農村生活污水現狀及處理技術研究分析

        大部分的村莊缺乏完善的排水渠道和污水處理系統，隨意排放的生活污水對農村的生態環境造成嚴重污染，不僅對地下水造成嚴重威脅，而且引起湖泊氮、磷富營養化，甚至可能導致黑臭水體的產生。因此，加強農村生活污水治理十分迫切。

        隨著我國農村居民生活水平的迅速提高，使得農村生活污水的排放也在不斷增加。針對農村生活污水的特征，結合當地經濟社會情況，因地制宜地采用不同的農村生活污水分散式技術是解決農村水體環境污染問題的關鍵所在，也是改善農村生態環境的必要措施。“十三五”規劃提出了“圍繞城鄉發展一體化，深入推進新農村建設”的歷史任務，并指出需加大農村污水處理和改廁力度，全面推進農村人居環境整治。基于此，本文通過綜述目前國內外分散式生活污水處理技術，以期能夠探尋到適合我國農村地區生活污水分散處理的技術。

農村生活污水處理情況

        近年來，我國對環境問題的高度重視，污水的處理率不斷提高。住建部統計數據顯示，到2013年年底，我國城市污水處理率已達89.34%，縣城的污水處理率達78.47%，對生活污水進行處理的建制村僅為5.1%。目前，僅上海市的農村污水處理取得一定成果，處理率達43%，為全國最高。導致我國農村生活污水處理困難的原因主要有：

        1)農村生活污水成分日益復雜，水質水量波動大，難以正確評估生活污水的污染負荷從而影響到污水處理方案的合理設計以及處理工藝的正確選擇;

        2)農村居民環保意識薄弱，農村地區經濟實力不一、地理條件各異，污水處理技術的選擇受多方面因素的制約;

        3)我國農村人口居住相對分散獨立，人口基數大、規模小、密度低。

        綜上，農村生活污水處理不能效仿城市，應當選擇規模小，成本和運行費低，管理維護簡單方便的技術。

農村生活污水特點

        由于農村人口居住分散，使得農村生活污水具有以下特點：

        1)總量大且不斷增加，環境污染嚴重。隨著我國新農村建設飛速發展，農村地區生產、生活污水的排放量也不斷增長。據統計，2010年我國農村污水排放量約為90×108t，預計到2017年，我國農村污水排放量將達到148×108t。污水任意排放導致農村地區河網以及地下水水質持續快速惡化，農灌溝渠及農村河道水環境普遍為劣Ⅴ類，甚至許多河渠達不到農灌水質標準的要求。

        2)有機物含量高。農村生活污水主要是農村居民生活當中產生的廚房污水、洗滌用水及廁所沖水，其中COD、氮磷、懸浮物及病菌等為主要污染物，氨氮、總氮、總磷等污染指標濃度總體較高。

        3)水質水量波動大，粗放型排放。按照農村生活規律，污水明顯表現為間歇排放且日變化系數較大，一般可達3.0～5.0，污水排放有著明顯的早中晚三峰特征或早晚雙峰特征;同時受作物生長、地理環境、氣候等多種因素的影響，不同農村地區不同季節排放的水質水量均不同。另外，由于農村污水排放管網不完善，農村生活污水一般為粗放型排放，排放量小且分散。

農村生活污水處理技術

        20世紀80年代末，我國開始從事農村生活污水處理的研究工作。近年來，越來越多的污水處理技術在我國農村得到了應用和發展。目前，國內外現有的適用于分散式生活污水的工藝(見圖1)可分為一體化處理系統和分步處理系統，其中分步處理系統又可分為初級處理工藝和主體處理工藝。初級處理主要用于去除部分固體懸浮物。主體處理工藝主要用于去除N、P和部分有機物。

土壤滲濾處理技術

        土壤滲濾處理技術是利用土壤-植物-微生物復合生態系統，通過土壤的吸附、微生物的降解、植物的吸收作用，使污水得到凈化的一種處理方法。目前，土壤滲濾處理技術主要分為慢速滲濾系統、快速滲濾系統、地下滲濾系統3種類型。

土壤慢速滲濾系統

        土壤慢速滲濾系統是將廢水緩慢投配到種植作物的土壤表面，廢水在流經地表土壤-植物系統時得到充分凈化的一種土地處理系統，但其水力負荷較小，處理污水能力有限。研究表明通過改進布水排水設施能提高土壤慢速滲濾系統的去除率。研究優化傳統土地慢速滲濾處理系統的布水排水措施，使系統對TN、TP、COD、TOC、NH4+-N的平均去除率分別達80.7%、89.2%、89.5%、60.2%、85.7%。通過增大水力負荷，改進排水設施，使得慢速滲濾土地處理系統出水水質優良，除TN外各指標濃度達到地表水環境質量標準(GB3838-2002)III類水質標準。

        同時，土壤滲濾系統對高濃度污水也有很好的去除效果。開展高濃度較養豬廢水的土壤慢速滲濾系統處理效果研究，結果表明，系統對TN的去除率達80.2%，對TP、COD去除率均在90%以上。

