農(nóng)村污水處理技術(shù)在我國(guó)不同區(qū)域的應(yīng)用探討★

蔣 皓,馬志鵬,葉 龍,麥粵幫,吳培浩

(1.廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510500； 2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，廣東 廣州 510642)

近年來(lái)，黨中央與國(guó)務(wù)院高度重視農(nóng)村生態(tài)與人居環(huán)境建設(shè)，以2018年2月頒布的《農(nóng)村人居環(huán)境整治三年行動(dòng)方案》為代表，為農(nóng)村生活污水治理工作做出了眾多重大部署。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局公布的數(shù)據(jù)，截至2019年我國(guó)的城鎮(zhèn)化率為60.6%，仍有近四成人口生活在農(nóng)村[1]。在城鄉(xiāng)間經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人口流動(dòng)的大背景下，我國(guó)的農(nóng)村生活污水技術(shù)需要與時(shí)俱進(jìn)，探索因地制宜的技術(shù)路線。我國(guó)國(guó)土廣闊，不同地域之間的地形、氣候條件相差巨大，各區(qū)域農(nóng)村的人口數(shù)量、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、生活習(xí)俗間皆存在一定差異，使得各地域內(nèi)農(nóng)村生活污水的產(chǎn)生量、水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、排放標(biāo)準(zhǔn)等皆有所不同。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)各地域的自然條件，對(duì)地域內(nèi)農(nóng)村生活污水的產(chǎn)生特征進(jìn)行對(duì)比分析，并針對(duì)現(xiàn)行的各大主流農(nóng)村污水處理技術(shù)，對(duì)各項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)不同地區(qū)農(nóng)村的應(yīng)用條件進(jìn)行簡(jiǎn)單的討論，以期為我國(guó)探索因地制宜的農(nóng)村生活污水處理技術(shù)提供參考借鑒。

1 我國(guó)農(nóng)村污水處理的區(qū)域特征

根據(jù)住房及城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)的《分地區(qū)農(nóng)村污水處理技術(shù)指南》，我國(guó)的農(nóng)村生活污水處理工作被劃分為六大區(qū)域：東北、華北、西北、中南、東南、西南[2]。六大區(qū)域適用本地化的生活污水水質(zhì)參考指標(biāo)，是農(nóng)村污水處理設(shè)施建設(shè)的基本參考。各區(qū)域的農(nóng)村污水產(chǎn)生特點(diǎn)與面臨的主要問(wèn)題見(jiàn)以下分析。

1.1 東北地區(qū)

我國(guó)東北地區(qū)一般指狹義上的東北三省(黑龍江、吉林、遼寧)及廣義上的內(nèi)蒙古東五盟區(qū)域。地區(qū)整體位于中溫帶和寒溫帶，屬溫帶季風(fēng)氣候，夏季溫和多雨，冬季寒冷干燥。地形條件以廣闊的東北平原為主，也分布有大小興安嶺、長(zhǎng)白山脈、遼東丘陵等山地丘陵地帶。東北地區(qū)農(nóng)村多在經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)，村屯分布疏散，污水處理水平較低，如吉林省2018年只有4.9%的農(nóng)村建設(shè)了集中或部分集中處理設(shè)施[3]。受冬季寒冷氣候影響，東北地區(qū)農(nóng)村污水的日平均排放量較少，水中氮、磷的含量較高，極寒氣候會(huì)大大制約污水處理生化過(guò)程的效率[4]。因而，東北地區(qū)的污水處理技術(shù)選擇應(yīng)以低溫適應(yīng)性、低成本、易維護(hù)、高除氮磷效率為主要考慮目標(biāo)。

1.2 華北地區(qū)

華北地區(qū)主要指華北平原一帶的北京、天津、內(nèi)蒙古、河北、山西、山東、河南等省市的大部分地區(qū)。整體屬于溫帶季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥。地形以平原為主，水資源較為緊缺。華北地區(qū)是我國(guó)的主要農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)，農(nóng)村人口密集，村落眾多，污水產(chǎn)生量巨大，但人均污水產(chǎn)量少于南方地區(qū)[5]。地區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較為不平衡，一些干旱地區(qū)的基礎(chǔ)配套設(shè)施相對(duì)落后，亂排現(xiàn)象常見(jiàn)，部分農(nóng)村的污水處理水平較低，出水中有機(jī)物、氮、磷、懸浮物等指標(biāo)較高[6]。華北地區(qū)全年整體較為干旱，降水往往集中在夏季，污水處理技術(shù)的選擇應(yīng)重點(diǎn)考慮水資源的循環(huán)調(diào)配。

