對(duì)上述4種處理工藝進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果如表2 所示。

表2 典型工藝處理農(nóng)村分散式生活污水適用性對(duì)比

由表2 可以看出，生物-生態(tài)組合處理工藝更適合處理農(nóng)村分散式生活污水。

結(jié)語(yǔ)

目前，單一的生物或生態(tài)處理工藝已經(jīng)廣泛應(yīng)用于農(nóng)村分散式生活污水的處理，但是都存在自身的局限性。膜生物反應(yīng)器的處理效果較好、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)且能適應(yīng)水質(zhì)水量的波動(dòng)，但是膜的污染和較高的能耗會(huì)讓運(yùn)行費(fèi)用增加，且對(duì)維護(hù)人員的專(zhuān)業(yè)要求也較高。土地滲濾系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)、受到環(huán)境氣候的影響較小，且運(yùn)行費(fèi)用較低、維護(hù)方便，但是該系統(tǒng)易堵塞、處理負(fù)荷低、脫氮效果較差。人工濕地的運(yùn)行管理方便、建設(shè)投資及運(yùn)行費(fèi)用低、脫氮除磷的效果好，但是該技術(shù)進(jìn)水負(fù)荷承載力差、處理效果受季節(jié)影響較大。

劉云國(guó)[28]等認(rèn)為目前的某種生物或生態(tài)處理技術(shù)不能在我國(guó)農(nóng)村地區(qū)推廣。李發(fā)站[31]認(rèn)為生物-生態(tài)組合處理工藝相比單一的生物或生態(tài)處理工藝具有較大的優(yōu)勢(shì)，值得深入研究和應(yīng)用?？梢?jiàn)，生物-生態(tài)組合處理工藝可以實(shí)現(xiàn)單一工藝的優(yōu)劣互補(bǔ)，形成一套較為適用的污水處理流程。

因此，比較適用的農(nóng)村分散式生活污水處理工藝應(yīng)該具備：建設(shè)投資省，運(yùn)行費(fèi)用低；操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便；具有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力；運(yùn)行穩(wěn)定，能夠適應(yīng)較大水質(zhì)水量波動(dòng)以及環(huán)境氣候改變；處理效果好，出水水質(zhì)符合國(guó)家和地方現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)定。