引 言

截止2020年底，我國已完成15萬個行政村的農村環(huán)境綜合整治，行政村生活污水治理率達到25.5%，農村污水收集處理率遠低于城市，同時地區(qū)發(fā)展不平衡。


與城市相比，農村污水水質水量波動大，人口居住分散，排水體制和收集處理模式不一，處理工藝技術呈現(xiàn)多樣化。出水水質好、低成本、便于維護的適用工藝技術成為農村污水治理領域的研究重點。


因此，本文從農村生活污水的收集處理現(xiàn)狀、排水體制、收集處理模式、處理工藝技術等方面進行了論述，并重點對常用處理工藝技術進行了對比探討，以期為農村生活污水治理工藝技術選擇提供指導。

一、收集處理現(xiàn)狀

1.收率處理率


根據(jù)《中國城鄉(xiāng)建設統(tǒng)計年鑒》（2019），我國約有1.87萬個建制鎮(zhèn)，0.95萬個鄉(xiāng)，鎮(zhèn)鄉(xiāng)特殊區(qū)域462個，51.5萬個行政村，251.3萬個自然村，戶籍人口數(shù)9.67億。由表1可以看到，農村污水處理率整體較低，遠低于96.8%的城市污水處理率。

表1 農村生活污水收集處理現(xiàn)狀

2.水質


農村生活污水主要來源于糞尿、盥洗、淋浴、雜用等日常生活中產(chǎn)生的污水，水質指標范圍參考表2所示。其中糞尿沖廁等污水中含有的有機污染物和氮磷等營養(yǎng)鹽濃度較高，通常稱為黑水，其他稱為灰水。


黑水灰水可統(tǒng)一收集進行處理，也可分開收集處理，黑水富含的氮磷營養(yǎng)元素可以進行資源化回收利用。


調研得出江蘇南部農村生活污水污染物 COD、NH4+-N、TN、TP 日均排放量為58.3、3.6、 6.2 和 0.4 g/(人·d)。


調研陜西南部農村黑水的TN、TP 日均排放量為 101.0和11.0 g/(人·d)。由于生活習慣、用水器具、降雨、南北方差異等，農村生活污水水質波動范圍大，我國北方農村地區(qū)生活污水中污染物濃度明顯高于南方地區(qū)。

表2 農村生活污水水質

3.水量


農村污水排水量可根據(jù)用水量和排水系數(shù)設計計算，我國農村生活污水水量波動大，全國農村人均生活用水量為91.2L/（人?天），用水量參考范圍40~180L/（人?天），排水系數(shù)主要取決于排水衛(wèi)生設施的完善程度，取值范圍為0.4~0.8。


農村居住較為分散、地形復雜，目前用水器具和排水管網(wǎng)建設不完善，嚴重滯后，導致收集處理率較低。


研究發(fā)現(xiàn)農村污水排放量不規(guī)律、瞬時變化大，存在早上洗漱時間、中午午飯時間、晚上洗漱時間三個排水高峰；同時排水量季節(jié)性變化明顯，夏季排水量遠高于冬季，但夏季污水中污染物濃度低于冬季。

農村排水體制可分為合流制、截流制、分流制等，優(yōu)缺點和適用范圍見表3。只收集灰水的明渠可改造為生態(tài)溝渠。


原有合流制、截流制遠期要逐步改造為分流制，新建排水系統(tǒng)應采用分流制。


研究認為農戶雨污分流不完善、污水收集不完全是農村污水收集處理系統(tǒng)存在的主要問題，應從源頭進行雨污分流，對污水進行單獨收集處理。


污水排水管網(wǎng)分為重力式和非重力式（負壓收集管網(wǎng)），設計可參考《室外排水設計標準》（GB 50014-2021）。

表3 農村排水體制

三、收集處理模式

收集處理模式主要有分戶收集處理、村莊集中收集處理、納入城鎮(zhèn)管網(wǎng)、以及戶收集、村運輸、定點處理等模式，每種模式的常用處理方法、優(yōu)點及適用場景見表4。


