李丹丹 唐璐 張劍 張怡

摘 要：加強農(nóng)村生活污水綜合整治，是我國實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要任務。目前，我國農(nóng)村污水處理率相對較低，農(nóng)村生活污水治理領域面臨諸多挑戰(zhàn)，因地制宜加強農(nóng)村生活污水治理十分必要。本文介紹了我國農(nóng)村生活污水的特點及處理現(xiàn)狀，分析了生物處理技術及生態(tài)處理技術在農(nóng)村生活污水處理中的應用現(xiàn)狀及存在的問題，并進一步探討了“生物+生態(tài)”組合處理技術在我國農(nóng)村生活污水處理中的優(yōu)勢和應用前景，以期為農(nóng)村生活污水處理工藝的選擇提供參考。

關鍵詞：農(nóng)村生活污水；生物處理；生態(tài)處理；組合工藝；生態(tài)環(huán)境

隨著我國農(nóng)村經(jīng)濟的快速發(fā)展，農(nóng)民的生活方式發(fā)生了較大變化，人均生活用水排放量明顯增加，生活污水成為制約農(nóng)村環(huán)境改善的重要因素?！笆濉币詠?，國家積極推動農(nóng)村污水處理。然而多年來，我國農(nóng)村水污染防治進程明顯滯后于工業(yè)和城鎮(zhèn)水污染防治，農(nóng)村人居環(huán)境質(zhì)量和水環(huán)境質(zhì)量整體不佳，水體黑臭及富營養(yǎng)化等問題突出。在“十四五”開局之年，國家相繼出臺《關于全面推進鄉(xiāng)村振興加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的意見》《關于推進污水資源化利用的指導意見》《關于加快農(nóng)房和村莊建設現(xiàn)代化的指導意見》等一系列政策，加快推進農(nóng)村生活污水處理。

一、我國農(nóng)村生活污水的特點及處理現(xiàn)狀

（一）我國農(nóng)村生活污水的特點

根據(jù)污染物來源，農(nóng)村生活污水可以分為黑水和灰水。目前，我國農(nóng)村生活污水排放總體特點如下。第一，人均排放量較低。根據(jù)生態(tài)環(huán)境部相關研究結果，2021年，我國農(nóng)村居民生活污水排放量約為217.54億立方米，為城鎮(zhèn)地區(qū)的60.59%，而人均排放量不到城鎮(zhèn)居民的1/2。第二，排放量日變化系數(shù)大，水量水質(zhì)季節(jié)性變化明顯。農(nóng)村生活污水在早晨、中午和傍晚3個時段的排放量相對較大，且夏季污水排放量較大、污染物濃度低，而冬季污水排放量較小、污染物濃度較高。第三，污染物種類穩(wěn)定，污水可生化性較好。農(nóng)村生活污水中的污染物以化學需氧量、氮磷、懸浮物和動植物油脂等為主，有毒物質(zhì)含量較少。第四，收集難度大，容易造成大面積污染。由于農(nóng)村地區(qū)面積廣闊、村民居住分散、地形復雜，管網(wǎng)建設和污水收集難度較大。

（二）我國農(nóng)村生活污水的處理現(xiàn)狀

目前，我國污水處理的主要模式是建設污水處理廠。然而，我國農(nóng)村生活污水治理任務依然艱巨。據(jù)統(tǒng)計，2021年，全國農(nóng)村污水處理率僅為28%，70%以上的農(nóng)村地區(qū)尚未完成生活污水治理，城鄉(xiāng)差距較為明顯。同時，受經(jīng)濟水平、自然條件等多種因素影響，各地區(qū)之間農(nóng)村污水處理率差異較大：2020年，東部地區(qū)農(nóng)村生活污水處理率為36.3%，中部和西部地區(qū)分別為19.3%和16.8%；浙江、天津等省市的處理率超過80%，而山西、黑龍江等地的處理率低于15%。

從設施數(shù)量和處理能力看，近年來，我國農(nóng)村污水處理設施數(shù)量有較快增長，處理能力逐步提升，但是鄉(xiāng)和村的增長速度不及建制鎮(zhèn)。2021年，全國農(nóng)村地區(qū)污水處理廠數(shù)量比2018年增長了68%。其中，建制鎮(zhèn)污水處理廠數(shù)量比2018年增長了75%，鄉(xiāng)污水處理廠數(shù)量比2018年增長了31%，而村莊排水管道、溝渠長度僅比2018年增長了10%。

（三）我國農(nóng)村生活污水處理存在的問題

一是農(nóng)村污水管網(wǎng)收集系統(tǒng)不夠健全，管網(wǎng)投資成本高。2021年，在我國中西部地區(qū)一些經(jīng)濟基礎較為薄弱的縣市，農(nóng)村污水收集處理率不到10%，污水收集和處理設施建設較為滯后。二是處理設施閑置、停運現(xiàn)象較為突出。由于農(nóng)村缺少專業(yè)的設施管理人才，許多處理設施建成后處于空轉或無法使用的狀態(tài)。三是處理技術因地制宜體現(xiàn)不夠，運行成本高，導致無法在農(nóng)村地區(qū)推廣應用。

