農村生活污水處理技術
“十一五”規劃提出了建設社會主義新農村的重大歷史任務，并明確了“生產發展、生活寬裕、鄉風文明、村容整潔、管理民主”的建設目標。加強農村生活污水的處理，是村容整治的組成部分，也是社會主義新農村建設的重要內容。農村生活污水造成的環境污染不僅是農村水源地潛在的安全隱患，還會加劇淡水資源的危機，使耕地灌溉得不到有效保障，危害農民的生存發展。因此，加強農村生活污水收集、處理與資源化設施建設，避免因生活污水直接排放而引起的農村水體、土壤和農產品污染，確保農村水源的安全和農民身心健康，是新農村建設中加強基礎設施建設、推進村莊整治工作的重要內容，也是農村人居環境改善需要解決的迫切問題。
一、農村生活污水產生的環境問題
全國農村每年產生生活污水約80多億噸[1](P8)，而96%的村莊沒有排水渠道和污水處理系統，生活污水隨意排放。有人這樣形容中國農村的人居環境現狀：如果把全國的村莊合并為10個村的話，4個村沒有自來水；3個村在豬圈或廁所旁打了一口井，供人們飲用；10個村莊都把臟水往外潑；9個村莊還在使用傳統旱廁；9個村莊仍然隨便找個地方填埋垃圾；4個村莊下雨出不來；5個村莊夜里進不去。
我國農村生活污水有以下特征：(1)面廣、分散。村莊分散的地理分布特征造成污水分散，難于收集。(2)來源多。除了來自人糞便、廚房產生的污水外，還有家庭清潔、生活垃圾堆放滲濾而產生的污水。例如，太湖洗衣廢水占生活污水的21.6%，巢湖、滇池大約為17.9%[2](P43-46)。(3)增長快。隨著農民生活水平的提高以及農村生活方式的改變，生活污水的產生量也隨之增長。(4)處理率低。以浙江省麗水市的農村污染情況為例[3]，每年全市農村人糞尿產生總量約180萬噸，經化糞池處理的量約為23.03萬噸，處理率僅為12.9%。
未經處理的生活污水肆意排放，嚴重污染了農村的生態環境，直接威脅廣大農民群眾的身體健康以及農村的經濟發展。一方面，未經處理的生活污水自流到地勢低洼的河流、湖泊和池塘等地表水體中，嚴重污染各類水源；另一方面，生活污水也是疾病傳染擴散的源頭，容易造成部分地區傳染病、地方病和人畜共患疾病的發生與流行。目前全國農村的自來水普及率只有34%左右，還有3億多農民存在飲水安全問題。在浙江省麗水市農民家庭用水水質的抽樣檢測結果中，63個水樣中大腸桿菌、渾濁度等主要指標超標的占72%。水源地水質低的狀況與農村生活污水未經處理直接排放有直接的因果關系[3]。
二、國外農村生活污水處理技術路線
污水處理最高的目標是實現資源消耗減量化(Reduce)、產品價值再利用(Reuse)和廢棄物質再循環(Recycle)，水資源的利用要實現從“供水—用水—排水”的單向線性水資源代謝系統向“供水—用水—排水—污水回用”的閉環式水資源循環系統過渡[4](P21-27)。對于農村的分散生活污水，工藝簡單、處理效果有保證、運行維護簡便的分散型污水處理系統(Decentralized Sanitation and Reuse，DESAR)是一種具有最佳綜合效益的選擇，它包含污水處理和資源化利用雙重意義，強調分質就地處理和盡可能回收營養物質[5]。
國外一些國家在農村分散生活污水處理技術的研究和應用方面，積累了許多經驗，值得學習和借鑒。
(一)澳大利亞“FILTER”污水處理及再利用系統
該系統利用污水灌溉達到污水處理的目的，能有效實現污染物去除和污水減量的雙重目標，既可滿足作物對水分與養分的需求，又可降低污水中的氮、磷、鉀含量，避免污水直接排入水體后，導致水體富營養化。該系統對總磷(TP)、總氮(TN)、生物耗氧量(BOD5)和化學耗氧量(CODcr)的去除率分別能達到97%~99%、82%~86%、93%和75%~86%[6](P79-81)。