其中前三種模式較為常見，第四種模式一般采用污水拉運車將每戶產(chǎn)生的生活污水收集后運送到定點的污水站進行處理，取代鋪設管網(wǎng)收集的方式，通常多個村共建一個污水處理站，形成戶收集-村運輸-定點處理模式，這種模式已經(jīng)在天津武清區(qū)、臨沂蘭山區(qū)等地得到應用。


范彬[10]以常熟市2012 年以后實施的農村污水治理工程研究得出，分戶收集處理、村莊集中收集處理、納入城鎮(zhèn)管網(wǎng)模式的年均成本分別為2334、2871 和2816元/戶。


利用人口居住離散距離、區(qū)域最 大人口密度等參數(shù)建立了人口分散度 Dr 計算模型，用于科學指導選擇不同農村污水收集處理模式。


收集處理模式的選擇應當根據(jù)水量、人口密度、居住離散度、地形、投資和運行成本等因素綜合考慮。

表4 農村污水收集處理模式

四、處理工藝技術

農村生活污水處理技術方法按照工藝流程可分為預處理、生化處理、深度處理等，按照采用的原理可分為活性污泥法、生物膜法、生態(tài)處理法等。本文將介紹預處理、活性污泥法、生物膜法、生態(tài)處理法、以及其他新工藝新技術等。


1.預處理

預處理主要是指物理攔截、調節(jié)、沉淀、隔油、氣浮、化糞池等措施。沖廁廢水后接化糞池，主要是攔截糞便、腐熟殺菌，一般采用三格化糞池或者雙翁漏斗式化糞池[12]。廚房廢水后可接隔油或者氣浮池[13]。由于農村生活污水水量波動較大，一般需設置調節(jié)池，調節(jié)池入口可設置柵網(wǎng)。


2.活性污泥法


活性污泥法是以活性污泥微生物為主體的處理方法，主要包括A2O工藝、氧化溝工藝、SBR工藝、MBR工藝及這些工藝的改進工藝、新工藝新技術等。


A2O工藝及其改進工藝包括倒置A2O，改良A2O，A/O，多級AO，AOA，UCT，分段進水工藝等。


氧化溝工藝主要包括奧貝爾氧化溝、卡羅塞爾氧化溝、以及其他改進型的氧化溝工藝等。氧化溝工藝運維管理方便，但占地面積大。


SBR工藝主要由進水、反應、沉淀、排水、閑置等時序組成，主要包括改良的MSBR工藝，循環(huán)式活性污泥法CASS工藝，間歇式循環(huán)延時曝氣活性污泥法ICEAS工藝，連續(xù)進出水時序交替切換的UNITANK工藝等。


SBR工藝運行靈活方便，但對設備自動化程度要求高。MBR工藝可分為內置式和外置式兩種，內置式MBR一般采用微濾膜，在好氧池后端可取代二沉池，污泥負荷高，大大減少生化池容積，外置式MBR一般在二沉池之后，可用超濾膜出水效果更好。


肖炘圻等采用A2O工藝處理喀斯特地區(qū)1000m3/d的鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水，九個月的連續(xù)運行數(shù)據(jù)表明該工藝對COD、NH4+-N、TN和TP的平均去除率分別為78. 39%、88. 36%、80. 16%和72. 75%，出水水質穩(wěn)定達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)的一級A標準。


谷靜麗等采用厭氧-氧化溝工藝處理河南省某農村鄉(xiāng)鎮(zhèn)3000 m3/d規(guī)模的小型污水處理廠， BOD5、COD、SS、NH4+-N、TP和TN去除率分別為93%、87%、93%、97%和64%，出水達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)的一級A標準。


文艷采用SBR處理農村污水實現(xiàn)了同步硝化反硝化脫氮，并具有耐沖擊負荷強，運行費用低，污染物去除率高等優(yōu)點。


熊曉麗等采用MBR工藝處理北京郊區(qū)農村生活污水，出水達到《城市污水再生利用城市雜用水水質》(GB/T18920-2002)標準，經(jīng)過消毒處理后可以作為雜用水回用。


