我国分散式农村生活污水处理技术应用现状及发展趋势

李丹丹，唐 璐，张 剑，张 怡

（河南水利与环境职业学院）

随着我国农村经济的快速发展，农民的生活方式发生了较大变化，人均生活用水排放量明显增加，生活污水成为制约农村环境改善的重要因素。“十三五”以来，国家积极推动农村污水处理。然而多年来，我国农村水污染防治进程明显滞后于工业和城镇水污染防治，农村人居环境质量和水环境质量整体不佳，水体黑臭及富营养化等问题突出。在“十四五”开局之年，国家相继出台《关于全面推进乡村振兴加快农业农村现代化的意见》《关于推进污水资源化利用的指导意见》《关于加快农房和村庄建设现代化的指导意见》等一系列政策，加快推进农村生活污水处理。

一、我国农村生活污水的特点及处理现状

（一）我国农村生活污水的特点

根据污染物来源，农村生活污水可以分为黑水和灰水。目前，我国农村生活污水排放总体特点如下。第一，人均排放量较低。根据生态环境部相关研究结果，2021 年，我国农村居民生活污水排放量约为217.54 亿立方米，为城镇地区的60.59%，而人均排放量不到城镇居民的1/2。第二，排放量日变化系数大，水量水质季节性变化明显。农村生活污水在早晨、中午和傍晚3 个时段的排放量相对较大，且夏季污水排放量较大、污染物浓度低，而冬季污水排放量较小、污染物浓度较高。第三，污染物种类稳定，污水可生化性较好。农村生活污水中的污染物以化学需氧量、氮磷、悬浮物和动植物油脂等为主，有毒物质含量较少。第四，收集难度大，容易造成大面积污染。由于农村地区面积广阔、村民居住分散、地形复杂，管网建设和污水收集难度较大。

（二）我国农村生活污水的处理现状

目前，我国污水处理的主要模式是建设污水处理厂。然而，我国农村生活污水治理任务依然艰巨。据统计，2021 年，全国农村污水处理率仅为28%，70%以上的农村地区尚未完成生活污水治理，城乡差距较为明显。同时，受经济水平、自然条件等多种因素影响，各地区之间农村污水处理率差异较大：2020 年，东部地区农村生活污水处理率为36.3%，中部和西部地区分别为19.3%和16.8%；浙江、天津等省市的处理率超过80%，而山西、黑龙江等地的处理率低于15%。

从设施数量和处理能力看，近年来，我国农村污水处理设施数量有较快增长，处理能力逐步提升，但是乡和村的增长速度不及建制镇。2021 年，全国农村地区污水处理厂数量比2018 年增长了68%。其中，建制镇污水处理厂数量比2018 年增长了75%，乡污水处理厂数量比2018 年增长了31%，而村庄排水管道、沟渠长度仅比2018 年增长了10%。

（三）我国农村生活污水处理存在的问题

一是农村污水管网收集系统不够健全，管网投资成本高。2021 年，在我国中西部地区一些经济基础较为薄弱的县市，农村污水收集处理率不到10%，污水收集和处理设施建设较为滞后。二是处理设施闲置、停运现象较为突出。由于农村缺少专业的设施管理人才，许多处理设施建成后处于空转或无法使用的状态。三是处理技术因地制宜体现不够，运行成本高，导致无法在农村地区推广应用。

二、我国农村生活污水常用处理技术及其工艺特点

根据污水的收集和处理方式不同，污水的处理模式可分为分散式和集中式两大类。集中式处理技术用于收集和处理大流量污水，能够高效地运行管理，但是管网投资较大、运行管理复杂，更适合城市污水处理；分散式处理技术主要特点是对污水就地收集、就近处理，运行成本较低、易操作，但是处理效果相对较差，比较适合人口密度低、居住分散的农村地区。目前，我国农村常用的分散式处理技术可以分为两大类：生物处理技术和生态处理技术。

（一）生物处理技术及其特点

生物处理技术。生物处理技术主要是利用微生物的代谢作用去除污水中的污染物，常见的生物处理技术有生物膜法、活性污泥法等，装置一般采用一体化设计。一体化污水处理设备是集污水预处理、二级处理和深度处理设备于一体的中小型污水处理装置，具有高度集成、占地面积较小、建设周期短等特点，是当前农村生活污水处理的主要方式。

