農(nóng)村生活污水處理技術探討

劉君，邱敬賢，鄧剛

（1.航天凱天環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，長沙 410100；2.長沙環(huán)保（服務）工業(yè)技術研究院，長沙 410100）

環(huán)境保護部、財政部聯(lián)合發(fā)布的《全國農(nóng)村環(huán)境綜合整治“十三五”規(guī)劃》[1]提出，到2020年，新增完成環(huán)境綜合整治的建制村13萬個，累計達到全國建制村總數(shù)的1/3以上。農(nóng)村環(huán)境問題綜合整治主要涉及農(nóng)村生活污水環(huán)境治理、農(nóng)村飲用水水源保護、農(nóng)村生活垃圾處理、農(nóng)村非規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖污染綜合利用、農(nóng)業(yè)面源污染防治等方面，可視作鄉(xiāng)村人居環(huán)境治理的主要路線。故加強農(nóng)村生活污水處理技術研究已成為當前的熱點。

1 農(nóng)村生活污水來源

農(nóng)村生活污水主要來源于餐廚、洗滌、沐浴和沖廁等幾個方面[2]。呈現(xiàn)來源廣、污染物濃度低、分散且處理率低等特征。近年來，隨著新農(nóng)村建設步伐的加大和改水廁工程的實施推廣，農(nóng)村居民用水量呈現(xiàn)明顯上升趨勢，這也使得區(qū)域生活污水的排放量加大。在雨污不分流的情況下，生活污水未經(jīng)相應處理肆意排放，或直接潑灑在院落和道路兩側(cè)，與生活垃圾混在一起，經(jīng)日曬雨淋后，會滋生大量蚊蟲，極易導致流行性疾病的發(fā)生，危害村民身體健康或流入池塘或河道造成水體富營養(yǎng)化，甚至黑臭水體，嚴重影響農(nóng)村生態(tài)環(huán)境。

2 現(xiàn)狀及市場需求

我國是世界上擁有小城鎮(zhèn)和農(nóng)村人口最多的國家，全國約5萬個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、60萬個行政村、270萬個自然村，約1.6億戶，農(nóng)村人口約7億[3]。據(jù)2010年《中國城鄉(xiāng)建設統(tǒng)計年鑒》的數(shù)據(jù)表明[4]，我國城市污水處理率已達87%，建制鎮(zhèn)污水處理率達28%，農(nóng)村地區(qū)水污染排放總量占全國污水排放總量的50%以上，而相應的處理率卻不到10%。近年來，在相關政策和環(huán)境條件下，農(nóng)村污水處理問題已提上日程，并在國家資金的支持下迅猛發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計[5]，2016年全國農(nóng)村生活污水處理率已達22%，但大部分農(nóng)村因資金、技術及地理位置的限制，簡單套用城市傳統(tǒng)污水處理技術和工藝，其基建費一般為1500～2000元/m3·d，處理總成本達到 0.7～3.0元/m3，農(nóng)村地區(qū)無法承受，使得建設農(nóng)村污水處理的難度極大。因此，加強農(nóng)村生活污水處理以及建設新農(nóng)村水利工程已成為國家發(fā)展的新任務。

農(nóng)村生活污水處理缺乏配套的處理技術和工藝、專業(yè)性人才、明確的商業(yè)模式等，涉及政府部門的管理。隨著新《環(huán)境保護法》《水污染治理行動計劃》、“十三五”規(guī)劃等各種環(huán)保政策助推水環(huán)境市場不斷釋放新機遇，投融資體系改革和PPP模式也推動了鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水治理市場新空間。隨著我國政府對農(nóng)村污水的重視程度不斷提高，以及農(nóng)村居民生活水平的不斷上升，對于污水處理的需求量也逐漸上升，尤其是在城鎮(zhèn)污水處理已經(jīng)日漸趨于飽和的情況下，投資者開始轉(zhuǎn)向農(nóng)村污水處理市場已是大勢所趨。

目前，農(nóng)村污水處理市場空間巨大，未來投資建設如按每戶8000元計算，將有約1.3萬億元投資建設的市場；按人均排放50L/d計算，每年需約100億元的運行費用；由此可見，農(nóng)村生活污水處理的經(jīng)濟效益不容小覷。對農(nóng)村生活污水進行收集處理，使污水達標后排放，最大程度降低日益加重的污水對地下水、地表水的污染，同時，解決以往農(nóng)村生活污水肆意排放造成的其他問題。