活性污泥法用于農村污水處理，處理負荷高，通過工藝調整能夠同步去除有機物和氮磷，出水效果好，尤其A2O、A/O類工藝已經(jīng)廣泛應用于各種大中型的農村污水處理站或者一體化污水處理設備，但是存在污泥膨脹、定期排泥、運維管理相對復雜、運營成本較高等問題，所以活性污泥法一般用于村莊集中處理模式、水量規(guī)模較大、排放標準嚴格、有專人運營維護的情況。


3.生物膜法


生物膜法是以生物膜上微生物為主體的處理方法[36]，常見的生物膜法主要包括移動床生物膜反應器MBBR工藝、生物接觸氧化、曝氣生物濾池、生物轉盤等。


MBBR工藝通常采用聚丙烯、聚乙烯等制作的塑料環(huán)、球等作為微生物依附載體，氣水混合后成流化狀態(tài)，便于運維管理，廣泛用于農村污水處理以及城市污水廠提標改造。生物接觸氧化大多采用固定床填料，掛膜速度快。


曝氣生物濾池通常采用密度較大的陶粒、砂粒、火山巖等填料，除了生物膜的生化作用外，還有過濾作用，出水水質更好。生物轉盤不需要曝氣措施，通過盤片的轉動將污水和空氣混合進行凈化，節(jié)能效果明顯。


王云權等采用MBBR工藝處理云南某鎮(zhèn)一千人規(guī)模的村鎮(zhèn)污水，滿足COD去除率大于 60%、NH4+-N去除率要大于 50%的項目要求。


黃曉鳴等利用沸石填充的曝氣生物濾池處理農村污水，對COD和TN去除率分別為88.39%和72.17%。


張尊舉等研發(fā)填料型生物轉盤處理農村家庭生活污水，實現(xiàn)COD、NH4+-N、TN去除率為75%、85%、65%。


生物膜法用于農村污水處理，運維管理較為方便，廣泛用于各種污水處理站、一體化設備和凈化槽，有機物和脫氮效果較好，有除磷要求的情況下需增設輔助除磷等措施。


4.生態(tài)處理法


生態(tài)處理法主要是指人工濕地、生態(tài)塘、土地處理等。人工濕地分為潛流和表面流兩種類型，主要通過植物、微生物、以及濾料的吸附過濾去除污染物，北方農村污水采用人工濕地需考慮冬季低溫問題。


生態(tài)塘又稱氧化塘、穩(wěn)定塘，可用于微污染水或尾水處理，能耗低。土地處理主要通過土壤中的微生物以及滲濾作用去除污染物。


吳樹彪等采用改良的生物質保溫層組合人工濕地處理北方農村生活污水，在低溫條件下仍然保證系統(tǒng)正常運行，COD、BOD、NH4+-N、TP和TSS平均去除率分別為93.0%、96.0%、88.4%、87.7%和97.0%。


吉祝美等通過穩(wěn)定塘浮床技術實現(xiàn)COD、NH4+-N、TN、TP等指標高于55%、70%、80%、75%的去除率。


姜廷亮等采用人工快滲處理農村生活污水，出水優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級B標準，年削減COD、TN、TP分別約為98 kg、31 kg、4 kg,運行成本約0.2元/噸水。


生態(tài)處理法用于農村污水的優(yōu)點是能耗低、生態(tài)可持續(xù)，具有景觀效果，缺點是處理負荷較低，占地面積大。生態(tài)處理法用于農村污水處理，可作為生化出水后的深度處理，進一步去除污染物。

5.其他技術方法


源分離是指在源頭將糞便和尿液分開收集處理以實現(xiàn)氮磷等資源回收的方法，尿液與糞便分離器等已在國內外獲得廣泛應用，李亞惠等采用農戶庭院型生態(tài)工藝原位處理源分離后的洗滌廢水，出水均符合《農田灌溉水質標準》(GB 5084-2005)的相關規(guī)定。


