四川省農(nóng)村地區(qū)生活污水處理現(xiàn)狀調(diào)研分析

李 菊，胡穎銘，彭子宸，陳亞平，董 坤

(1.四川省環(huán)境科學(xué)學(xué)會，成都 610041，2.四川省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院，成都 610041)

前 言

隨著農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)境問題也日益凸顯，農(nóng)村環(huán)境污染問題已然成為了制約我國鄉(xiāng)村振興、新農(nóng)村建設(shè)的瓶頸，其中最為突出的便是農(nóng)村水體污染，農(nóng)村水體的污染導(dǎo)致農(nóng)村生態(tài)環(huán)境遭到嚴重破壞。四川省農(nóng)村人口眾多，受經(jīng)濟條件、地形地貌、技術(shù)工藝及群眾環(huán)保意識等因素所限，農(nóng)村污水處理設(shè)施建設(shè)嚴重不足，生活污水大多直接排放，成為四川省面源污染的重要來源[1]。決定農(nóng)村污水處理方式的因素有規(guī)劃、人口規(guī)模、人口密度(或房屋間距)、管網(wǎng)設(shè)施建設(shè)、環(huán)境條件、經(jīng)濟條件和運行管理等[2]，而四川省現(xiàn)有農(nóng)村污水收集處理系統(tǒng)建設(shè)不完善，加之污水來源分散，導(dǎo)致污水收集率與處理率低下的狀況一直存在。本文通過現(xiàn)場調(diào)研，分析了四川省不同市(州)的農(nóng)村生活污水處理現(xiàn)狀、現(xiàn)有處理技術(shù)、處理率及排放情況，在充分考慮四川省農(nóng)村地區(qū)地理、自然、經(jīng)濟、社會情況的基礎(chǔ)上，提出相應(yīng)的建議對策，不僅為農(nóng)村生活污水的防治和水源地保護提供技術(shù)咨詢和參考，也對新形勢下的農(nóng)村環(huán)境保護具有重要意義。

1 實地調(diào)查數(shù)據(jù)

考慮不同的地理位置、經(jīng)濟發(fā)展等因素，2019年1月到4月期間采取現(xiàn)場調(diào)查方式對四川省不同市(州)的農(nóng)村生活污水處理工藝、處理效果以及排水去向等方面進行了研究，調(diào)查區(qū)域如表1所示，涉及5個市(州)的8個縣(市、區(qū))，共計25個農(nóng)村污水處理點位、9種工藝類型，采集檢測水樣40個，分析結(jié)果對四川省農(nóng)村污水處理設(shè)施水污染物排放標準的制定、社會主義新農(nóng)村建設(shè)以及推進環(huán)境保護具有積極作用。

表1 實地調(diào)查地區(qū)Tab.1 Field investigation area

2 結(jié)果與分析

2.1 四川省農(nóng)村生活污水處理工藝情況

四川省農(nóng)村生活污水處理工藝統(tǒng)計情況見表2，其中數(shù)據(jù)統(tǒng)計是指來源于四川省地方標準《農(nóng)村生活污水處理設(shè)施水污染物排放標準》編制說明中的數(shù)據(jù)進行的分析，實地調(diào)查為本次調(diào)研實際對表1地區(qū)進行的調(diào)研活動。在農(nóng)村生活污水處理中，單獨的好氧、厭氧、生態(tài)或物化處理方式具有一定局限性，因此組合型工藝在實際運用中較多。農(nóng)村地區(qū)污水處理技術(shù)按原理大體可以分為3大類：一是生物處理技術(shù)，包含好氧生物技術(shù)和厭氧生物技術(shù)，其中好氧生物技術(shù)可分為活性污泥法和生物膜法兩大類[3]，厭氧生物技術(shù)有污水凈化沼氣池、復(fù)合厭氧處理技術(shù)等；二是生態(tài)處理技術(shù)，有人工濕地、土壤滲濾和穩(wěn)定塘：三是物化處理技術(shù)[3]。任意兩種工藝結(jié)合稱為復(fù)合處理技術(shù)。

