農(nóng)村生活污水現(xiàn)狀及處理技術(shù)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(tǒng)，隨意排放的生活污水對(duì)農(nóng)村的生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，不僅對(duì)地下水造成嚴(yán)重威脅，而且引起湖泊氮、磷富營養(yǎng)化，甚至可能導(dǎo)致黑臭水體的產(chǎn)生。因此，加強(qiáng)農(nóng)村生活污水治理十分迫切。

        隨著我國農(nóng)村居民生活水平的迅速提高，使得農(nóng)村生活污水的排放也在不斷增加。針對(duì)農(nóng)村生活污水的特征，結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)情況，因地制宜地采用不同的農(nóng)村生活污水分散式技術(shù)是解決農(nóng)村水體環(huán)境污染問題的關(guān)鍵所在，也是改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境的必要措施。“十三五”規(guī)劃提出了“圍繞城鄉(xiāng)發(fā)展一體化，深入推進(jìn)新農(nóng)村建設(shè)”的歷史任務(wù)，并指出需加大農(nóng)村污水處理和改廁力度，全面推進(jìn)農(nóng)村人居環(huán)境整治。基于此，本文通過綜述目前國內(nèi)外分散式生活污水處理技術(shù)，以期能夠探尋到適合我國農(nóng)村地區(qū)生活污水分散處理的技術(shù)。

農(nóng)村生活污水處理情況

        近年來，我國對(duì)環(huán)境問題的高度重視，污水的處理率不斷提高。住建部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，到2013年年底，我國城市污水處理率已達(dá)89.34%，縣城的污水處理率達(dá)78.47%，對(duì)生活污水進(jìn)行處理的建制村僅為5.1%。目前，僅上海市的農(nóng)村污水處理取得一定成果，處理率達(dá)43%，為全國最高。導(dǎo)致我國農(nóng)村生活污水處理困難的原因主要有：

        1)農(nóng)村生活污水成分日益復(fù)雜，水質(zhì)水量波動(dòng)大，難以正確評(píng)估生活污水的污染負(fù)荷從而影響到污水處理方案的合理設(shè)計(jì)以及處理工藝的正確選擇;

        2)農(nóng)村居民環(huán)保意識(shí)薄弱，農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)實(shí)力不一、地理?xiàng)l件各異，污水處理技術(shù)的選擇受多方面因素的制約;

        3)我國農(nóng)村人口居住相對(duì)分散獨(dú)立，人口基數(shù)大、規(guī)模小、密度低。

        綜上，農(nóng)村生活污水處理不能效仿城市，應(yīng)當(dāng)選擇規(guī)模小，成本和運(yùn)行費(fèi)低，管理維護(hù)簡單方便的技術(shù)。

農(nóng)村生活污水特點(diǎn)

        由于農(nóng)村人口居住分散，使得農(nóng)村生活污水具有以下特點(diǎn)：

        1)總量大且不斷增加，環(huán)境污染嚴(yán)重。隨著我國新農(nóng)村建設(shè)飛速發(fā)展，農(nóng)村地區(qū)生產(chǎn)、生活污水的排放量也不斷增長。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年我國農(nóng)村污水排放量約為90×108t，預(yù)計(jì)到2017年，我國農(nóng)村污水排放量將達(dá)到148×108t。污水任意排放導(dǎo)致農(nóng)村地區(qū)河網(wǎng)以及地下水水質(zhì)持續(xù)快速惡化，農(nóng)灌溝渠及農(nóng)村河道水環(huán)境普遍為劣Ⅴ類，甚至許多河渠達(dá)不到農(nóng)灌水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

        2)有機(jī)物含量高。農(nóng)村生活污水主要是農(nóng)村居民生活當(dāng)中產(chǎn)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(biāo)濃度總體較高。

        3)水質(zhì)水量波動(dòng)大，粗放型排放。按照農(nóng)村生活規(guī)律，污水明顯表現(xiàn)為間歇排放且日變化系數(shù)較大，一般可達(dá)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(shí)受作物生長、地理環(huán)境、氣候等多種因素的影響，不同農(nóng)村地區(qū)不同季節(jié)排放的水質(zhì)水量均不同。另外，由于農(nóng)村污水排放管網(wǎng)不完善，農(nóng)村生活污水一般為粗放型排放，排放量小且分散。

農(nóng)村生活污水處理技術(shù)

