吉林省農(nóng)村污水處理現(xiàn)狀及治理思路

王 寧，邊德軍,2,*，趙樂欣，康 華，聶澤兵，李清哲

(1.長春工程學(xué)院，吉林省城市污水處理重點實驗室，吉林長春 130012；2.東北師范大學(xué)，吉林省城市污水處理與水質(zhì)保障科技創(chuàng)新中心，吉林長春 130117；3.東北師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，吉林長春 130117)

隨著我國美麗宜居鄉(xiāng)村建設(shè)的加快和農(nóng)村居民生活水平的改善，百家千戶所產(chǎn)生的生活污水總量頗為可觀，生活污水中所含有的污染物成分也逐漸復(fù)雜。此外，畜禽養(yǎng)殖污水、家庭作坊式小型企業(yè)污廢水等未經(jīng)處理直接排放至附近水體或滲入地下水，導(dǎo)致我國農(nóng)村水環(huán)境質(zhì)量不容樂觀。農(nóng)村污水中的污染物主要為有機(jī)物、氮磷，重金屬等有毒有害物質(zhì)含量少，而氮磷是水體富營養(yǎng)化[1]的主要因子，湖泊、河流等水體中氮磷含量過多會導(dǎo)致水質(zhì)受到污染[2]，對農(nóng)村居民飲水安全造成極大的危害。由于農(nóng)村污水處理設(shè)施建設(shè)比較落后，治理資金短缺、政策法規(guī)不完善和水環(huán)境保護(hù)意識淡薄，使我國農(nóng)村污水處理事業(yè)發(fā)展嚴(yán)重受阻，如何對農(nóng)村污水進(jìn)行合理有效的治理已成為社會主義新農(nóng)村建設(shè)的重中之重。本文以吉林省農(nóng)村為例，深入調(diào)研了農(nóng)村污水處理現(xiàn)狀后，提出適合吉林省農(nóng)村污水治理的對策，為農(nóng)村水環(huán)境的改善提供有益的幫助。

1 吉林省農(nóng)村水環(huán)境污染現(xiàn)狀

吉林省農(nóng)村污水主要包括廚房洗滌、衛(wèi)生洗浴等家庭生活排水，還包括農(nóng)村公用設(shè)施、村旅游接待戶、旅店飯館、農(nóng)家樂、居民家庭食品加工及居民庭院養(yǎng)殖等排水。全省主要有松花江、遼河、鴨綠江和圖們江四大水系。據(jù)2019年《中國生態(tài)環(huán)境狀況公報》[3]顯示，松花江流域為輕度污染，而畜禽養(yǎng)殖污水是松遼流域水污染最主要的污染源。遼河流域為輕度污染，化肥、農(nóng)藥的過度使用是東遼河流域主要的污染因素。吉林省是我國養(yǎng)殖業(yè)及農(nóng)業(yè)大省，每年產(chǎn)生的畜禽糞便中有10%～25%[4]以及農(nóng)田使用的化肥農(nóng)藥中有30%～40%[5]在雨淋作用下污染地表和地下水。遼河流域現(xiàn)已成為中國水資源匱乏的地區(qū)之一，水源的污染以及短缺使得以遼河為供應(yīng)水源的村屯受到不同程度的影響。吉林省農(nóng)村受納水體分布(5 km)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計如圖1所示。

注：數(shù)據(jù)來源于實際調(diào)研統(tǒng)計圖1 吉林省農(nóng)村受納水體分布(5 km)Fig.1 Distribution of Receiving Water Bodies in Rural Areas in Jilin Province (Range of 5 km)

由圖1可知，全省有10.03%的村屯分布在遼河流域，57.13%的村屯分布在松花江流域，6.70%的分布在圖們江流域，6.08%分布在鴨綠江流域。實地調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，全省農(nóng)村有污水處理設(shè)施的村屯寥寥無幾，鎮(zhèn)級有污水處理設(shè)施的屈指可數(shù)。由于政策的缺失，附近河流便是村屯排污的直接受納水體，每年約有95%的生活污水直接流入或滲入地下水[5]，污水的大量流入導(dǎo)致吉林省農(nóng)村水環(huán)境污染嚴(yán)重。因此，控制水域的污染與農(nóng)村居民的生產(chǎn)、生活息息相關(guān)。