如表2所示數(shù)據(jù)統(tǒng)計工藝中的生物處理技術(shù)其數(shù)量占比為60.09%，規(guī)模占比為65.54%，實地調(diào)查中其數(shù)量占比為52%，皆超過一半，實地調(diào)查與數(shù)據(jù)統(tǒng)計相吻合，四川省農(nóng)村地區(qū)生活污水是以生物處理技術(shù)為主，且主要選取好氧工藝，如A/O、A2/O、MBR、SBR/CASS、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化、生物濾池來凈化污水。復(fù)合處理技術(shù)有好氧+生態(tài)工藝、厭氧+生態(tài)工藝，兩者數(shù)量占比相當分別為14.55.%、14.27%，規(guī)模占比前者為后者的兩倍，分別為10.11%、5.40%，實地調(diào)查中好氧+生態(tài)工藝規(guī)模占比40%。

表2 四川省農(nóng)村生活污水處理工藝Tab.2 Rural sewage treatment technologies in Sichuan Province

農(nóng)村生活污水處理考慮農(nóng)村污水水質(zhì)、水量以及排水等因素大多選擇復(fù)合工藝，其中好氧+生態(tài)技術(shù)組合的工藝更普遍；單獨的生態(tài)處理技術(shù)主要在部分經(jīng)濟較落后的農(nóng)村地區(qū)。

農(nóng)村生活污水處理的工藝選擇應(yīng)遵循因地制宜的原則，出水要重點考慮污水回用和達標排放。結(jié)合調(diào)研數(shù)據(jù)，就四川農(nóng)村采用較多的幾種生活污水處理工藝作簡要分析。

2.1.1 A/O組合工藝

厭氧—好氧工藝是在缺氧/好氧條件下利用微生物的生物活性實現(xiàn)有機物的水解、生物降解、氮的硝化和磷的生物沉淀，且沉淀出水能達標排放，是一種穩(wěn)定、高效的生化處理裝置，如謝燕華等[4]對瀘州市調(diào)研發(fā)現(xiàn)采取A/O工藝，其出水水質(zhì)達到GB 18918-2002一級B標準。該技術(shù)與人工濕地相結(jié)合，主要用于人口居住較分散的農(nóng)村地區(qū)污水處理，這與白磊磊等[5]對四川部分農(nóng)村地區(qū)調(diào)查結(jié)果相符；同時厭氧與人工濕地組合污染物去除效率高，水質(zhì)好且穩(wěn)定，謝燕華等調(diào)研發(fā)現(xiàn)眉山市丹棱縣F鎮(zhèn)鄉(xiāng)村地區(qū)采用該復(fù)合工藝處理生活污水，出水還可用于農(nóng)田施肥[4]。農(nóng)村生活污水處理宜采用厭氧處理與人工濕地等生態(tài)處理相結(jié)合的復(fù)合工藝，如方志華[6]。就在安徽省某村運用A2/ O+人工濕地組合工藝，不僅能適應(yīng)農(nóng)村污水排放特點，還能有效去除水中的有機物和氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)。但由于 A2/O成本較高，日常運行耗電，管理維護要求高，僅適合于經(jīng)濟條件較發(fā)達，對出水水質(zhì)又要求較高的農(nóng)村地區(qū)，不適用于經(jīng)濟較差的地區(qū)。

在本次實際調(diào)研中遂寧市經(jīng)濟條件較好的農(nóng)村地區(qū)多采用此工藝，25個設(shè)施中有8個使用該工藝，數(shù)量占比32%。

2.1.2 人工濕地系統(tǒng)

