我國農(nóng)村污水處理技術(shù)研究進展

摘要 我國農(nóng)村目前水污染問題十分嚴重，很多污水得不到有效的處理，農(nóng)村污水問題亟待解決。在此介紹了我國農(nóng)村污水處理的現(xiàn)狀以及農(nóng)村污水的來源、特點、排放及收集處理途徑、排放標準等問題，并對幾種農(nóng)村污水處理技術(shù)進行了簡介，為農(nóng)村污水處理提供一定的參考。

關(guān)鍵詞 農(nóng)村；農(nóng)村污水；處理技術(shù)；研究進展

中圖分類號 S181.3 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）11-03323-03

Abstract Water pollution problem in China's rural areas is very serious， a large amount of sewage cannot get effective treatment. Rural sewage problems need to be solved. The present situation of the sewage disposal and the sources， characteristics， emissions， collecting ways and emission standards of rural wastewater in China were introduced， and several kinds of rural sewage treatment technology were introduced， which will provide a reference for rural sewage treatment.

Key words Rural； Rural wastewater； Processing technology； Research advance

隨著我國社會和經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國的環(huán)境污染問題也日益嚴重。尤其是在農(nóng)村，環(huán)境問題顯得尤為突出。農(nóng)村環(huán)境污染主要體現(xiàn)在水體污染嚴重、清潔水源稀缺、土壤質(zhì)量下降、人居環(huán)境惡化、生態(tài)遭到破壞等方面。水環(huán)境污染問題尤為嚴重[1]。我國在2010年進行了第1次全國污染源普查，結(jié)果表明，農(nóng)村污染物排放量已占全國總量的50%左右，其中COD、TN、TP的排放量分別占總量的43%、57%和67%[2]。而長期以來，由于治理資金短缺和對農(nóng)村水環(huán)境保護意識的淡薄，農(nóng)村地區(qū)的污水大多得不到有效處理[3-4]，最終給環(huán)境帶來不可避免的污染[5]。因此，農(nóng)村污水問題亟待解決，研究農(nóng)村污水的特征、處理工藝和水質(zhì)指標等也具有很大的現(xiàn)實意義。筆者在此介紹了我國農(nóng)村污水處理的現(xiàn)狀以及農(nóng)村污水的來源、特點、排放及收集處理途徑、排放標準等問題，并對幾種農(nóng)村污水處理技術(shù)進行了簡介，為農(nóng)村污水處理提供一定的參考。

1 我國農(nóng)村污水概述

1.1 農(nóng)村污水處理現(xiàn)狀

我國農(nóng)村生活污水處理尚處于起步階段，污水處理設(shè)施不完善，其建設(shè)與運行管理相對滯后，究其原因主要有認識不到位、缺乏穩(wěn)定可靠的建設(shè)和運轉(zhuǎn)資金、尚無相關(guān)的農(nóng)村生活污水排放標準[6]。

我國南方農(nóng)村多為分散性村落，現(xiàn)行的南方農(nóng)村生活污水的處理并不廣泛，在重慶、江浙、四川、廣東等地區(qū)有一些農(nóng)村生活污水的試驗性處理工程。目前，南方農(nóng)村地區(qū)將生活污水隨意收集于化糞池發(fā)酵后灌溉菜地農(nóng)田，該過程沒有正確的科學(xué)引導(dǎo)，使得大部分的生活污水沒有處理直接排入水體。北方農(nóng)村雖多為聚居，但由于資金短缺以及沒有過多的處理設(shè)施，目前北方農(nóng)村的生活污水大部分為原位排放[7]。

1.2 農(nóng)村污水的來源 農(nóng)村污水是農(nóng)村村莊和小鎮(zhèn)的居民生活污水和生產(chǎn)廢水的總稱[8]。它的來源主要包括農(nóng)村居民日常生活廢水和鄉(xiāng)村企業(yè)排放的各種廢水2個方面[9]。農(nóng)村居民日常生活廢水包括廚房污水、衣物洗滌廢水、沖廁水以及家禽排泄物等。其中，衣物洗滌廢水中洗衣粉的使用大大加劇了農(nóng)村氮、磷污染，使湖泊富營養(yǎng)化問題更加嚴重。

1.3 農(nóng)村污水的特點

農(nóng)村污水由于其分散性的特點，其水量、水質(zhì)不同于城市生活污水，具有自身的特點。其主要特點有：

①農(nóng)村污水主要為生活污水和以農(nóng)產(chǎn)品為原料的加工污水的混合污水，基本上不含重金屬和有毒有害物質(zhì)，含有一定量的氮和磷，可生化性好；

②農(nóng)村污水水量、水質(zhì)變化大，且水量、水質(zhì)在不同的居住區(qū)、不同的時間段有明顯的差異；③農(nóng)村地區(qū)人口居住分散，大部分農(nóng)村沒有排水收集管網(wǎng)，污水處理率較低且集中收集處理難度較大[10-11]。