此外，吉林省農(nóng)村周邊無受納水體的占20.06%，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，這些村屯基本采用庭院潑灑和滲井(坑)的處理方式，是地下水污染的主要原因。新修訂的《中華人民共和國水污染防治法》[6]第三十九條已明確禁止使用滲井(坑)，地下水的污染直接關(guān)系到農(nóng)村居民的飲水安全。在實地調(diào)研的村屯中，部分村屯地下水泛黃，鐵含量嚴(yán)重超標(biāo)，還有些村屯地下水中農(nóng)藥含量超標(biāo)，地下水無法用于農(nóng)戶的正常生活。

2 吉林省農(nóng)村污水處理現(xiàn)狀

2.1 吉林省農(nóng)村污水特征

吉林省農(nóng)村地區(qū)村屯規(guī)模較小、居住分散，影響著污水處理系統(tǒng)的收集；地形差異大、冬季溫度低，影響著污水處理技術(shù)的選擇；經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，影響著是否有污水處理設(shè)施[7]。

2.2 吉林省農(nóng)村污水處理設(shè)施建設(shè)情況

2.2.1 吉林省農(nóng)村現(xiàn)有污水處理設(shè)施分布

根據(jù)吉林省第三次全國農(nóng)業(yè)普查主要數(shù)據(jù)公報[8](第三號)，吉林省農(nóng)村生活污水集中處理或部分集中處理約占全省農(nóng)村數(shù)的4.9%，分布統(tǒng)計如表1所示，且有470個村位于城鎮(zhèn)周邊，產(chǎn)生的生活污水就近排入城鎮(zhèn)污水處理廠集中處理。

由表1可知，吉林省農(nóng)村污水處理設(shè)施的建設(shè)仍處于落后水平，亟需待建。

表1 吉林省農(nóng)村污水處理設(shè)施分布Tab.1 Distribution of Rural Sewage Treatment Facilities in Jilin Province

2.2.2 吉林省農(nóng)村污水處理設(shè)施規(guī)模

吉林省農(nóng)村人數(shù)規(guī)模分布如圖2所示。全省農(nóng)村人口數(shù)小于1 000人的占統(tǒng)計樣本的26.09%，1 000～2 000人的占統(tǒng)計樣本的41.58%，2 000～3 000人的占統(tǒng)計樣本的23.91%，大于3 000人的占統(tǒng)計樣本的8.42%。由圖2可知，全省農(nóng)村人口數(shù)集中在1 000～2 000人。2019年末的人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，吉林省鄉(xiāng)村人口數(shù)為1 122.8萬人，占全省人口數(shù)的41.73%，吉林省農(nóng)村數(shù)約9 300個，村人均數(shù)約1 200人，與吉林省農(nóng)村人數(shù)規(guī)模樣本統(tǒng)計的趨勢相一致。

注：數(shù)據(jù)來源于實際調(diào)研統(tǒng)計圖2 吉林省農(nóng)村人數(shù)規(guī)模分布Fig.2 Distribution of Rural Population in Jilin Province

吉林省農(nóng)村人均用水量約60 L/d，排水量系數(shù)為0.8，農(nóng)村人均排水量約為48 L/d，村均排水量為48～96 m3/d。據(jù)此估計，吉林省農(nóng)村建設(shè)污水處理設(shè)施，規(guī)?？砂?0 m3/d和100 m3/d分級進(jìn)行參考。

吉林省為落實黨中央國務(wù)院關(guān)于鄉(xiāng)村振興的決策部署，積極推動農(nóng)村污水治理工作，于2018年在圖們市新建農(nóng)村污水處理設(shè)施43座作為試驗點，總處理能力合計908.4 m3/d。建設(shè)配套完整的污水管網(wǎng)，實行雨污分流制，采用生物處理技術(shù)和一體化設(shè)備相結(jié)合的小型污水處理設(shè)施進(jìn)行單村處理。其中，小于50 m3/d的40座，占全部處理設(shè)施數(shù)量的93.0%；大于50 m3/d的3座，占全部處理設(shè)施數(shù)量的7.0%，與吉林省農(nóng)村的實際情況相符。

2.2.3 吉林省農(nóng)村現(xiàn)已運行的污水處理設(shè)施

實地調(diào)研，和龍市某村屬于朝鮮族聚居，由于民族特色，本村現(xiàn)已發(fā)展成為旅游村。該村的污水管網(wǎng)完善，實行雨污分流制，村里建有多級生物接觸氧化工藝的一體化污水處理站。主要針對本村159戶居民、商業(yè)餐飲、旅游峰值的生活污水處理，處理水量為100 m3/d，占地面積為168 m2，總投資為98萬元，年運行費用為6萬～8萬元，采用EPC商業(yè)模式，后期由桑德集團(tuán)與村委會共同運維，全自動智能化控制，可實現(xiàn)無人值守，出水達(dá)到GB 18918—2002一級B標(biāo)準(zhǔn)，運行出水穩(wěn)定。