人工濕地系統(tǒng)是由“土壤—植物—微生物”組成的獨特生態(tài)系統(tǒng)，利用各種動植物、微生物和基質(zhì)的共同作用，達到污水凈化目的，其構(gòu)成部分包含土壤、人工基質(zhì)(多為碎石)以及種植的濕生植物(蘆葦、香蒲、菖蒲、水竹、美人蕉、燈心草和大麻等)。由于人工濕地具有凈化污水和環(huán)境景觀的雙重效果，目前人工濕地技術(shù)已在我省廣泛使用，主要適用于四川省經(jīng)濟條件較差的農(nóng)村聚居點生活污水處理。如麻澤龍，何榮智，周蕓[7]提到該系統(tǒng)在四川省眉山市東坡區(qū)白馬鎮(zhèn)龔村和廣濟鄉(xiāng)五一村應(yīng)用較多；白磊磊[5]調(diào)查發(fā)現(xiàn)該技術(shù)在德陽 、綿竹等地開展也較好。

本次調(diào)研中多采用該系統(tǒng)與其他工藝相結(jié)合的復(fù)合工藝，其中就有遂寧市污水處理點和西昌市污水處理點。人工濕地處理系統(tǒng)不僅能去除有機物，還能脫氮除磷、去除重金屬，同時還具有投資低，耗能少，建造和運行費用低，易于維護等優(yōu)點，但占地面積較大，對地形地貌要求較高，所以經(jīng)濟欠發(fā)達，地勢平坦，土地較多或存在閑置土地的農(nóng)村地區(qū)比較適用于此技術(shù)。

2.1.3 MBR工藝

膜生物反應(yīng)器((Membrane Biore-actor, 簡稱MBR)是一種將膜分離單元與生物處理單元相結(jié)合的新型污水處理工藝，利用膜的高效截留作用來截留生化反應(yīng)池中的活性污泥和大分子有機物，提高污水出水水質(zhì)。省外利用MBR 復(fù)合工藝處理凈化污水的情況較多，如謝晴等[8]在示范工程中運用 A2/O-MBR 一體化設(shè)備的工藝組合對農(nóng)村污水進行處理，出水水質(zhì)均優(yōu)于 GB18918-2002一 級 A 排放標準；左燕君等[9]運用混凝-兩級 A/O-MBR 工藝處理生活污水，出水滿足 GB19818-2002一級 A 標準。

MBR處理工藝能適應(yīng)各種水質(zhì)，本次調(diào)研中也多采用MBR工藝而非MBR復(fù)合工藝，如自貢市和瀘州市。雖其具有占地面積小，運行穩(wěn)定，耐沖擊性能強，出水水質(zhì)效果好等優(yōu)點，但膜易堵塞，清洗困難且所需能耗和維護成本都較高而未被廣泛使用，因此適用于經(jīng)濟條件較好、對出水水質(zhì)要求較高的農(nóng)村地區(qū)。

2.1.4 生物轉(zhuǎn)盤工藝

在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用[10]的生物轉(zhuǎn)盤工藝概念誕生于20世紀20年代的德國，屬于一種生物膜法處理污水的技術(shù)，利用轉(zhuǎn)盤上的微生物的新陳代謝活動實現(xiàn)有機污染物的去除，并在厭氧與好氧交替的環(huán)境中實現(xiàn)硝化、脫氮除磷的功能，進而進化污水，具有效果優(yōu)良、能耗低等特點。該工藝在城鎮(zhèn)污水處理中使用較多，如韋真周等[11]采用生物轉(zhuǎn)盤工藝主要運用在小城鎮(zhèn)生活污水的處理，且效果良好；李成森等[12]運用生物轉(zhuǎn)盤組合工藝在崇左市大新縣下雷鎮(zhèn)污水處理廠進行調(diào)試運行，出水水質(zhì)達到GB18918-2002一 級 B 標準。農(nóng)村污水處理使用也日漸增多，如霍鑫超等[13]設(shè)計了一種能提升脫氮效率的新型生物轉(zhuǎn)盤，且主要針對常見的難以達到TN 排放要求的農(nóng)村污水處理。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計生物轉(zhuǎn)盤工藝在四川省農(nóng)村生活污水處理中使用相對較少，本次調(diào)研中遂寧市運用較多，瀘州市有部分使用。雖然轉(zhuǎn)盤投資較大、生物膜易脫落、處理性能受環(huán)境氣溫及其他因素影響較大，但實踐證明， 生物轉(zhuǎn)盤工藝具有管理簡單、處理效率高、能耗低、投資少等特點，能夠滿足農(nóng)村污水處理的基本要求[14]，因此該技術(shù)適用于各類農(nóng)村地區(qū)。