1.3 西北地區(qū)

西北地區(qū)主要包括新疆、青海、甘肅、寧夏、陜西等省份的大部分地區(qū)。區(qū)域內(nèi)主要為中溫帶和暖溫帶大陸性氣候，局部為溫帶季風(fēng)氣候，整體較為干旱，年均氣溫偏低。地形以高原、山地和荒漠為主，人口主要聚集在河套平原及綠洲處。西北地區(qū)的農(nóng)村傳統(tǒng)上生活用水量較少，大部分村莊仍在使用旱廁，缺乏人工排水系統(tǒng)。且由于農(nóng)村人口流失程度較大，許多污水處理設(shè)施難以正常運(yùn)行[7]。對(duì)于西北部干旱地區(qū)，污水處理設(shè)施應(yīng)盡量采用經(jīng)濟(jì)適用、簡(jiǎn)單化的技術(shù)路線[8]。

1.4 東南地區(qū)

東南地區(qū)主要是我國(guó)東南部沿海的各省份，東南丘陵貫穿整個(gè)區(qū)域，內(nèi)部河流密布，農(nóng)村通常分布在山間河谷地帶。整體基本屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨，冬季溫和濕潤(rùn)。東南沿海地區(qū)的農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不均衡，長(zhǎng)三角、珠三角地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，農(nóng)村人口密度較大，水環(huán)境污染與水質(zhì)性缺水問(wèn)題明顯。福建、廣東、海南等省份存在較大面積的欠發(fā)達(dá)山區(qū)，農(nóng)村人口眾多，且丘陵地帶建設(shè)污水管網(wǎng)的成本偏高，早期普遍將污水直排河道?？紤]到東南地區(qū)的農(nóng)村水環(huán)境問(wèn)題與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平差異，實(shí)踐中應(yīng)選擇有針對(duì)性的污水處理技術(shù)。

1.5 中南地區(qū)

中南地區(qū)指秦嶺-淮河線兩側(cè)的大部分區(qū)域，地域內(nèi)地形地貌高度復(fù)雜，山地、丘陵、平原普遍存在，河網(wǎng)密布，且大多位于重要水系。整體位于暖溫帶至中溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，夏季高溫多雨，冬季少雨。地域內(nèi)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較為不均衡，且由于位于習(xí)慣上的南北方交界，農(nóng)村生活習(xí)慣差異明顯。秦嶺-淮河線北側(cè)農(nóng)村往往有旱廁及堆肥習(xí)慣，污水產(chǎn)生量較少，可采用化糞池等較簡(jiǎn)單的處理技術(shù)。秦嶺-淮河線南側(cè)農(nóng)村多傍水而建，污水往往直接排入池塘等水體，適合采用人工濕地或利用現(xiàn)有池塘的多塘技術(shù)[9]。

1.6 西南地區(qū)

西南地區(qū)包括四川、貴州、云南、重慶、西藏、廣西等省市，區(qū)域跨度較大，地形以高原、山地、丘陵為主。區(qū)域內(nèi)氣候條件多樣，季風(fēng)氣候、高原氣候、高山寒帶氣候皆有存在。除地勢(shì)平緩的四川盆地自古以來(lái)便是農(nóng)業(yè)要地外，其他地域皆以山區(qū)農(nóng)村為主，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較為落后，居民傳統(tǒng)上的污水處理意識(shí)較為淡薄。隨著近年農(nóng)村旅游業(yè)發(fā)展，西南地區(qū)農(nóng)村的污水產(chǎn)生量快速增長(zhǎng)，對(duì)農(nóng)村地區(qū)污水處理基礎(chǔ)設(shè)施的配套建設(shè)的需求也與日俱增，適合根據(jù)人員聚集規(guī)模與地形地貌，采取相應(yīng)的分散式或集中式處理設(shè)施。