1.4 農(nóng)村污水排放及收集處理途徑

農(nóng)村生活污水一般雨污混流排放，有調(diào)查顯示約96%的村莊無排水溝渠和污水處理系統(tǒng)，污水沿著村莊道路溝渠或路面未經(jīng)處理直接排入河流、湖泊收納水體，有的生活污水甚至直接通過地滲排放，存在污染地下水等風(fēng)險[12]。

介于農(nóng)村污水排放現(xiàn)狀，農(nóng)村污水收集處理模式應(yīng)因地制宜，采用集中處理與分散處理相結(jié)合的原則，選擇合適的污水收集處理模式[10]。目前，農(nóng)村污水收集處理模式主要有集中收集處理模式、分散收集處理模式和管網(wǎng)截污收集處理模式3種，其中管網(wǎng)截污收集處理模式需要利用附近城鎮(zhèn)的污水管網(wǎng)，并將農(nóng)村的污水管網(wǎng)并入其中[10，13]。

1.5 農(nóng)村污水處理的排放標準

我國關(guān)于水環(huán)境標準的體系主要有水環(huán)境質(zhì)量標準、水污染物排放標準、水環(huán)境基礎(chǔ)標準、水監(jiān)測分析方法標準和水環(huán)境標準樣品標準五類。污水排放標準的嚴格與寬松程度直接決定了水環(huán)境質(zhì)量的水平和用水質(zhì)量的高低，也關(guān)系著污水處理行業(yè)的發(fā)展方向[14]。

目前，我國農(nóng)村缺乏相應(yīng)的污水排放標準和污水處理設(shè)施的長效運行管理機制，農(nóng)村污水排放標準主要采用的是《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）、《污水綜合排放標準》（GB 8978-2008）等[15]，而這些標準主要適用于大中城市的水環(huán)境和經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r。農(nóng)村污水在水質(zhì)、水量以及經(jīng)濟發(fā)展程度等方面與大中城市截然不同，從節(jié)能減排的需要考慮，只要是污染物的減少就有利于“總量”的控制，因此，對小城鎮(zhèn)污水處理排放標準有商酌的必要[14]。

2 我國農(nóng)村污水處理技術(shù)簡介

考慮到農(nóng)村污水本身具有的特點，結(jié)合農(nóng)村地區(qū)的地理環(huán)境，當(dāng)附近有可利用的農(nóng)田、可進行污水灌溉和污泥用作農(nóng)肥等便利條件時，在污水處理工藝的選擇上將污水處理與利用相結(jié)合，與保護和改善當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和水環(huán)境相結(jié)合，實現(xiàn)農(nóng)村區(qū)域性的生態(tài)環(huán)境和水資源的良性循環(huán)。當(dāng)農(nóng)村有可利用的天然廢塘、荒地、洼地時，應(yīng)充分利用當(dāng)?shù)貤l件，優(yōu)先考慮采用生態(tài)塘、人工濕地處理系統(tǒng)等因地制宜的生態(tài)處理工藝。當(dāng)沒有可利用的天然廢塘、荒地、洼地等條件時，可推薦選用改良型好氧生物處理工藝對小城鎮(zhèn)污水進行二級生化處理[16-17]。

2.1 人工濕地

人工濕地是一種由人工建造和監(jiān)督控制的、與沼澤地類似的地面。它利用自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)同作用，通過過濾、吸附、共沉、離子交換、植物吸收和微生物分解來實現(xiàn)對污水的高效凈化[18]。人工濕地處理污水是充分利用了“土壤—植物—微生物”系統(tǒng)的凈化能力，既可去除有機污染物，又可去除造成水體富營養(yǎng)化的氮、磷等污染物[19]。人工濕地處理系統(tǒng)分為表面流人工濕地處理系統(tǒng)和潛流人工濕地處理系統(tǒng)[20]。表面流人工濕地是在深度約0.6～1.5 m的淺池塘或渠道中種植各種形式的水生植物， 包含挺水植物（香蒲、蘆葦、風(fēng)車草、茭白筍及開卡蘆等）、沉水植物（水蘊草、馬藻等）、浮葉植物（睡蓮、菱角等）及漂浮植物（青萍、滿江紅等），其主要處理機制是利用不同水深及植栽密度的配置， 可增加濕地生態(tài)的多樣性以確保處理效率穩(wěn)定，亦可通過各區(qū)域中好氧程度的不同， 達到脫氮的功能。潛流人工濕地處理系統(tǒng)是在深度0.6～1.0 m、底部坡度在0.5%～1.0% 的溝渠或水池， 鋪設(shè)礫石或土壤后密植挺水植物， 再導(dǎo)入污水并控制水面高度， 使水面不暴露于空氣中， 即污水僅在介質(zhì)中流動， 沒有開放水面區(qū)， 其主要處理機制為利用附著在礫石或植物根系的微生物分解水中污染物。潛流式人工濕地因水流在底面流動更容易適應(yīng)寒冷氣候， 適合在北方地區(qū)運行。但在北方地區(qū)運行的濕地， 必須考慮冬季降溫導(dǎo)致植物死亡和微生物失活而使人工濕地運行效率降低的問題。潛流人工濕地處理系統(tǒng)前端通常需要設(shè)置化糞池、初沉池等預(yù)處理設(shè)施， 避免大型顆粒流入礫石床中堵塞孔隙， 降低處理效能[17，20]。