(二)土壤毛管滲濾系統
該系統將污水投配到土壤表面具有一定構造的滲濾溝中，污染物通過物理、化學、微生物的降解和植物的吸收利用得到處理和凈化。美國、日本、澳大利亞、以色列、俄羅斯和西歐等國一直十分重視該系統的研究和應用，在工藝流程、凈化方法和構筑設施等方面做到了定型化和系列化，并編制了相應的技術規范。該技術對懸浮物、有機物、氨氮、總磷和大腸桿菌的去除率均較高，一般可達70%~90%[7](P953-964)，而且基建投資少、運行費用低、維護簡便，整個系統埋在地下，不會散發臭味，能保證冬季較穩定的運行，便于污水的就地處理和回用。因此，對于水資源供需矛盾日益緊張、生活污水污染日趨嚴重的廣大農村，該技術具有很強的技術和經濟優勢。
(三)人工濕地處理系統
該系統一般由人工基質(多為碎石)和生長在其上的沼生植物(蘆葦、香蒲、燈心草和大麻等)組成，是一種獨特的“土壤—植物—微生物”生態系統，利用各種植物、動物、微生物和土壤的共同作用，逐級過濾和吸收污水中的污染物，達到凈化污水的目的。該技術在歐洲、北美、澳大利亞和新西蘭等國家得到了廣泛應用，其缺點是需要大量土地，并要解決土壤和水中的充分供氧問題及受氣溫和植物生長季節的影響等問題。
(四)生物膜技術
生物膜法是分散生活污水處理主要應用的一種人工處理技術，包括厭氧和好氧生物膜兩種。厭氧或好氧微生物附著在載體表面，形成生物膜來吸附、降解污水中的污染物，達到凈化目的。該方法設備簡單、運行成本較低，處理效率高。反應器一般由填料(載體)、布水裝置和排水系統三部分組成，采用的填料有無機類(陶粒、礦渣、活性炭等)和有機類(PVC、PP、塑料、纖維等)。目前，新型的生物膜反應器和固定化微生物技術也得到了廣泛的研究
(五) 穩定塘
該技術主要是利用菌藻的共同作用來去除污水中的污染物，具有基建投資少、運轉費用低、維護簡單、便于操作、能有效去除污水中的有機物和病原體以及無需污泥處理等優點。德國和法國分別有各類穩定塘3 000座和2 000座，而美國已有各類穩定塘上萬座。美國的Oswald提出并發展了高效藻類塘，最大限度地利用了藻類產生的氧氣，充分利用菌藻共生關系，對污染物進行高效處理[9](P303-312)。
(六)一體化集成裝置處理技術
發展集預處理、二級處理和深度處理于一體的中小型污水處理一體化裝置，是國內外污水分散處理發展的一種趨勢。日本研究的一體化裝置主要采用厭氧—好氧—二沉池組合工藝，兼具降解有機物和脫氮的功能，其出水BOD5<20毫克/升、TN<20毫克/升[10](P175-182)，近年來開發的膜處理技術，可對BOD5和TN進行深度處理[5]。歐洲許多國家開發了以SBR、移動床生物膜反應器、生物轉盤和滴濾池技術為主，結合化學除磷的小型污水處理集成裝置[11](P61-68)。
三、我國在農村生活污水處理方面的探索
我國從上個世紀80年代開始開展生活污水分散處理技術的開發和研制工作，許多形式各異的無動力或微動力的低能耗型一體化污水處理裝置得到應用，但目前該分散技術的使用率較低，還存在許多問題。一方面，生物處理效率較低，尤其表現為氮磷去除率很低。氮磷污染是導致水體富營養化的主要原因，如果在此技術上不能取得突破，這類技術的應用前景必然會受到限制。另一方面，目前實施的分散污水處理只是初步實現了分散污水的收集、處理和排放，遠未實現分散處理的真正目的——再利用(Reuse)，即將污水就地處理和就地回用，實現污水資源化。鑒于農村生活污水的問題日益嚴重，迫切需要采取積極的措施。近年來，隨著地方經濟實力的增強，尤其是發達省份在經濟發展到一定階段以后，逐步認識到農村生活污水處理問題的重要性，并開始采用一些實用、合理、低能耗和低運行費用的技術來處理污水；一些人口密集的欠發達地區也認識到，如果不對農村生活污水采取有效處理，會觸發農村醫療和經濟建設等方面的系列問題，甚至造成傳染病的產生與擴散，因而，提高了對農村生活污水處理問題的重視程度。