其次，圖們市某村屬于普通村莊，村人口聚居集中，進(jìn)行管網(wǎng)收集并集中處理，而距離該村較近的2個村莊人口較少，但離本村較近，在2個村建設(shè)儲糞池，一定天數(shù)后通過轉(zhuǎn)運車轉(zhuǎn)運到本村進(jìn)行集中處理。村采用的處理工藝為“調(diào)節(jié)池+AO+沉淀池一體化處理設(shè)備”，地下式建設(shè)，處理量為48 m3/d，占地面積為108 m2，總投資為40多萬，全自動智能化控制，無人值守，后期由村委會負(fù)責(zé)運行維護(hù)，運行出水穩(wěn)定。

3 吉林省農(nóng)村污水治理思路

3.1 農(nóng)村污水治理政策措施

3.1.1 完善相關(guān)水處理政策法規(guī)

目前，我國發(fā)布的水處理相關(guān)的政策法規(guī)主要針對城鎮(zhèn)污水處理，并不適用于農(nóng)村。吉林省污水處理發(fā)展較落后，鄉(xiāng)鎮(zhèn)級的污水處理設(shè)施屈指可數(shù)，農(nóng)村污水處理更是一片空白，政策法規(guī)的缺失導(dǎo)致農(nóng)村生活污水處理脫離實際。因此，有必要針對吉林省農(nóng)村實際情況出臺相應(yīng)的政策法規(guī)，逐步引導(dǎo)全省農(nóng)村污水處理行業(yè)向規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化與標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。

3.1.2 政策與經(jīng)濟(jì)支持

吉林省農(nóng)村貧富差距較明顯，充足的資金是建設(shè)農(nóng)村污水處理設(shè)施的決定性因素。農(nóng)村污水治理屬于惠民性事業(yè)，建議以政府為主的多元化建設(shè)與運行管理費用分擔(dān)制[9]；對于經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的地區(qū)，可以采用“三三制”的融資方式，即國家、政府及農(nóng)戶三者各投一部分[10]；對于欠發(fā)達(dá)的地區(qū)，可以采用以政府為單位，通過政府和社會項目合作模式[11]等方式吸納社會資金。同時，出臺一些優(yōu)惠性的政策來充分調(diào)動農(nóng)民，以投資投勞等方式參與到農(nóng)村污水處理建設(shè)及運行管理中。

3.1.3 加強(qiáng)監(jiān)管和專業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)

現(xiàn)階段吉林省農(nóng)村依然存在污染不治理的現(xiàn)象，水污染處理工作依然比較嚴(yán)峻?；谵r(nóng)民環(huán)保意識的淡漠和對水環(huán)境污染防治知識的缺乏，要加強(qiáng)水污染防治立法工作，加大監(jiān)管執(zhí)法力度，并不斷地對廣大農(nóng)民進(jìn)行宣傳教育，提升農(nóng)村居民對水環(huán)境的保護(hù)意識，提高農(nóng)村居民對生活污水治理的參與性[10]，并培養(yǎng)一些可以參與農(nóng)村污水處理管理的農(nóng)民，實現(xiàn)村委會負(fù)責(zé)后期運行的管理方式。

3.2 農(nóng)村污水治理技術(shù)措施

在污水處理過程中，一般是由多種處理技術(shù)組合應(yīng)用，從而達(dá)到污水處理的目的。針對吉林省農(nóng)村污水比較分散、規(guī)模較小，且不易集中的特點，其處理不能延用城市污水處理的方式[12]，需綜合考慮農(nóng)村區(qū)位條件、農(nóng)村聚居情況、水體功能、污水處理規(guī)模和排放去向等，因地制宜地選擇適合的處理設(shè)施。目前，我國農(nóng)村污水治理還沒有主流技術(shù)。王洪臣認(rèn)為，能簡單地天天正常運行著的，才是農(nóng)村污水處理的主流技術(shù)[13]。

因此，農(nóng)村污水治理可以根據(jù)不同地域特征進(jìn)行合理的污水處理設(shè)施建設(shè)，對于水源保護(hù)區(qū)、生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)，可選擇活性污泥法或生物膜法的生物處理技術(shù)；對于土地面積相對豐富的農(nóng)村地區(qū)，可選擇與農(nóng)業(yè)生態(tài)用水相結(jié)合的生態(tài)處理技術(shù)，處理后的水可用于附近的農(nóng)田灌溉。