2.2 農(nóng)村生活污水處理設(shè)施運行現(xiàn)狀

對四川省多處農(nóng)村生活污水處理設(shè)施進行了實地調(diào)研，主要情況見表3。四川省農(nóng)村生活污水處理現(xiàn)狀如下。

表3 四川省農(nóng)村生活污水處理情況Tab.3 Rural sewage treatment situation in Sichuan

2.2.1 農(nóng)村生活污水處理設(shè)施建設(shè)上，除部分經(jīng)濟較好的新型農(nóng)村聚居點和利用農(nóng)村環(huán)境連片整治項目建有污水集中處理設(shè)施外，大多數(shù)農(nóng)村都未建有污水處理設(shè)施，生活污水直排現(xiàn)象嚴重。農(nóng)村污水處理主要有集中處理和分散處理兩種模式[15]，調(diào)研發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濟發(fā)達的建有新農(nóng)村聚居點的農(nóng)村處理農(nóng)村生活污水多采用 “集中收集就地處理”的集中處理模式；經(jīng)濟相對落后的農(nóng)村多以微動力或無動力技術(shù)分散處理農(nóng)村生活污水。

2.2.2 已建的農(nóng)村污水處理設(shè)施在日常運行維護上存在缺乏專業(yè)技術(shù)人員管理的問題，鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府管理人員對設(shè)備和工藝無深入了解且各部門之間權(quán)責(zé)不清，而部分設(shè)備運行步驟復(fù)雜，需要專業(yè)技術(shù)人員才能操作。調(diào)研的25座設(shè)施中由第三方專業(yè)化運維單位運維的就有17座，由(鎮(zhèn))政府或村委會自行運維的只有8座。

2.2.3 農(nóng)村生活污水排放去向，部分出水直接排入附近水體(農(nóng)田、小溝渠、池塘或旁邊河流)，部分則作為灌溉用水回用。各地區(qū)根據(jù)實際情況，采用不同處理工藝，其出水水質(zhì)也無統(tǒng)一標準?，F(xiàn)有處理設(shè)施均采用《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)中的一級A標或一級B標作為處理設(shè)施的出水排放標準，調(diào)研中25個農(nóng)村污水處理點中出水排放標準為一級A標的設(shè)施有10座，出水標準為一級B標的設(shè)施有15座。

2.2.4 隨著城鎮(zhèn)化率的不斷提升，我省農(nóng)村人口呈現(xiàn)出周期性變化的特點。調(diào)研發(fā)現(xiàn)部分地區(qū)設(shè)計規(guī)模與實際處理規(guī)模相差很大，污水處理設(shè)施設(shè)置處理規(guī)模時，應(yīng)考慮常住人口及人口波動因素。部分農(nóng)村實施鄉(xiāng)村旅游發(fā)展項目，對于具備旅游發(fā)展特色的村莊，應(yīng)在考慮旺季游客最大容量前提下規(guī)劃污水處理設(shè)施設(shè)計規(guī)模。