近年來污水微生物處理領域出現(xiàn)了很多革新的工藝技術。短程硝化反硝化技術將硝化控制在產(chǎn)亞硝酸鹽階段，節(jié)省了曝氣能耗和碳源需求。


反硝化除磷“一碳兩用”利用反硝化聚磷菌在缺氧段同時進行反硝化脫氮和缺氧吸磷，大大節(jié)省了反硝化碳源和好氧吸磷能耗。


厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮技術無需碳源、污泥產(chǎn)率系數(shù)低、部分硝化和低DO更加節(jié)省能耗[52]。這些新工藝新技術對水質、運行條件、環(huán)境參數(shù)要求較傳統(tǒng)工藝更嚴格，用于農村污水處理領域有待進一步研發(fā)優(yōu)化。


6.組合工藝技術


在實際應用中，農村污水處理可采用單獨的處理工藝技術，但更多情況下通常采用組合工藝技術，用于去除各種不同污染物實現(xiàn)出水水質達標。


常見的有預處理+活性污泥法、預處理+生物膜法、預處理+生態(tài)處理法、活性污泥法+生物膜法、活性污泥法+生態(tài)處理法、生物膜法+生態(tài)處理法等多種不同組合工藝。


王翔宇等采用太陽能微動力A2O+潛流人工濕地組合工藝處理安徽某農村生活污水，出水穩(wěn)定達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)一級A標準。


吳召富等采用淹沒式生物膜-穩(wěn)定塘組合技術處理農村生活污水可滿足中水回用標準。呂錫武等采用厭氧/跌水充氧接觸氧化/水生蔬菜型人工濕地組合工藝處理農村生活污水，在低能耗的條件下實現(xiàn)污染物深度去除。


張增勝等用生物凈化槽/強化生態(tài)浮床工藝處理農村生活污水，具有占地少，造價低，易于維護管理等優(yōu)點。


胡明等[57]引入了費用-效益分析法( CBA)、多準則決策法( MCDM)、生命周期評價( LCA)、數(shù)據(jù)包絡分析法( DEA)、模糊評價( Fuzzy)、技術經(jīng)濟評價、可拓評價、集對分析評價等，用于科學的評價和指導農村污水處理工藝技術的選擇。


綜上所述，農村污水處理常見代表性工藝技術及優(yōu)缺點如表5所示。我國農村生活污水治理行業(yè)從本世紀初開始起步，歷經(jīng)十幾年的快速發(fā)展，目前已經(jīng)進入全面發(fā)展階段。


截止2021年，全國共有31個省級行政區(qū)劃先后制定發(fā)布了農村生活污水處理設施水污染物地方排放標準。


現(xiàn)階段農村污水處理不再設置統(tǒng)一的國家排放標準，地方排放標準根據(jù)各地實際情況都因地制宜的進行了科學合理的標準分級。農村污水處理技術的選用要充分滿足地方排放標準的要求。

表5 農村污水處理常見代表性工藝技術優(yōu)缺點

結 語

農村污水水質水量波動大，分布較為分散，經(jīng)濟條件較差，污水處理工藝技術的選擇要因地制宜。


活性污泥法處理負荷高，能夠同步去除有機物和氮磷，出水效果好，但是運維管理相對復雜、運營成本較高，一般用于村莊集中處理模式、水量規(guī)模較大、排放標準嚴格的情況。


生物膜法有機物和脫氮效果較好，運維管理較為方便，廣泛用于各種污水處理站、一體化設備和凈化槽，有除磷要求的還需增加輔助除磷等措施。生態(tài)處理法能耗低、生態(tài)可持續(xù)，但處理負荷較低，占地面積大。


農村污水處理模式和工藝技術要根據(jù)處理規(guī)模、排放標準、成本和運維管理等因素綜合評估后選擇。低成本、便于維護、出水水質優(yōu)、資源化是未來工藝技術研發(fā)的重點方向。

來源：農村污水

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