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引 言

截止2020年底，我國已完成15萬個行政村的農(nóng)村環(huán)境綜合整治，行政村生活污水治理率達到25.5%，農(nóng)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(nóng)村污水水質(zhì)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(shù)呈現(xiàn)多樣化。出水水質(zhì)好、低成本、便于維護的適用工藝技術(shù)成為農(nóng)村污水治理領(lǐng)域的研究重點。


因此，本文從農(nóng)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(shù)等方面進行了論述，并重點對常用處理工藝技術(shù)進行了對比探討，以期為農(nóng)村生活污水治理工藝技術(shù)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(nóng)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(nóng)村生活污水收集處理現(xiàn)狀

2.水質(zhì)


農(nóng)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(zhì)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(diào)研得出江蘇南部農(nóng)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(diào)研陜西南部農(nóng)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(nóng)村生活污水水質(zhì)波動范圍大，我國北方農(nóng)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(nóng)村生活污水水質(zhì)

3.水量


農(nóng)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(nóng)村生活污水水量波動大，全國農(nóng)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(nóng)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(nóng)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(nóng)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(nóng)戶雨污分流不完善、污水收集不完全是農(nóng)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(nóng)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(nóng)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(nóng)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(nóng)村污水收集處理模式

四、處理工藝技術(shù)

農(nóng)村生活污水處理技術(shù)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(shù)等。


1.預處理

預處理主要是指物理攔截、調(diào)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(nóng)村生活污水水量波動較大，一般需設置調(diào)節(jié)池，調(diào)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(shù)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(nèi)置式和外置式兩種，內(nèi)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(zhì)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(nóng)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(nóng)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(nóng)村生活污水，出水達到《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(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(nóng)村污水處理，處理負荷高，通過工藝調(diào)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(nóng)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(zhuǎn)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(nóng)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(zhì)更好。生物轉(zhuǎn)盤不需要曝氣措施，通過盤片的轉(zhuǎn)動將污水和空氣混合進行凈化，節(jié)能效果明顯。


王云權(quán)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(nóng)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(zhuǎn)盤處理農(nóng)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(nóng)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(nóng)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(zhì)保溫層組合人工濕地處理北方農(nóng)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(shù)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(nóng)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(nóng)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(nóng)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(shù)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(nèi)外獲得廣泛應用，李亞惠等采用農(nóng)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(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》(GB 5084-2005)的相關(guān)規(guī)定。


近年來污水微生物處理領(lǐng)域出現(xiàn)了很多革新的工藝技術(shù)。短程硝化反硝化技術(shù)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(shù)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(shù)對水質(zhì)、運行條件、環(huán)境參數(shù)要求較傳統(tǒng)工藝更嚴格，用于農(nóng)村污水處理領(lǐng)域有待進一步研發(fā)優(yōu)化。


6.組合工藝技術(shù)


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


綜上所述，農(nóng)村污水處理常見代表性工藝技術(shù)及優(yōu)缺點如表5所示。我國農(nóng)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(nóng)村生活污水處理設施水污染物地方排放標準。


現(xiàn)階段農(nóng)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(nóng)村污水處理技術(shù)的選用要充分滿足地方排放標準的要求。

表5 農(nóng)村污水處理常見代表性工藝技術(shù)優(yōu)缺點

結(jié) 語

農(nóng)村污水水質(zhì)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(shù)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(nóng)村污水處理模式和工藝技術(shù)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(zhì)優(yōu)、資源化是未來工藝技術(shù)研發(fā)的重點方向。

來源：農(nóng)村污水

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