人工濕地污水處理技術(shù)應(yīng)用范圍很廣，出水一般均優(yōu)于常規(guī)二級處理效果。另外，人工濕地適用范圍廣，依據(jù)其特性，非常適用于沒有完善污水管網(wǎng)系統(tǒng)的地區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)[19]。但該技術(shù)易受氣候條件影響，南北差異較大，北方大部分地區(qū)冬季氣溫較低，難以維持生態(tài)系統(tǒng)的正常運行或保證污水處理效果。因此在采用此技術(shù)時，要選取合適的植物，并要充分考慮植物過冬問題[21]。

1990年，我國建成了第1個人工濕地處理系統(tǒng)——深圳白泥坑污水處理系統(tǒng)， 處理污水量4 500 m3/d， 處理場占地0.84 hm2， 實際使用面積0.50 hm2， 設(shè)計BOD5進水最高濃度100 mg/L， SS進水最高濃度150 mg/L， 兩者的出水濃度均為30 mg/L， 達到城市污水二級排放標準[22]。李艷波等在福建某水源地采用水解酸化-人工濕地工藝處理農(nóng)村污水，實際運行結(jié)果表明，該工藝切實可行、運行成本低，取得了較好的處理效果；當(dāng)進水CODCr、BOD5、SS、NH3N、TP質(zhì)量濃度分別低于200、300、200、25、5 mg/L 時，出水CODCr、BOD5、SS、NH3N、TP質(zhì)量濃度分別低于60、60、80、15、0.5 mg/L；該系統(tǒng)出水水質(zhì)穩(wěn)定可達《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》，出水直接回灌農(nóng)田或山林，不設(shè)排放口，可以很好地保護水源[23]。

2.2 人工快滲技術(shù)工藝

人工快滲系統(tǒng)是在快滲池內(nèi)填充一定級配的人工改性濾料，濾料表面生長豐富的生物膜。當(dāng)污水自上而下流經(jīng)濾料層時，發(fā)生綜合的物理、化學(xué)、生物反應(yīng)，使污染物得以最終去除。該技術(shù)具有建設(shè)和運營成本低、污染物去除效率高、不產(chǎn)生活性污泥、操作運行簡便、建設(shè)周期短等優(yōu)點。

人工快滲對有機污染物的去除主要由過濾截留、吸附和生物降解作用共同完成。過濾截留和吸附作用在人工快滲系統(tǒng)中主要起調(diào)節(jié)機制，而有機污染物的真正去除主要靠生物降解。生物降解包括好氧生物降解和厭氧生物降解，其中發(fā)生在好氧—厭氧交替帶的好氧生物降解是人工快滲系統(tǒng)去除有機污染物的主要機制[24]。

楊小毛等結(jié)合深圳市白花洞村、四川省綿陽市北川縣及北京昌平區(qū)農(nóng)村工程實踐，分析了人工快滲技術(shù)在村級分散型污水處理工程中的實際運行效果，理論研究和工程實踐均表明人工快滲技術(shù)及其改進工藝組合系統(tǒng)具有工藝簡單、建設(shè)運行成本低、污染物去除效率高、出水效果好等特點，可有效地解決目前農(nóng)村地區(qū)因受到資金、技術(shù)、人才等因素限制造成的污水處理能力低的問題，是一項十分適合我國農(nóng)村地區(qū)的污水處理技術(shù)[25]。

2.3 穩(wěn)定塘

穩(wěn)定塘是一種利用天然凈化能力的生物處理構(gòu)筑物的總稱， 有機物主要通過微生物降解、有機物吸附、有機顆粒的沉降和截濾作用去除。穩(wěn)定塘在太湖流域農(nóng)村地區(qū)應(yīng)用比較廣泛[17]，尤其是高效藻類塘式穩(wěn)定塘技術(shù)。高效藻類塘是美國加州大學(xué)伯克利分校的Oswald等在20世紀50年代末提出并發(fā)展的，它是在傳統(tǒng)穩(wěn)定塘的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種改進形式，強化利用藻類的增殖來產(chǎn)生有利于微生物生長和繁殖的環(huán)境，形成更緊密的藻-菌共生系統(tǒng)，同時創(chuàng)造一定的物化條件，達到對有機碳、病原體，尤其是氮和磷等污染物的有效去除，適合于農(nóng)村面源污染控制[26-27]。