        20世紀(jì)80年代末，我國開始從事農(nóng)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(shù)在我國農(nóng)村得到了應(yīng)用和發(fā)展。目前，國內(nèi)外現(xiàn)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(tǒng)和分步處理系統(tǒng)，其中分步處理系統(tǒng)又可分為初級(jí)處理工藝和主體處理工藝。初級(jí)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(jī)物。

土壤滲濾處理技術(shù)

        土壤滲濾處理技術(shù)是利用土壤-植物-微生物復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，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(shù)主要分為慢速滲濾系統(tǒng)、快速滲濾系統(tǒng)、地下滲濾系統(tǒng)3種類型。

土壤慢速滲濾系統(tǒng)

        土壤慢速滲濾系統(tǒng)是將廢水緩慢投配到種植作物的土壤表面，廢水在流經(jīng)地表土壤-植物系統(tǒng)時(shí)得到充分凈化的一種土地處理系統(tǒng)，但其水力負(fù)荷較小，處理污水能力有限。研究表明通過改進(jìn)布水排水設(shè)施能提高土壤慢速滲濾系統(tǒng)的去除率。研究優(yōu)化傳統(tǒng)土地慢速滲濾處理系統(tǒng)的布水排水措施，使系統(tǒng)對(duì)TN、TP、COD、TOC、NH4+-N的平均去除率分別達(dá)80.7%、89.2%、89.5%、60.2%、85.7%。通過增大水力負(fù)荷，改進(jìn)排水設(shè)施，使得慢速滲濾土地處理系統(tǒng)出水水質(zhì)優(yōu)良，除TN外各指標(biāo)濃度達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

        同時(shí)，土壤滲濾系統(tǒng)對(duì)高濃度污水也有很好的去除效果。開展高濃度較養(yǎng)豬廢水的土壤慢速滲濾系統(tǒng)處理效果研究，結(jié)果表明，系統(tǒng)對(duì)TN的去除率達(dá)80.2%，對(duì)TP、COD去除率均在90%以上。

土壤快速滲濾系統(tǒng)

        土壤快速滲濾系統(tǒng)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(yùn)行穩(wěn)定時(shí)對(duì)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(fā)展起來的人工快速滲濾系統(tǒng)利用滲透性能好的天然河砂和特殊填料，代替了傳統(tǒng)滲濾系統(tǒng)中的天然土層，提高水力負(fù)荷，減少占地面積，提高系統(tǒng)的富氧能力以及對(duì)污染物的去除效果。

        針對(duì)包氣帶進(jìn)行研究，得出人工快速滲濾系統(tǒng)包氣帶對(duì)COD以及NH4+-N有很好的去除效果。對(duì)人工快速滲濾系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)濾池出水水質(zhì)穩(wěn)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(tǒng)易受季節(jié)、溫度等因素影響。對(duì)不同季節(jié)下人工快速滲濾系統(tǒng)進(jìn)行研究，結(jié)果表明，在夏季高溫時(shí)，系統(tǒng)對(duì)地表微污染水的凈化效果較好，對(duì)COD和NH4+-N的平均去除率分別為45%和65%;在冬季低溫時(shí)，對(duì)COD和NH4+-N的平均去除率只有20%和60%。

土壤地下滲濾系統(tǒng)

        土壤地下滲濾系統(tǒng)布水設(shè)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(tǒng)對(duì)農(nóng)村生活污水去除效果，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)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(tǒng)應(yīng)用于澳大利亞農(nóng)村生活污水的處理，試驗(yàn)表明系統(tǒng)對(duì)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(huì)影響土壤滲濾系統(tǒng)處理效果。研究發(fā)現(xiàn)土壤地下滲濾系統(tǒng)的對(duì)污染物的去除率會(huì)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(tǒng)具有工藝簡單、去除率高等特點(diǎn)，適合于我國農(nóng)村生活污水處理。

一體化處理系統(tǒng)