3.2.1 生物處理技術(shù)

(1)生物接觸氧化法

生物接觸氧化法是在曝氣池底曝氣充氧，使池內(nèi)污水處于流動狀態(tài)，同時池內(nèi)投加填料，使污水與填料充分接觸，利用填料上附著的微生物代謝活動實現(xiàn)污染物的去除[14]。該工藝設(shè)備易操作維修、占地面積小、運行費用低、節(jié)省動力消耗，對污染物去除效果較好[15]。不足之處是池內(nèi)填料間的生物膜易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，影響正常運行。

適用范圍：該技術(shù)適合吉林省農(nóng)村進(jìn)行養(yǎng)殖業(yè)或食品加工業(yè)的單戶、多戶或村屯生活污水處理，但吉林省農(nóng)村地區(qū)冬季氣溫低，生物接觸氧化池應(yīng)建在有保溫措施能保證低溫運行的地下。

(2)活性污泥法

活性污泥法是向污水中連續(xù)通入空氣，一定時間后好氧性微生物繁殖形成緊而密實的污泥絮體，其上棲息的以菌膠團(tuán)為主的生物群通過吸附與代謝作用完成污染物的去除。適合農(nóng)村使用的活性污泥法[16]包括序批式活性污泥法(SBR)、厭氧-好氧活性污泥法(AO)、厭氧-缺氧-好氧活性污泥法(AAO)。這些工藝變化多且設(shè)計方法成熟，可根據(jù)處理的水質(zhì)選擇不同的工藝，取得滿意處理效果。

適用范圍：該技術(shù)適用于吉林省經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)，且對水污染處理要求較高的農(nóng)村地區(qū)，對于出水排入敏感地區(qū)的尤為適用。

(3)膜生物反應(yīng)器法

膜生物反應(yīng)器法(MBR)，是膜分離技術(shù)與生物處理技術(shù)相結(jié)合的污水處理系統(tǒng)，以膜組件代替?zhèn)鹘y(tǒng)生物處理工藝中二沉池來實現(xiàn)泥水分離[17]。該工藝可實現(xiàn)污水深度凈化、處理水質(zhì)好、操作維護(hù)方便、占地面積少，但運行成本費用較高。

適用范圍：該技術(shù)適用于吉林省經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)、對污水脫氮除磷要求高的農(nóng)村地區(qū)，對于出水去向水體為水源保護(hù)區(qū)、環(huán)境敏感區(qū)的地區(qū)尤為適用。出水可用于綠化、補(bǔ)充觀賞水體等非飲用，可達(dá)到二次利用的目的。

3.2.2 生態(tài)處理技術(shù)

(1)土地快速滲濾法

土地快速滲濾法是將污水有控制地分流到滲透性良好的土壤，經(jīng)過土壤的過濾、沉淀以及微生物的生物氧化還原作用，使污水中污染物被分解，達(dá)到去除的目的。該技術(shù)基建及運行費用較低，維護(hù)管理方便，但占地面積大，設(shè)計不當(dāng)易污染地下水。

適用范圍：該技術(shù)適用于吉林省經(jīng)濟(jì)落后、土地相對豐富的農(nóng)村地區(qū)，尤其適用于農(nóng)村中低濃度的生活污水或農(nóng)村養(yǎng)殖污水處理，可與農(nóng)業(yè)生態(tài)用水相結(jié)合[18]，既治理農(nóng)村水污染，又節(jié)約水資源。

(2)人工濕地處理法

人工濕地處理法是利用濕地中種植的水生植物和微生物之間的相互作用，經(jīng)過一系列的物理化學(xué)及生物作用使污水得到凈化。該技術(shù)投資及運行費用低，維護(hù)管理方便[19]，處理水質(zhì)較好，但其處理效果易受季節(jié)影響。

適用范圍：該技術(shù)適用于吉林省農(nóng)村土地相對豐富或坑洼的地區(qū)進(jìn)行二級生物處理出水的再處理[20]，可與生態(tài)用水地區(qū)相結(jié)合，既美化環(huán)境又實現(xiàn)水資源再利用，尤為適用吉林省農(nóng)村春夏季節(jié)。