(一)厭氧沼氣池處理技術
在我國農村生活污水處理的實踐中，最通用、節儉、能夠體現環境效益與社會效益結合的生活污水處理方式是厭氧沼氣池。它將污水處理與其合理利用有機結合，實現了污水的資源化。污水中的大部分有機物經厭氧發酵后產生沼氣，發酵后的污水被去除了大部分有機物，達到凈化目的；產生的沼氣可作為浴室和家庭用炊能源；厭氧發酵處理后的污水可用作澆灌用水和觀賞用水。在農村有大量可以成為沼氣利用的原材料：農作物秸稈和人畜糞便等。研究表明，農作物秸稈通過沼氣發酵可以使其能量利用效率比直接燃燒提高4~5倍；沼液、沼渣作飼料可以使其營養物質和能量的利用率增加20%；通過厭氧發酵過的糞便(沼液、沼渣)，碳、磷、鉀的營養成分沒有損失，且轉化為可直接利用的活性態養分——農田施用沼肥，可替代部分化肥。沼氣池工藝簡單，成本低(一戶約需費用一千元左右)，運行費用基本為零，適合于農民家庭采用。而且，結合農村改廚、改廁和改圈，可將豬舍污水和生活污水在沼氣池中進行厭氧發酵后作為農田肥料，沼液經管網收集后，集中凈化，出水水質達到國家標準后排放。
沼氣池處理技術已在我國一些地方得到了有效推廣和使用。浙江全省有352個村實施了生活凈化沼氣工程，累計建成沼氣池83.3萬立方米，年處理生活污水8 170萬噸，年產沼氣4 295萬立方米，年可替代標準煤近3萬噸[12]。四川省結合新農村建設，開展“鄉村清潔工程”，以戶或聯戶為單元，建設沼氣池和生活污水厭氧凈化池，有效解決人畜糞便、生活污水、垃圾污染等農村環境難題，出現家園清潔和村容整潔的新面貌。
(二)穩定塘處理技術
在我國，特別是在缺水干旱地區，穩定塘是實施污水資源化利用的有效方法，近年來成為我國著力推廣的一項技術。與傳統的二級生物處理技術相比，高效藻類塘具有很多獨特的性質，對于土地資源相對豐富，但技術水平相對落后的農村地區來說，是一種較具推廣價值的污水處理技術。李旭東等采用高效藻類塘系統處理太湖地區農村生活污水， CODcr的平均去除率在70%以上，氨氮(NH3-N)的平均去除率高達93%，磷的平均去除率為55%[13](P61-64)；陳鵬采用高效藻類塘處理城市生活污水，取得了穩定的處理效果：CODcr、 BOD5、NH3-N 和TP的平均去除率分別達到75%、60%、91.6%和50%[14]。
(三)人工濕地處理技術
目前，北京、深圳等城市都采用了這一技術處理生活污水。云南省澄江縣撫仙湖邊的馬料河濕地工程于2003年10月建成運行，每天可凈化污水4萬多立方米，凈化后的水質優于地表水三類標準。有關研究表明[15](P1-8)，在進水污染物濃度較低的條件下，人工濕地對BOD5的去除率可達85%~95%，對CODcr的去除率可達80%以上，對磷和氮的去除率分別可達到90%和60%。
(四)土壤滲濾技術
地下土壤滲濾法在我國日益受到重視。中科院沈陽應用生態所“八五”、“九五”期間的研究表明，在我國北方寒冷地區利用地下土壤滲濾法處理生活污水是可行的，且出水能夠作為中水回用[16](P111-119)；1992年北京市環境保護科學研究院對地下土壤毛管滲濾法處理生活污水的凈化效果和綠地利用進行了研究[17](P4-7)；清華大學在2000年國家科技部重大專項中，首先在農村地區推廣應用地下土壤滲濾系統[18](P57-61)，取得了良好效果：對生活污水中的有機物和氮、磷等均具有較高的去除率和穩定性，CODcr、BOD5、NH3-N和TP的去除率分別大于80%、90%、90%和98%。