        一體化污水處理設(shè)備是集污水預(yù)處理、二級(jí)處理和深度處理設(shè)備于一體的中小型污水處理技術(shù)裝置。目前應(yīng)用較為廣泛的有接觸氧化反應(yīng)器、氣升回流一體化裝置、凈化槽處理系統(tǒng)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(duì)TN、TP等污染物的去除率在 80% 以上，并在上海寶山區(qū)、崇明縣等郊區(qū)農(nóng)村得到廣泛應(yīng)用。研究開發(fā)的氣升回流式一體化接觸氧化反應(yīng)器，將原有裝置的TN利用曝氣實(shí)現(xiàn)硝化液回流、強(qiáng)化脫氮，將TN 去除率增加了5%～20%。針對(duì)分散型生活污水處理改進(jìn)氣升回流一體化工藝，改變好氧區(qū)、厭氧區(qū)和沉淀區(qū)的容積比，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)COD、NH4+-N、TN 的去除率分別可達(dá)80%、90% 和60%。

        凈化槽處理系統(tǒng)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(shù)對(duì)污水進(jìn)行凈化。國內(nèi)引進(jìn)、改造后凈化槽，獲得較好的處理效果。在日本凈化槽的基礎(chǔ)上，將膜式凈化槽系統(tǒng)在浙江示范應(yīng)用。系統(tǒng)對(duì) 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(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 18918-2002)規(guī)定的一級(jí) A 標(biāo)準(zhǔn)。

穩(wěn)定塘處理技術(shù)

        穩(wěn)定塘是一種經(jīng)過人工適當(dāng)修整后設(shè)圍堤和防滲層，主要通過微生物降解、沉降、轉(zhuǎn)化、截濾等作用去除污染物。其對(duì)NH4+-N的去除易受環(huán)境溫度、pH等因素影響，表現(xiàn)為溫度和pH較高時(shí)，硝化/反硝化以及NH4+-N的揮發(fā)作用是TN的主要去除機(jī)制，若在冬季低溫時(shí)，NH4+-N揮發(fā)作用則會(huì)受到抑制。穩(wěn)定塘對(duì)P的去除主要是水生植物吸收和底泥對(duì)P的吸附/解吸等多種機(jī)制的共同作用。缺點(diǎn)是占地面積大、水力停留時(shí)間長、散發(fā)臭味、處理效果不穩(wěn)定等。李懷正等通過縮短曝氣穩(wěn)定塘的曝氣周期，提高系統(tǒng)的去氮除磷效果。針對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)村生活污水提出凹凸棒土-穩(wěn)定塘模式，試驗(yàn)得COD、NH4+-N、TP的平均去除率分別為 91.5%、87.7%、84.1%，改進(jìn)后的穩(wěn)定塘，對(duì)污染物去除率顯著提高。

        利用菌藻共生關(guān)系也是穩(wěn)定塘改進(jìn)的方向之一。美國加州大學(xué)伯克利分校的Oswald制作了一種高效藻類塘，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)高效藻類塘對(duì)COD、BOD、NH4+-N、TN、TP的去除率分別為75%、60%、92%、75%、50%，同時(shí)相對(duì)于傳統(tǒng)穩(wěn)定塘，高效藻類塘具有占地面積小、停留時(shí)間對(duì)較短、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。

人工濕地處理技術(shù)

        人工濕地處理系統(tǒng)是利用人工介質(zhì)、植物、微生物的物理、化學(xué)、生物三重協(xié)同作用對(duì)污水進(jìn)行處理的一種技術(shù)。其基本要素為濕地基質(zhì)、植物和微生物，三者對(duì)污染物的轉(zhuǎn)化與去除至關(guān)重要，其對(duì)廢水污染物的去除效率相對(duì)較低，尤其是對(duì)污染物中的N、P。人工濕地對(duì)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(duì)N的去除效果，如將人工濕地與藻塘結(jié)合。將垂直流人工濕地與藻塘進(jìn)行組合試驗(yàn)，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(tǒng)的溶解氧含量，同時(shí)藻類為微生物提供額外的生物碳源，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)對(duì)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(tǒng)處理效果。研究對(duì)比有無植物的兩種人工濕地系統(tǒng)，結(jié)果表明有植物的濕地系統(tǒng)對(duì)TN、TP、BOD的去除率明顯高于無植物的濕地系統(tǒng)。同時(shí)，濕地植物應(yīng)選擇去污效果強(qiáng)、根系發(fā)達(dá)、生長季節(jié)長的植物，應(yīng)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(fēng)車草3種植物進(jìn)行不同組合試驗(yàn)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(shù)