土壤快速滲濾系統

        土壤快速滲濾系統是將一定量的污水投配到滲濾性良好的土壤表面，向下滲透過程中，污水通過生物過濾、沉淀、氧化、硝化、反硝化等一系列作用從而得到凈化。北京昌平快速滲濾池運行穩定時對COD、NH4+-N、SS、BOD5、TN、TP去除率分別為91.5%、85.6%、98%、95.3%、83.2%、69%。此外，迅速發展起來的人工快速滲濾系統利用滲透性能好的天然河砂和特殊填料，代替了傳統滲濾系統中的天然土層，提高水力負荷，減少占地面積，提高系統的富氧能力以及對污染物的去除效果。

        針對包氣帶進行研究，得出人工快速滲濾系統包氣帶對COD以及NH4+-N有很好的去除效果。對人工快速滲濾系統的研究，發現濾池出水水質穩定、良好，NH4+-N和SS的去除率在90%以上。但是，人工快速滲濾系統易受季節、溫度等因素影響。對不同季節下人工快速滲濾系統進行研究，結果表明，在夏季高溫時，系統對地表微污染水的凈化效果較好，對COD和NH4+-N的平均去除率分別為45%和65%;在冬季低溫時，對COD和NH4+-N的平均去除率只有20%和60%。

土壤地下滲濾系統

        土壤地下滲濾系統布水設施埋于地下，不影響地面景觀，受天氣影響小。研究地下土壤滲濾系統對農村生活污水去除效果，發現系統對BOD、COD、TN、SS的去除率分別為82.9%、78.2%、69.8%、82.8%。將地下土壤滲濾系統應用于澳大利亞農村生活污水的處理，試驗表明系統對BOD、COD、TN、SS、TP的去除率分別為84.7%、86%、59.4%、77%、83.8%。液壓加載率和污染物加載速率會影響土壤滲濾系統處理效果。研究發現土壤地下滲濾系統的對污染物的去除率會隨液壓加載率和污染物加載速率增加而下降。

        綜上可見，土壤滲濾系統具有工藝簡單、去除率高等特點，適合于我國農村生活污水處理。

一體化處理系統

        一體化污水處理設備是集污水預處理、二級處理和深度處理設備于一體的中小型污水處理技術裝置。目前應用較為廣泛的有接觸氧化反應器、氣升回流一體化裝置、凈化槽處理系統等。

        探討將土地滲濾和生物接觸氧化裝置組合而成的一體化污水處理工藝，對TN、TP等污染物的去除率在 80% 以上，并在上海寶山區、崇明縣等郊區農村得到廣泛應用。研究開發的氣升回流式一體化接觸氧化反應器，將原有裝置的TN利用曝氣實現硝化液回流、強化脫氮，將TN 去除率增加了5%～20%。針對分散型生活污水處理改進氣升回流一體化工藝，改變好氧區、厭氧區和沉淀區的容積比，發現系統對COD、NH4+-N、TN 的去除率分別可達80%、90% 和60%。

        凈化槽處理系統是起源于日本的一種小型一體化生活污水處理裝置，目前有66%的日本人使用該技術對污水進行凈化。國內引進、改造后凈化槽，獲得較好的處理效果。在日本凈化槽的基礎上，將膜式凈化槽系統在浙江示范應用。系統對 COD、BOD5、NH4+-N、TP和SS的平均去除率分別為 83.64%、84.46%、97.94%、94.13%和93.95%，處理后出水達到城鎮污水處理廠污染物排放標準(GB 18918-2002)規定的一級 A 標準。

穩定塘處理技術

        穩定塘是一種經過人工適當修整后設圍堤和防滲層，主要通過微生物降解、沉降、轉化、截濾等作用去除污染物。其對NH4+-N的去除易受環境溫度、pH等因素影響，表現為溫度和pH較高時，硝化/反硝化以及NH4+-N的揮發作用是TN的主要去除機制，若在冬季低溫時，NH4+-N揮發作用則會受到抑制。穩定塘對P的去除主要是水生植物吸收和底泥對P的吸附/解吸等多種機制的共同作用。缺點是占地面積大、水力停留時間長、散發臭味、處理效果不穩定等。李懷正等通過縮短曝氣穩定塘的曝氣周期，提高系統的去氮除磷效果。針對嚴寒地區農村生活污水提出凹凸棒土-穩定塘模式，試驗得COD、NH4+-N、TP的平均去除率分別為 91.5%、87.7%、84.1%，改進后的穩定塘，對污染物去除率顯著提高。

        利用菌藻共生關系也是穩定塘改進的方向之一。美國加州大學伯克利分校的Oswald制作了一種高效藻類塘，試驗發現高效藻類塘對COD、BOD、NH4+-N、TN、TP的去除率分別為75%、60%、92%、75%、50%，同時相對于傳統穩定塘，高效藻類塘具有占地面積小、停留時間對較短、運行成本低等優點，應用前景廣闊。