3 存在的問題

1）部分地區(qū)仍使用旱廁和農(nóng)家肥，環(huán)境惡劣；2）農(nóng)村地勢復雜，污水收集系統(tǒng)不完善，造成臭水溝；3）缺少專業(yè)運營人員，管理維護困難，運行效果差，導致出水難以穩(wěn)定達標。

4 農(nóng)村生活污水處理技術

近年來，在生態(tài)文明建設和經(jīng)濟飛速發(fā)展過程中，水污染問題已成為當前最嚴重和棘手的環(huán)境整治問題。農(nóng)村地區(qū)常用的污水處理工藝主要有生態(tài)處理技術、微動力污水處理系統(tǒng)、地埋式生物凈化槽等。各農(nóng)村生活污水處理工藝特點詳見下表。

各種常見農(nóng)村生活污水工藝比較表

4.1 污水生態(tài)處理技術

污水生態(tài)處理技術因其成本低、操作簡單、效果好等優(yōu)勢，已成為污水處理技術的發(fā)展方向。生態(tài)處理技術主要包括人工濕地、氧化塘和土地處理系統(tǒng)等三種方式[6]。幾種在原有生態(tài)技術的基礎上發(fā)展起來的主流生態(tài)處理技術如下。

（1）人工濕地

人工濕地是一種強化的自然生態(tài)處理系統(tǒng)，因其運行費用低、凈化效果好、美觀等優(yōu)點受到廣泛關注。近年來人工濕地多應用于生活污水、工業(yè)廢水、黑臭水體的深度處理。其原理是在各種填料、植物和植物根系表面微生物的協(xié)同作用下攔截、吸附、降解污染物。因其具有較好的脫氮除磷效果，已廣泛應用于生活污水的處理。

（2）凈化沼氣池

凈化沼氣池是在簡單化糞池的基礎上發(fā)展改進而來，也是最早用于處理分散生活污水的技術[7]。一般由預處理、厭氧處理和過濾處理三段工藝構(gòu)成。厭氧處理區(qū)和濾池內(nèi)均填充各類填料；生活污水先預處理后進入?yún)捬醭匕l(fā)酵，最后排入生物濾池氧化、過濾，出水水質(zhì)達到《城鎮(zhèn)污水廠污染物排放標準》（GB18918-2002）二級標準（以下簡稱為“標準”）。為達到一級標準，可與其他生態(tài)處理技術聯(lián)用，如土地滲濾、氧化塘、人工濕地等，進一步處理后達標排放。

（3）蚯蚓生態(tài)濾池

蚯蚓生態(tài)濾池是從國外發(fā)展起來用于處理生活垃圾及生活污水的生態(tài)處理技術[8]。在傳統(tǒng)土地處理系統(tǒng)的基礎上引進了蚯蚓，其產(chǎn)生的糞便可為微生物提供生長環(huán)境。故在蚯蚓和微生物協(xié)同生長的過程中使有機物、氮磷等污染物得到降解和去除。復旦大學和南京大學等[9～11]最先投入到蚯蚓生態(tài)濾池處理生活污水的研究過程中，并開發(fā)了單級、多級、塔式蚯蚓生態(tài)濾池等技術，已將該技術應用于實際工程。如江蘇宜興農(nóng)村生活污水示范工程采用塔式蚯蚓生態(tài)濾池，處理規(guī)模10m3/d，投資成本低，在不含管網(wǎng)建設費時為1656.1元/m3，總運行成本為0.671元/m3，出水穩(wěn)定達到一級B標準[12]。

（4）高效藻類塘

高效藻類塘是在傳統(tǒng)穩(wěn)定塘的基礎上改進發(fā)展起來的，通過陽光和菌藻形成協(xié)同效應，提高對水體中污染物的去除效果。對比傳統(tǒng)穩(wěn)定塘，具有工藝簡單、處理效果好、塘深較淺、適合分散處理的特點。但該技術目前在國內(nèi)還處于研究階段。同濟大學[13]利用高效藻類塘處理太湖地區(qū)農(nóng)村生活污水研究發(fā)現(xiàn)塘深較淺時，對后續(xù)處理幾乎沒有影響。利用二級串聯(lián)高效藻類塘工藝凈化分散式污水，水體中 COD、總氮、氨氮和總磷的去除率分別為 69.4%、41.7%、90.8%、45.6%[14]。