        蚯蚓生物濾池技術(shù)，是近年來新起的一項(xiàng)生態(tài)型污水處理技術(shù)。其原理是根據(jù)蚯蚓具有提高土壤通氣透水性能和促進(jìn)有機(jī)物的分解轉(zhuǎn)化等功能，利用蚯蚓和微生物的協(xié)同共生作用對(duì)污水污泥進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)化。與普通的生物濾池相比，蚯蚓生物濾池利用蚯蚓的活動(dòng)來增加濾層的通透性，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)有機(jī)物的分解，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)生物濾池運(yùn)行過程中污泥易堵塞的缺點(diǎn)。將河床材料作為主要濾料構(gòu)建起蚯蚓生態(tài)濾池，結(jié)果發(fā)現(xiàn)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(tài)濾池對(duì)生活污水處理效果，發(fā)現(xiàn)濾池在不同布水條件下對(duì)污染物均有較高的去除率，對(duì)COD、NH4+-N、TN 和 TP去除率分別為 84%～94%、94%～98%、70%～84%和 97%～98%。對(duì)蚯蚓生態(tài)濾池處理太湖農(nóng)村生活污水進(jìn)行試驗(yàn)研究，通過強(qiáng)制系統(tǒng)通風(fēng)、改進(jìn)蚯蚓床填料、采用適宜的運(yùn)行方式等措施優(yōu)化濾池，系統(tǒng)對(duì)COD、TN、TP以及NH4+-N的去除率分別達(dá)81%、66%、89%和82%。

        蚯蚓喜歡生活在溫暖的環(huán)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(jié)變化對(duì)于單一的蚯蚓生態(tài)濾池影響較大。研究不同季節(jié)多級(jí)蚯蚓生態(tài)濾池對(duì)于農(nóng)村生活污水處理效果，試驗(yàn)表明，多級(jí)蚯蚓生態(tài)濾池在夏季和冬季去污效果都較好，出水水質(zhì)均達(dá)GB18918-2002一級(jí)A類標(biāo)準(zhǔn)。將水生植物引入蚯蚓生態(tài)濾池并探討不同季節(jié)對(duì)蚯蚓生態(tài)濾池凈化效果的影響，濾池對(duì)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(tài)濾池作為處理農(nóng)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(yōu)點(diǎn)，有良好的應(yīng)用前景。

        隨著新農(nóng)村的建設(shè)，農(nóng)村環(huán)境治理被提上日程。“水污染防治行動(dòng)計(jì)劃”明確指出，要大力推進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村污染防治，防治畜禽養(yǎng)殖污染，控制農(nóng)業(yè)面源污染，到2020年，新增完成環(huán)境綜合整治的建制村13萬個(gè)。中國農(nóng)村生活污水處理起步較晚，主要是在借鑒國外先進(jìn)的技術(shù)，還應(yīng)根據(jù)我國農(nóng)村實(shí)際情況選擇適合，低成本，管理方便，綠色環(huán)保的污水處理系統(tǒng)。綜上有以下幾點(diǎn)建議：

        1)建立完善的污水收集系統(tǒng)。由于缺乏環(huán)境保護(hù)意識(shí)以及缺少管網(wǎng)設(shè)施的粗放式排放污水已經(jīng)嚴(yán)重惡化村民的生活環(huán)境，甚至對(duì)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(tǒng)的完善必不可少?？煽紤]對(duì)生活污水進(jìn)行分類收集，例如：由于農(nóng)村生活污水主要成分為N、P等元素，收集后可農(nóng)用，灰水收集經(jīng)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(shù)。總體上，根據(jù)我國農(nóng)村人口密度低，居住分散的特點(diǎn)，得出我國農(nóng)村適合選用分散式生活污水處理技術(shù);其次，不同農(nóng)村地區(qū)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(shù)尤為關(guān)鍵?？蓪?duì)該地區(qū)的地理位置，經(jīng)濟(jì)條件，污染情況做出評(píng)估，綜合分析，參考本文所提及的分散式污水處理技術(shù)進(jìn)行選擇。

        3)加強(qiáng)污水處理技術(shù)的應(yīng)用研究。目前的污水處理技術(shù)都存在不同程度的缺陷，未來應(yīng)加強(qiáng)對(duì)污水處理技術(shù)更深層次的研究，由于單一的污水處理技術(shù)有各自的缺陷，因此，也可考慮將不同的技術(shù)合理組合，綜合發(fā)揮各自效用，相互彌補(bǔ)不足，提高污水處理效率。