二、我國農(nóng)村生活污水常用處理技術及其工藝特點

根據(jù)污水的收集和處理方式不同，污水的處理模式可分為分散式和集中式兩大類。集中式處理技術用于收集和處理大流量污水，能夠高效地運行管理，但是管網(wǎng)投資較大、運行管理復雜，更適合城市污水處理；分散式處理技術主要特點是對污水就地收集、就近處理，運行成本較低、易操作，但是處理效果相對較差，比較適合人口密度低、居住分散的農(nóng)村地區(qū)。目前，我國農(nóng)村常用的分散式處理技術可以分為兩大類：生物處理技術和生態(tài)處理技術。

（一）生物處理技術及其特點

生物處理技術。生物處理技術主要是利用微生物的代謝作用去除污水中的污染物，常見的生物處理技術有生物膜法、活性污泥法等，裝置一般采用一體化設計。一體化污水處理設備是集污水預處理、二級處理和深度處理設備于一體的中小型污水處理裝置，具有高度集成、占地面積較小、建設周期短等特點，是當前農(nóng)村生活污水處理的主要方式。

生物處理技術的特點。當前，一體化污水處理設備作為我國農(nóng)村生活污水處理的主要方式，在應用中存在諸多問題，主要集中于兩方面：一是出水水質(zhì)不穩(wěn)定，二是運行維護成本較高。采用一體化污水處理設備時，農(nóng)村生活污水單個處理站點水量少，水質(zhì)、水量波動劇烈，對設備的工藝沖擊較大，從而易出現(xiàn)出水水質(zhì)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。此外，農(nóng)村生活污水處理站點布局較為分散，難以做到專人值守，交通運輸、人工成本較高。同時，由于農(nóng)村生活污水濃度較低，運維藥劑、能耗成本也較高。

（二）生態(tài)處理技術及其特點

生態(tài)處理技術。生態(tài)處理技術主要利用生態(tài)系統(tǒng)的物理和化學作用來去除水中的污染物，常用的有人工濕地、土壤滲濾和穩(wěn)定塘技術。

人工濕地源于對自然濕地的模擬，其主體結構由土壤、填料和種植在床體表面的植物組成，形成由植物、基質(zhì)和微生物三者協(xié)同作用的自然生態(tài)系統(tǒng)。人工濕地系統(tǒng)在農(nóng)村生活污水處理方面的成效已經(jīng)被國內(nèi)外眾多專家學者證實。吳昊等應用人工濕地處理四川省廣元市昭化區(qū)農(nóng)村生活污水，結果表明，其對污水CODcr（化學需氧量）、氨氮、總氮、總磷的去除率分別達82.2%、65.7%、55%、94%，且一次投資費用和運行費用都較少。

土壤滲濾技術是基于生態(tài)學原理，利用土壤—微生物—植物生態(tài)系統(tǒng)的自凈功能和自我調(diào)控機制，通過一系列物理、化學、生物過程，能夠?qū)⑽鬯械挠袡C物和氮、磷等營養(yǎng)元素去除，并集好氧、厭氧處理于一體的一種不影響表層土地使用的污水處理技術。土壤滲濾系統(tǒng)的結構包括池體、濾料、布水裝置和排水裝置，如圖1所示。污水從上而下流經(jīng)有著豐富生物膜的濾料，其中的污染物被微生物和植物的根系吸附、降解，從而使污水得到凈化。項愛枝等采用UASB（升流式厭氧污泥床）+SBR（序批式間歇活性污泥法）+ASBR（厭氧序批式反應器）+土壤慢速滲濾系統(tǒng)處理養(yǎng)豬廢水，慢速滲濾土地處理系統(tǒng)作為深度處理工藝，對CODcr、BOD5（生化需氧量）和氨氮的去除率都在99%以上。

穩(wěn)定塘是一種利用水體自然凈化能力處理污水的生態(tài)處理技術，根據(jù)塘中的溶解氧量及功能，分為厭氧塘、兼性塘、好氧塘、曝氣塘等。其凈化原理類似于自然水體的自凈機理，通過微生物的代謝活動，以及相伴的物理、化學、物化過程，將污水中的污染物進行多級轉換、降解和去除。穩(wěn)定塘負荷低、受氣候影響大，處理效果不穩(wěn)定。為進一步強化處理效果，國內(nèi)外相繼推出了許多新型塘和組合塘，如裝有連續(xù)攪拌裝置的高效藻類塘等。