4.2 典型一體化處理裝置

一體化處理裝置是指將一級處理工藝、二級處理工藝和深度處理等組合改造成小型一體化的污水處理系統(tǒng)。根據(jù)具體情況，一體化處理裝置可建造為地埋式和地上式兩種，地埋式基本不占地。一體化處理系統(tǒng)的投資和運行成本一般均高于生態(tài)處理系統(tǒng)，但出水水質(zhì)較好，可穩(wěn)定達到一級B標準，甚至一級A標準。

（1）微動力集中式污水處理設施

生活污水集中收集后直接排入污水處理設備，該設備內(nèi)部設有格柵，污水經(jīng)過格柵后進入?yún)捬跎?，能降解污水中的有機物。隨后進入太陽能好氧池，吸收污水中大量的磷進行沉淀，從而達到去磷效果。污水中的部分氨氮在太陽能好氧池內(nèi)被轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮。污水經(jīng)過回流泵進入缺氧池，將硝酸鹽氮還原為N2釋放至空氣中，從而使氨氮得到去除。經(jīng)好氧反應后，流入沉淀池進行沉淀處理。經(jīng)沉淀池處理后的污水能穩(wěn)定達到一級B標準，在后續(xù)加上一級人工濕地后的出水水質(zhì)能達到一級A標[15]。

（2）高效生物膜反應器

生物膜法是與活性污泥法并列的一類生物處理技術，在水處理一體化設備中裝有生物填料，在充氧的條件下，填料表面聚附著形成微生物膜，主要去除污水中的有機污染物和氮磷無機物。常規(guī)的膜生物法處理工藝有曝氣生物濾池、生物接觸氧化工藝等。

深圳合續(xù)環(huán)境科技有限公司聯(lián)合中國工程物理研究院、國家城市污水處理及資源化工程技術研究中心和西南科技大學等單位，共同研發(fā)的貝斯生物膜節(jié)能生活污水處理設備是一種一體化污水處理設備，主要采用A3/O-MBBR工藝，集預脫硝池、厭氧池、缺氧池、好氧池、沉淀池、紫外消毒器于一身，能有效去除有機污染物、N、P等，出水能穩(wěn)定達到一級A標準。耐斯和中國罐兩種產(chǎn)品主要是針對目前農(nóng)村存在的管網(wǎng)投資大、施工困難等特點開發(fā)的分散式一體化污水處理設備。工藝均采用多級A/O生化單元，再流入澄清槽進行泥水分離后達標排放或回用。耐斯主要是地上模式，中國罐是在耐斯的基礎上改進而來，是一款地埋式設備。該類設備具有工藝簡單、占地面積小、處理效果好、運行成本低、能耗低等優(yōu)點，出水穩(wěn)定達到一級B標準。

生物凈化槽為引進日本久保田的技術，主要對廁所、浴室（洗澡間）、洗手臺、廚房等排放的生活污水進行處理。包括厭氧、好氧、沉淀和消毒等單元，處理后的水質(zhì)可達到一級B標準。富凱迪沃（天津）環(huán)?？萍加邢薰疽M日本凈化槽，對其進行改進開發(fā)，研究出了中國凈化槽，實現(xiàn)單體凈化槽在完全曝氣的條件下，能夠日處理9t進水BOD200mg/L的生活污水，出水BOD≤10mg/L，達到一級A標準。

（3）高效膜生物處理設備

在農(nóng)村建設的水環(huán)境治理設備中，北京碧水源的智能型污水處理設備（CWT）以其智能化水平高、出水水質(zhì)好、經(jīng)濟實用等廣受青睞。其由四個基本模塊單元組合而成，根據(jù)污水凈化要求和現(xiàn)場的實際情況，其基本模塊單元可任意組合。采用膜生物反應器（MBR）工藝處理農(nóng)村生活污水，在新農(nóng)村水環(huán)境治理中承建數(shù)千項小型污水處理設施，出水水質(zhì)符合北京市地方標準《水污染物排放標準》（DB11/307-2005）一級B限值。

5 結(jié)論

農(nóng)村生活污水因其分散、流動等特性，會造成河道、坑塘的富營養(yǎng)化和黑臭，影響村容；同時如果污水不經(jīng)收集和處理，滲入土壤會造成嚴重的土壤污染，關乎農(nóng)作物的種植和糧食安全，從而危害人體健康。因此，農(nóng)村生活污水處理是目前亟待解決的重要問題，應加大對農(nóng)村生活污水治理技術和設備的研發(fā)，頒布與之相適應的排放標準，完善農(nóng)村污水排放的管理制度等。