(3)穩(wěn)定塘

穩(wěn)定塘是利用低洼地勢或人工修建的土地建成池塘，利用太陽能及種植的水生植物進(jìn)行水產(chǎn)和水禽養(yǎng)殖，形成多食物鏈的人工生態(tài)系統(tǒng)，從而實現(xiàn)污染物的降解。該技術(shù)基建投資和運行費用低、維護(hù)維修簡便、出水水質(zhì)較好，但污水進(jìn)入前需進(jìn)行預(yù)處理、占地面積大，處理效果受季節(jié)影響。

適用范圍：該技術(shù)適用于吉林省有低洼地或池塘、土地面積相對豐富、污染物濃度低的農(nóng)村地區(qū)，既可增加當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的收入，又可凈化水質(zhì)。吉林省冬季氣溫較低，可通過延長污水停留時間、提高穩(wěn)定塘水位，來保證污水的凈化效果[21]。

3.2.3 一體化污水處理設(shè)備

一體化污水處理設(shè)備是把預(yù)處理、生化處理、二沉池以及污泥處理[22]集合成一體式的污水處理設(shè)備，具有處理效率高、安裝管理簡便、占地面積少[23]、對污水水質(zhì)的適應(yīng)性強(qiáng)[24]等優(yōu)點，可根據(jù)村的不同地勢進(jìn)行靈活合理組裝，后期可實現(xiàn)自動化控制運行，可減少人力物力的投入及運行費用[25]。

對于吉林省這樣寒冷的地區(qū)，當(dāng)前實際應(yīng)用中主要以地埋式和微動力設(shè)備為主，以達(dá)到降低能耗、提高脫氮除磷效果[26]。目前，污水處理試驗用微壓內(nèi)循環(huán)生物相反應(yīng)器采用微動力運行，可同時存在厭氧、缺氧和好氧3種不同的氧環(huán)境中，具有減少污泥回流、增加氧的轉(zhuǎn)移效率、同步脫氮除磷和降低能耗的特點。因此，將生物生態(tài)處理技術(shù)和一體化設(shè)備結(jié)合起來，對于吉林省農(nóng)村地區(qū)居民居住分散、地形地貌差異大、集中鋪設(shè)管網(wǎng)存在工程復(fù)雜的實際障礙[27]的情況，此處理設(shè)施便是最佳的工藝選擇。

3.3 農(nóng)村污水治理剩余污泥的處理處置措施

剩余污泥作為污水處理后的副產(chǎn)物，產(chǎn)量大，易腐敗產(chǎn)生惡臭氣味，若不經(jīng)過妥善處理，會對農(nóng)村周圍的環(huán)境造成二次污染。目前，我國城鎮(zhèn)污水廠剩余污泥的處理方法有濕式氧化法、厭氧消化和熱干燥法、生物處理法和污泥減容技術(shù)，后期處置主要為綜合利用和填埋[28]。吉林省屬于農(nóng)業(yè)大省，農(nóng)村地區(qū)土地豐富。對于農(nóng)村污水處理后產(chǎn)生的剩余污泥，可利用厭氧消化和熱干燥法處理后，作為農(nóng)田林地肥料利用，2種方式結(jié)合對于農(nóng)村地區(qū)較為實用，既可節(jié)省處理成本，又可資源優(yōu)化利用。

4 結(jié)語

吉林省屬于北方寒冷地區(qū)，具有村屯規(guī)模較小、分布疏散、集中管網(wǎng)處理模式不適用、地形復(fù)雜等特點。若在吉林省農(nóng)村建設(shè)污水處理設(shè)施，生物生態(tài)處理技術(shù)與一體化設(shè)備相結(jié)合的方式較符合吉林省的實際情況。這種一體化處理模式處理效果良好、運行成本低、操作管理簡便，可使農(nóng)村污水得到合理的處理和循環(huán)利用。適用于吉林省農(nóng)村地區(qū)的處理工藝為一體化的多級接觸氧化法、一體化的活性污泥SBR、AO、AAO法、一體化的MBR法；對于地形起伏較大的地區(qū)，較適用的處理工藝為一體化的穩(wěn)定塘。此外，對于人口相對多且集中的村屯，可建立管網(wǎng)系統(tǒng)，通過坡降自流至小型一體化污水處理設(shè)施單獨處理；對于人口少且分散的村屯，可在少的村屯建立管網(wǎng)系統(tǒng)自流至儲糞池，一定天數(shù)后通過轉(zhuǎn)運車或提升泵站的方式，運送至人口多且距離近的村屯進(jìn)行集中處理。這種運行模式可減少農(nóng)村人力和資金的投入，減輕農(nóng)村污水對農(nóng)村水環(huán)境的污染[29]。2種模式相結(jié)合在吉林省具有可推廣及應(yīng)用的前景。