郭迎慶等研究高效菌藻塘系統(tǒng)處理太湖地區(qū)農(nóng)村生活污水除磷效果及其強化措施發(fā)現(xiàn)，高效菌藻塘和水生生物塘水力停留時間分別為8和4 d，進水總磷濃度1.7～17.1 mg/L， 出水總磷濃度全年平均值為3.33 mg/L， 高效菌藻塘系統(tǒng)的除磷能力欠佳；通過降低水生生物塘內(nèi)水深、采用廢棄石膏作為填料構(gòu)建了新型復(fù)合水生生物塘，水力停留時間為1.6 d條件下， 復(fù)合水生生物塘出水總磷可保持在1 mg/L以下，可達到GB18918-2002一級B排放標準[27]。

2.4 生物濾池

生物濾池是生物膜法處理污水的傳統(tǒng)工藝，早在19世紀末就已發(fā)展起來[28]。它是以土壤自凈原理為依據(jù)，在污水灌溉的實踐基礎(chǔ)上，經(jīng)比較原始的間歇砂濾池和接觸濾池而發(fā)展起來的人工生物處理技術(shù)。污水長時間以滴狀噴灑在塊狀濾料層的表面上，在污水流經(jīng)的表面上就會形成生物膜，待生物膜成熟后，棲息在生物膜上的微生物，即攝取流經(jīng)污水中的有機物作為營養(yǎng)，從而使污水得到了凈化[29]。

黃偉麗等以蘇南常州市民豐村為例，進行了復(fù)合式生物濾池對農(nóng)村生活污水處理的應(yīng)用，運行結(jié)果表明該村生活污水經(jīng)復(fù)合式生物濾池處理后，其COD、NH3N、TN和TP指標均低于GB 189182002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級B標準，運行穩(wěn)定[30]。

2.5 復(fù)合工藝技術(shù)

如果單采用生物濾池工藝不能達到理想效果的話，也可以在采用生物濾池等工藝的同時，加入一些工藝系統(tǒng)組成復(fù)合工藝技術(shù)。這樣可以削弱一些技術(shù)的缺點，使出水達到更好的效果。

趙大傳等研究了升流式厭氧生物濾池（UAF）與溫室型人工濕地組合工藝低氣溫下處理農(nóng)村生活污水的運行特點及效果，結(jié)果表明在最佳條件下，組合工藝COD總?cè)コ势骄鶠?5%，BOD5總?cè)コ势骄_84%，SS總?cè)コ势骄坏陀?3%，氨氮總?cè)コ势骄鶠?3%，TP總?cè)コ势骄鶠?6%，出水水質(zhì)除TP外均滿足GB18918-2002中一級B標準[31]。該工藝具有低能耗、低投資、低運行費用、運行維護簡單等優(yōu)點，適合作為農(nóng)村生活污水的處理工藝推廣使用。李二飛進行了厭氧生物濾池—回行流人工濕地組合處理農(nóng)村廢水的研究，結(jié)果表明，該工藝對CODCr、NH3N、TP、SS的去除率依次為72.8%～79.6%、26.5%～48.1%、33.3%～59.6%、77.0%～84.0%，除TP、SS在個別時候超標外，出水能夠滿足GB18918-2002的二級標準；且在污水溫度為20 ℃左右時，厭氧生物濾池技術(shù)能夠較好地去除難降解有機物[32]。

3 小結(jié)

我國農(nóng)村生活污水的處理工作起步較晚， 且目前仍存在比較大的問題。隨著全國新農(nóng)村建設(shè)步伐的加快和政策的傾斜， 一些地方已經(jīng)開始建設(shè)示范工程和規(guī)?；\行的處理設(shè)施， 但只有高效、低投入、低運行成本的污水處理技術(shù)才符合國情。上述污水處理技術(shù)各具備其獨特的特點，且已經(jīng)有了一些相關(guān)的研究和試驗、實踐工作，各地區(qū)可因地制宜，酌情選擇。此外， 這些技術(shù)也均有其自身的不足和值得改進之處， 在實際應(yīng)用中可通過科學(xué)設(shè)計、優(yōu)化組合， 達到技術(shù)上的互補。未來的污水處理技術(shù)會向著多方面、深層次的方向發(fā)展，可以預(yù)見多種系統(tǒng)的聯(lián)合使用會成為今后發(fā)展的主要方向。

42卷11期 于寧 我國農(nóng)村污水處理技術(shù)研究進展

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