2.3 處理結(jié)果分析

對采集的農(nóng)村生活污水處理設(shè)施進出水水樣進行了檢測，經(jīng)數(shù)據(jù)分析，檢測指標處理率詳情見表4、檢測指標處理率的分布狀態(tài)見圖1。圖1從左到右依次為CODCr、SS、NH3-N、TN、TP。比較中位值和平均值，其中CODCr、NH3-N、TN處理率的平均值在中位值以上，SS、TP處理率的平均值在中位值以下，SS的處理率較分散。按照檢測指標的順序其處理率平均值呈依次下降趨勢；中位值呈先上升后下降的趨勢；上限值呈現(xiàn)上升后下降的趨勢；下限值呈現(xiàn)下降后上升再下降趨勢。處理率集中分布區(qū)間CODCr和NH3-N相似為50%～90%、SS為40%～90%、TN為30%～75%、TP為10%～70%。

表4 檢測指標處理率Tab.4 Processing rate of detection indicators (%)

注：“x”表示平均值，“-”表示中位值

檢測指標以《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)作為出水標準，其中以一級B標作為出水標準，其中CODCr達標率為73.70%、SS達標率為42.10%、NH3-N達標率為31.60%、TN達標率為26.30%、TP達標率與TN相同；以一級A標作為出水標準，CODCr達標率為68.40%、SS達標率為10.50%、NH3-N達標率為26.30%、TN達標率為15.80%、TP達標率與TN相同。

如圖2，以一級B標為出水標準的達標率均高于以一級A標為出水標準，且5個檢測指標中CODCr達標率都最高。以一級B標為出水標準中TP達標率與TN相同，兩者達標率最低。以一級A標為出水標準中SS達標率最低，其次為達標率相同的TN、TP。

圖2 污水處理達標率分析Fig.2 Analysis of sewage treatment compliance rate

2.4 主要對策建議

一是工藝選擇。在具體工藝選擇上，各地區(qū)應(yīng)充分考慮當?shù)亟?jīng)濟水平、地形特征、氣候特點、處理要求等因素，結(jié)合現(xiàn)有科技發(fā)展水平，創(chuàng)新污水處理技術(shù)，選擇簡便易行、運行穩(wěn)定且借助當?shù)丶夹g(shù)和管理維護力量就能滿足處理要求的工藝。例如經(jīng)濟較好、人口集中、土地緊張、水污染嚴重的農(nóng)村地區(qū)，應(yīng)選擇占地面積小、處理效果好的好氧生物處理技術(shù)；而經(jīng)濟較差的農(nóng)村地區(qū)，應(yīng)優(yōu)先采用運行成本相對較低的微動力或者無動力處理技術(shù)。

二是控制指標?？紤]到農(nóng)村實際情況，生活污水排放大多是進入溝渠、直排農(nóng)田或者少數(shù)排放到功能未明確水體，且農(nóng)村排放的污水基本不含重金屬和有毒有害物質(zhì)，有一定的氮磷，可生化性強，因此出水流經(jīng)自然濕地、林地或坡地自然溝渠等間接排放水體的，其控制指標可在規(guī)定的標準范圍內(nèi)適度放寬。從資源回收利用方面看，農(nóng)村生活污水處理設(shè)施的排泥，應(yīng)鼓勵以當?shù)氐馁Y源化利用為主，不宜以《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》的污泥處理要求進行監(jiān)管。

3 結(jié) 論

對四川省農(nóng)村生活污水處理技術(shù)調(diào)研結(jié)果表明，四川省農(nóng)村生活污水處理工藝選擇無統(tǒng)一標準，處理率相對較低，農(nóng)村污水是農(nóng)村面源污染的主要來源，農(nóng)村生活污水處理工作迫在眉睫。四川是人口和農(nóng)業(yè)大省，具有典型的山地、丘陵以及平原分布，農(nóng)村生活污水處理不能一概而論，必須充分考慮各地區(qū)自然、經(jīng)濟、社會、地理環(huán)境和地域差別情況，采用政府主導(dǎo)、購買服務(wù)的方式，因地制宜、分類指導(dǎo)。