2 農(nóng)村污水處理技術(shù)的區(qū)域選擇

我國(guó)目前的村鎮(zhèn)污水處理模式包括分散處理、村落集中處理和納入城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)處理[10]。通常，單戶或幾戶的小型聚落適用分散式的小型污水處理設(shè)備或自然處理模式，較大的村落可建設(shè)村級(jí)污水處理站進(jìn)行集中處理，城鎮(zhèn)近郊村莊則可以將污水排入城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)，輸送至城鎮(zhèn)污水處理廠。

我國(guó)農(nóng)村的分布面積廣泛，但隨著城鎮(zhèn)化率的逐步上升，未來(lái)的農(nóng)村人口將大幅減少，農(nóng)村的污水處理技術(shù)勢(shì)必會(huì)朝著分散、小型、低成本、高效率的方向發(fā)展。盡可能利用現(xiàn)有自然條件，與環(huán)境融合的生態(tài)化污水處理技術(shù)，將是我國(guó)未來(lái)農(nóng)村污水處理設(shè)施建設(shè)的主要趨勢(shì)。本文針對(duì)分散式和集中式污水處理技術(shù)的特點(diǎn)，討論我國(guó)六大地區(qū)在技術(shù)路線上的差異。

2.1 分散式處理技術(shù)

分散式污水處理技術(shù)包括小型人工濕地、土地處理、穩(wěn)定塘、凈化沼氣池、小型一體化處理設(shè)備等。根據(jù)生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《農(nóng)村生活污水處理項(xiàng)目建設(shè)與投資技術(shù)指南》，常用的分散式處理技術(shù)的基本建設(shè)成本主要在1 500元/t～3 000元/t，但小型一體化處理設(shè)備的建設(shè)成本可達(dá)10 000元/t以上[11]。大部分分散式處理設(shè)施的處理規(guī)模在10 t/d以下，穩(wěn)定塘技術(shù)對(duì)較大規(guī)模的分散式污水較為適用。各項(xiàng)分散式污水處理技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)、建設(shè)成本及處理規(guī)模如表1所示。

表1 農(nóng)村生活污水分散式處理技術(shù)對(duì)比

在我國(guó)不同區(qū)域的工程實(shí)踐中，分散式污水處理技術(shù)的選擇應(yīng)考慮當(dāng)?shù)氐牡匦渭皻夂驐l件。我國(guó)北方地區(qū)普遍氣候干旱，水資源匱乏，污水排放量較小，適合采用土地滲濾、人工濕地、穩(wěn)定塘等生態(tài)處理技術(shù)。但考慮到北方地區(qū)，尤其是東北地區(qū)冬季寒冷，常規(guī)生態(tài)處理技術(shù)效果會(huì)受到一定影響，需要針對(duì)地域的氣候特征，對(duì)人工濕地、穩(wěn)定塘等設(shè)施進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。我國(guó)西北地區(qū)常年干旱，水資源貧乏，生態(tài)條件較為脆弱，居民用水量較少，適合化糞池或沼氣池處理，較大村莊可使用升流式厭氧生物濾池、溝式土地處理、低溫氧化塘等工藝，還可充分利用干旱地帶的廢棄塘或洼地進(jìn)行改造。

我國(guó)南方地區(qū)山地、丘陵眾多，河網(wǎng)密布，土地滲濾、人工濕地等技術(shù)可能會(huì)受到農(nóng)村現(xiàn)有地形、坡度等條件的制約。因而在分散式污水處理技術(shù)的選擇上，南方地區(qū)農(nóng)村適合考慮現(xiàn)有地形因素，開(kāi)發(fā)人工濕地、穩(wěn)定塘、化糞池、沼氣池、厭氧生物處理等技術(shù)單元的一體化復(fù)合工藝[12]，如湖北山區(qū)的人工濕地結(jié)合厭氧和跌水接觸氧化的復(fù)合處理工藝，云南滇池流域農(nóng)村的厭氧生物處理+人工濕地+氧化塘復(fù)合工程設(shè)施等。

2.2 集中式處理技術(shù)