除此以外，浙江、廣東、天津和江蘇等地還分別在無動力、地埋式厭氧處理系統、雨污分離管網輸送集中處理和生物投菌治理污水等技術方式應用方面進行了探索與嘗試，也都取得了一定的進展
四、加快農村生活污水處理的政策途徑
保護好農村水環境是保障農業生產發展、創建優美鄉村的基礎。開展農村生活污水治理工作是改變農村生活污水無序排放現狀、改善農民生活條件和建設社會主義新農村的需要。我國有60多萬個行政村、250多萬個自然村，居住生活著2億多農戶，由于各地情況千差萬別，農村生活污水處理不能實行一刀切的政策，必須要因地制宜、分類指導，提出符合各地實際的生活污水處理方式與措施。
(一)把農村生活污水的處理作為新農村建設的重要內容
要充分利用國家新農村建設的良好政策環境，加強各地農村生活污水的處理工作。基于農村生活污水污染產生的多方面原因，要結合新農村建設中改廁、改廚和改圈的工作，配套建設污水處理設施。要在相關政策法規的制定、監督管理的配合和農村水污染綜合治理技術支撐體系的建立等方面綜合采取措施，加強污染源控制，推進污水處理設施建設和有效運轉，實現農村水環境的改善。
(二)因地制宜地確定各地生活污水處理的技術路線
基于我國農村普遍欠發達的現狀，各地農村的經濟社會發展水平、區域特點、自然地理條件和環境目標不盡相同，絕大部分農村應采用經濟有效、簡便易行、節約資源、工藝可靠并能夠與當地自然環境高度融合的污水處理技術，因地制宜地使生活污水排放與處理無害化和資源化。在一些村莊分布密集、經濟發展水平較好的農村地區，高效強化的微動力生態處理集成技術與設備具有極大的技術經濟優越性；其他集中供水的廣大農村地區，則可根據其社會經濟發展狀況和水環境保護目標的要求，通過改造農村的河道、水塘和濕地，構建適度強化的無動力復合生態處理集成系統。這些集成技術和設備因其低成本、高效率、無動力或微動力等顯著特點，具有在集中供水條件下處理農村生活污水的潛在優勢。
(三)繼續加強農村生活污水處理技術的研究
由于我國農村面廣人多，生活污水處理技術具有長期的效益與廣大的市場，必須動員大專院校和科研機構加強相關技術的研究。針對當前處理技術存在的主要問題，研究和開發新型的三低一高(低能耗、低投資、低成本和高效率)的分散型污水資源化處理技術，并提高污水處理深度，增加脫氮除磷的功能以控制水體富營養化。
(四)多方籌集生活污水處理設施建設與運營的資金
農村生活污水處理具有較強的公益性，而且需要一定規模的資金投入，單靠農民自身投入有一定困難。要結合新農村建設的實踐，采取國家扶持、地方補助、農民支持和企業參與等方式，廣泛籌集資金，形成多元化投入、多渠道動員的參與機制，使生活污水處理工程能夠順利付諸實施和運轉。
(五)加強對農村生活污水處理建設的規劃
要在吸取和借鑒國外先進技術的基礎上，有效結合厭氧、好氧生物人工處理技術與自然凈化系統，規劃與各地農村經濟水平、區域特點、自然條件、環境目標相適應的生活污水處理工藝和行之有效的運行管理模式。生活污水治理應與當地的經濟結構調整相結合，發展綠色、無公害的產業與產品，在生態治污的過程中有效開發利用動植物資源，實現水的良性循環、水資源的可持續利用以及促進動植物的繁育生長。
(六)規范市場準入標準，限制劣質設備進入市場
目前我國小型污水處理裝置的市場競爭非常激烈，存在惡性競爭現象，而且設計不規范，缺乏統一的技術要求和設計標準，對運行管理缺乏考慮，為將來的運行管理帶來了很大的風險和隱患。應該結合我國國情，參照國外經驗，提出針對分散性污水處理的技術標準、設計規則與操作規范，使工程設計標準化和運營管理規范化，促進新成果的市場化和產業化的發展。加強工程監督管理，提高處理設施的建設質量和運行質量，確保處理后的污水能達標排放。
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