生態(tài)處理技術的特點。與生物處理技術相比，生態(tài)處理技術具有成本低、運行管理方便等優(yōu)點，但是在農(nóng)村生活污水處理實踐中，也存在一些問題。比如，人工濕地技術對于土地類型和面積有一定的要求。目前，我國沼澤、池塘及閑置土地的面積都在快速縮減。同時，植物作為人工濕地發(fā)揮去污功能的重要組成部分，其生長受季節(jié)更替影響大。此外，由于濕地內(nèi)部機制十分復雜，加上各地區(qū)環(huán)境存在差異，實際設計建造的濕地系統(tǒng)往往出水難以收到預期效果。在農(nóng)村生活污水處理中，單獨應用生物處理技術或生態(tài)處理技術都有一定局限性。因此，根據(jù)農(nóng)村生活污水處理的實際需要，以生物處理為主、生態(tài)處理為輔的“生物+生態(tài)”組合處理技術成為近年來研究和應用的熱點。調(diào)查顯示，有79.83%的農(nóng)村污水處理工程均采取了“生物+生態(tài)”組合工藝，達到了相關排水標準的要求。

三、“生物+生態(tài)”組合處理技術在農(nóng)村生活污水處理中的應用

“生物+生態(tài)”組合處理技術利用好氧或厭氧微生物去除污水中的有機污染物和N（氮）、P（磷）污染物，再利用生態(tài)處理單元通過植物和菌藻等進一步去除污染物。采用“生物+生態(tài)”組合處理技術將農(nóng)村污水處理與農(nóng)業(yè)發(fā)展有機結合，更符合農(nóng)村污水處理因地制宜、資源化利用的原則。

（一）滴濾池-人工濕地組合工藝

在太湖流域農(nóng)村地區(qū)，白永剛等采用滴濾池-人工濕地組合工藝處理江蘇省宜興市大浦鎮(zhèn)某村的生活污水，該工藝由水解調(diào)節(jié)池、滴濾池、潛流人工濕地3部分組成。生活污水由管網(wǎng)收集后進入調(diào)節(jié)池，再由自吸泵提升到高位水箱，然后經(jīng)自動虹吸布水裝置噴灑進入滴濾池，出水排放到人工濕地進行深度處理。研究表明，該工藝對CODcr、NH3-N（氨氮）、TN（總氮）、TP（總磷）的去除率分別達73.6%、89.5%、61.7%和78.4%，處理農(nóng)村生活污水是完全可行的。

（二）生物接觸氧化池-人工濕地組合工藝

劉文濤等將厭氧池-跌水充氧接觸氧化池-水耕蔬菜型人工濕地組合工藝用于江蘇省宜興市周鐵鎮(zhèn)葛瀆自然村生活污水處理，結果表明，該工藝對CODcr、TN和TP的去除率分別達86.43%、92%和87%，出水水質(zhì)達到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918—2002）的一級A標準要求。此外，在該工藝中，生物處理單元的貢獻要大于生態(tài)處理單元，但是缺少了生態(tài)處理單元，TP就達不到一級A的排放標準。由此可見，磷的深度去除必須依靠濕地植物的自身代謝和根系的吸附作用。

（三）生物接觸氧化池-土地滲濾系統(tǒng)組合工藝

張俊等將一體式生物接觸氧化池-土地滲濾系統(tǒng)組合工藝用于上海市寶山區(qū)某村的生活污水處理，結果表明，該工藝對CODcr、NH3-N、TN、TP等主要污染物的去除率均在80%以上。該工藝維護簡單，運行費用為0.24元/m3，在某些經(jīng)濟條件相對較好的農(nóng)村地區(qū)具有推廣應用價值。

此外，研究表明，在土壤慢速滲濾系統(tǒng)中，植物對于污染物的去除發(fā)揮著重要作用，選擇根系發(fā)達的林木為植物材料，不僅能夠取得較好的凈化效果，還能充分利用污水的水肥資源促進林木生長，減少林木對水資源的消耗，獲得污水處理與林木增產(chǎn)的雙重收益。白保勛等選擇了4個楊樹無性系人工林進行了生活污水林地慢速滲濾生態(tài)處理試驗，發(fā)現(xiàn)楊樹可以凈化污水，同時在水力負荷適當時，污水處理可以提高林木生長量和土壤質(zhì)量。

四、結語

農(nóng)村生活污水處理作為鄉(xiāng)村振興的重要內(nèi)容，對于改善農(nóng)村人居環(huán)境具有至關重要的作用。我國農(nóng)村污水處理應該瞄準“因地制宜、高技術、低投資與運行成本、易維護、資源化利用氮磷”的目標，體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的污水處理原則。采用“生物+生態(tài)”組合工藝將農(nóng)村污水處理與農(nóng)業(yè)發(fā)展有機結合，更符合農(nóng)村污水處理因地制宜、資源化利用的原則，在我國農(nóng)村地區(qū)將有著廣闊的應用前景。

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[責任編輯：王芳玲]