常用的農(nóng)村污水集中式處理技術(shù)包括活性污泥法、氧化溝法、生物接觸氧化法、序批式活性污泥法(SBR)、膜生物反應(yīng)器法(MBR)、大型人工濕地法。根據(jù)《農(nóng)村生活污水處理項(xiàng)目建設(shè)與投資技術(shù)指南》編制組的調(diào)查，我國(guó)的農(nóng)村集中污水處理設(shè)施處理規(guī)模一般在500 m3/d以下，大部分設(shè)施服務(wù)的村落人口在5 000人以下。集中式污水處理設(shè)施的處理規(guī)模變化幅度較大，一般日處理量超過(guò)20 t時(shí)即可選用集中式處理技術(shù)，處理量最高可達(dá)2 500 t/d。SBR，MBR等新型技術(shù)的占地面積較小，操作管理方便，去除效率較高，且不需要配套建設(shè)沉淀池，是較有前途的農(nóng)村污水處理技術(shù)，但目前的投資建設(shè)成本仍偏高。各項(xiàng)集中式污水處理技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)、建設(shè)成本及處理規(guī)模如表2所示。

表2 農(nóng)村生活污水集中式處理技術(shù)對(duì)比

我國(guó)的東北、華北、東南等經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高的農(nóng)村地區(qū)已對(duì)集中式污水處理設(shè)施建設(shè)進(jìn)行了長(zhǎng)期的探索。東北地區(qū)冬季氣溫偏低，適宜采用針對(duì)高寒氣候改進(jìn)的生物處理、生態(tài)處理及多元復(fù)合工藝，如黑龍江省某農(nóng)村采用生物接觸氧化與雙層潛流人工濕地復(fù)合技術(shù)，成功應(yīng)對(duì)最低可達(dá)-35 ℃的極端氣溫[13]。華北及西北地區(qū)適合使用以人工濕地為核心的集中處理技術(shù)，并適當(dāng)加入維護(hù)較為簡(jiǎn)單的無(wú)動(dòng)力厭氧濾池進(jìn)行預(yù)處理。華南地區(qū)的水資源較為充沛，農(nóng)村居民產(chǎn)生的生活污水量較大，對(duì)于經(jīng)濟(jì)條件較好的區(qū)域，可以適當(dāng)使用SBR、MBR等占地面積較少，處理效率較高的技術(shù)。一般南方農(nóng)村則適合使用生物+生態(tài)處理工藝，如生物接觸氧化與人工濕地結(jié)合的技術(shù)[14]。對(duì)于依山傍水而建的村落，如果村莊附近有池塘，也可就地改造成人工濕地系統(tǒng)。

3 結(jié)語(yǔ)

相比于發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)的城鎮(zhèn)化率依然處于較低水平，全國(guó)依然廣泛分布著大量的農(nóng)村聚落。但隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的逐步加速，未來(lái)的數(shù)年間，農(nóng)村的人口結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)規(guī)模、生活習(xí)慣都將面臨巨大改變。我國(guó)大部分農(nóng)村在歷史上的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低，居民的生活習(xí)慣較為傳統(tǒng)，對(duì)于污水排放與處理的認(rèn)識(shí)較為淺薄，農(nóng)村污水長(zhǎng)期散亂排放，對(duì)我國(guó)水環(huán)境與水資源造成了一定影響。隨著農(nóng)村人口結(jié)構(gòu)的改變，對(duì)于部分位置偏僻、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較為落后、人口流失明顯的小型村落，農(nóng)村污水處理技術(shù)將朝著小型化、輕便化、低成本化的方向發(fā)展，適合推行沼氣池、穩(wěn)定塘、小型人工濕地等低成本技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)更高的農(nóng)村污水處理設(shè)施覆蓋率和更高的農(nóng)村污水處理率。而對(duì)于東北、華北、華東等地的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)，農(nóng)村污水更適合推行生物接觸氧化、MBR等占地面積小、處理效率更高的集中處理技術(shù)。

我國(guó)不同地區(qū)的地形、氣候、經(jīng)濟(jì)、生活習(xí)慣差異巨大，農(nóng)村污水技術(shù)的選取應(yīng)當(dāng)充分考慮各地的實(shí)際情況。尤其對(duì)于人工濕地這類簡(jiǎn)單、高效、適用范圍廣的生態(tài)處理技術(shù)而言，結(jié)合不同地域的地形及氣候特性進(jìn)行改造，可以最大發(fā)揮其功效，在全國(guó)范圍內(nèi)得到更好的推廣。