人工濕地處理技術

        人工濕地處理系統是利用人工介質、植物、微生物的物理、化學、生物三重協同作用對污水進行處理的一種技術。其基本要素為濕地基質、植物和微生物，三者對污染物的轉化與去除至關重要，其對廢水污染物的去除效率相對較低，尤其是對污染物中的N、P。人工濕地對N的去除主要途徑為硝化和反硝化作用，一般N的去除率在35%～50%之間。但由于人工濕地有限的溶解氧和缺乏生物碳源，因此很難提高N的去除率。增加水體中的溶解氧可以改善人工濕地對N的去除效果，如將人工濕地與藻塘結合。將垂直流人工濕地與藻塘進行組合試驗，在低溫條件下的水體中污染物去除效果明顯提高，其原因是藻類的光合作用增加了組合系統的溶解氧含量，同時藻類為微生物提供額外的生物碳源，從而提高了整個系統對N的去除效率。

        植物是人工濕地的核心之一，有無植物明顯影響人工濕地系統處理效果。研究對比有無植物的兩種人工濕地系統，結果表明有植物的濕地系統對TN、TP、BOD的去除率明顯高于無植物的濕地系統。同時，濕地植物應選擇去污效果強、根系發達、生長季節長的植物，應將植物合理搭配，以提高人工濕地的凈化能力。將蘆葦、美人蕉和風車草3種植物進行不同組合試驗表明多種植物組合去污效果明顯高于單一植物。

蚯蚓生物濾池技術

        蚯蚓生物濾池技術，是近年來新起的一項生態型污水處理技術。其原理是根據蚯蚓具有提高土壤通氣透水性能和促進有機物的分解轉化等功能，利用蚯蚓和微生物的協同共生作用對污水污泥進行處理和轉化。與普通的生物濾池相比，蚯蚓生物濾池利用蚯蚓的活動來增加濾層的通透性，同時加強對有機物的分解，彌補了傳統生物濾池運行過程中污泥易堵塞的缺點。將河床材料作為主要濾料構建起蚯蚓生態濾池，結果發現BOD5、TSS、TDSS的去除率均在80%以上。考察了不同布水條件下蚯蚓生態濾池對生活污水處理效果，發現濾池在不同布水條件下對污染物均有較高的去除率，對COD、NH4+-N、TN 和 TP去除率分別為 84%～94%、94%～98%、70%～84%和 97%～98%。對蚯蚓生態濾池處理太湖農村生活污水進行試驗研究，通過強制系統通風、改進蚯蚓床填料、采用適宜的運行方式等措施優化濾池，系統對COD、TN、TP以及NH4+-N的去除率分別達81%、66%、89%和82%。

        蚯蚓喜歡生活在溫暖的環境中，在0～5℃休眠，32℃以上停止生長，適宜溫度為15～30℃，因此溫度和季節變化對于單一的蚯蚓生態濾池影響較大。研究不同季節多級蚯蚓生態濾池對于農村生活污水處理效果，試驗表明，多級蚯蚓生態濾池在夏季和冬季去污效果都較好，出水水質均達GB18918-2002一級A類標準。將水生植物引入蚯蚓生態濾池并探討不同季節對蚯蚓生態濾池凈化效果的影響，濾池對COD、總氮、氨氮和總磷的最大去除率分別為93.88%、83.92%、98.11%和94.14%。上述研究表明蚯蚓生態濾池作為處理農村生活污水的一種新工藝，具有去污效果好、工藝流程簡單、等優點，有良好的應用前景。

        隨著新農村的建設，農村環境治理被提上日程。“水污染防治行動計劃”明確指出，要大力推進農業農村污染防治，防治畜禽養殖污染，控制農業面源污染，到2020年，新增完成環境綜合整治的建制村13萬個。中國農村生活污水處理起步較晚，主要是在借鑒國外先進的技術，還應根據我國農村實際情況選擇適合，低成本，管理方便，綠色環保的污水處理系統。綜上有以下幾點建議：

        1)建立完善的污水收集系統。由于缺乏環境保護意識以及缺少管網設施的粗放式排放污水已經嚴重惡化村民的生活環境，甚至對地表以及地下水造成污染，從而危及人們的健康。因此污水收集系統的完善必不可少。可考慮對生活污水進行分類收集，例如：由于農村生活污水主要成分為N、P等元素，收集后可農用，灰水收集經處理后可作為中水回或直接排放，以降低處理成本。

        2)合理選擇污水處理技術。總體上，根據我國農村人口密度低，居住分散的特點，得出我國農村適合選用分散式生活污水處理技術;其次，不同農村地區的情況又各有不同，因此，因地制宜選擇最適合的污水處理技術尤為關鍵。可對該地區的地理位置，經濟條件，污染情況做出評估，綜合分析，參考本文所提及的分散式污水處理技術進行選擇。

        3)加強污水處理技術的應用研究。目前的污水處理技術都存在不同程度的缺陷，未來應加強對污水處理技術更深層次的研究，由于單一的污水處理技術有各自的缺陷，因此，也可考慮將不同的技術合理組合，綜合發揮各自效用，相互彌補不足，提高污水處理效率。