生物处理技术的特点。当前，一体化污水处理设备作为我国农村生活污水处理的主要方式，在应用中存在诸多问题，主要集中于两方面：一是出水水质不稳定，二是运行维护成本较高。采用一体化污水处理设备时，农村生活污水单个处理站点水量少，水质、水量波动剧烈，对设备的工艺冲击较大，从而易出现出水水质不稳定的现象。此外，农村生活污水处理站点布局较为分散，难以做到专人值守，交通运输、人工成本较高。同时，由于农村生活污水浓度较低，运维药剂、能耗成本也较高。

（二）生态处理技术及其特点

生态处理技术。生态处理技术主要利用生态系统的物理和化学作用来去除水中的污染物，常用的有人工湿地、土壤渗滤和稳定塘技术。

人工湿地源于对自然湿地的模拟，其主体结构由土壤、填料和种植在床体表面的植物组成，形成由植物、基质和微生物三者协同作用的自然生态系统。人工湿地系统在农村生活污水处理方面的成效已经被国内外众多专家学者证实。吴昊等应用人工湿地处理四川省广元市昭化区农村生活污水，结果表明，其对污水CODcr（化学需氧量）、氨氮、总氮、总磷的去除率分别达82.2%、65.7%、55%、94%，且一次投资费用和运行费用都较少。

土壤渗滤技术是基于生态学原理，利用土壤—微生物—植物生态系统的自净功能和自我调控机制，通过一系列物理、化学、生物过程，能够将污水中的有机物和氮、磷等营养元素去除，并集好氧、厌氧处理于一体的一种不影响表层土地使用的污水处理技术。土壤渗滤系统的结构包括池体、滤料、布水装置和排水装置，如图1 所示。污水从上而下流经有着丰富生物膜的滤料，其中的污染物被微生物和植物的根系吸附、降解，从而使污水得到净化。项爱枝等采用UASB（升流式厌氧污泥床）+SBR（序批式间歇活性污泥法）+ASBR（厌氧序批式反应器）+土壤慢速渗滤系统处理养猪废水，慢速渗滤土地处理系统作为深度处理工艺，对CODcr、BOD5（生化需氧量）和氨氮的去除率都在99%以上。

图1 土壤慢速渗滤系统结构示意图

稳定塘是一种利用水体自然净化能力处理污水的生态处理技术，根据塘中的溶解氧量及功能，分为厌氧塘、兼性塘、好氧塘、曝气塘等。其净化原理类似于自然水体的自净机理，通过微生物的代谢活动，以及相伴的物理、化学、物化过程，将污水中的污染物进行多级转换、降解和去除。稳定塘负荷低、受气候影响大，处理效果不稳定。为进一步强化处理效果，国内外相继推出了许多新型塘和组合塘，如装有连续搅拌装置的高效藻类塘等。

生态处理技术的特点。与生物处理技术相比，生态处理技术具有成本低、运行管理方便等优点，但是在农村生活污水处理实践中，也存在一些问题。比如，人工湿地技术对于土地类型和面积有一定的要求。目前，我国沼泽、池塘及闲置土地的面积都在快速缩减。同时，植物作为人工湿地发挥去污功能的重要组成部分，其生长受季节更替影响大。此外，由于湿地内部机制十分复杂，加上各地区环境存在差异，实际设计建造的湿地系统往往出水难以收到预期效果。在农村生活污水处理中，单独应用生物处理技术或生态处理技术都有一定局限性。因此，根据农村生活污水处理的实际需要，以生物处理为主、生态处理为辅的“生物+生态”组合处理技术成为近年来研究和应用的热点。调查显示，有79.83%的农村污水处理工程均采取了“生物+生态”组合工艺，达到了相关排水标准的要求。

三、“生物+生态”组合处理技术在农村生活污水处理中的应用

“生物+生态”组合处理技术利用好氧或厌氧微生物去除污水中的有机污染物和N（氮）、P（磷）污染物，再利用生态处理单元通过植物和菌藻等进一步去除污染物。采用“生物+生态”组合处理技术将农村污水处理与农业发展有机结合，更符合农村污水处理因地制宜、资源化利用的原则。

（一）滴滤池-人工湿地组合工艺

在太湖流域农村地区，白永刚等采用滴滤池-人工湿地组合工艺处理江苏省宜兴市大浦镇某村的生活污水，该工艺由水解调节池、滴滤池、潜流人工湿地3 部分组成。生活污水由管网收集后进入调节池，再由自吸泵提升到高位水箱，然后经自动虹吸布水装置喷洒进入滴滤池，出水排放到人工湿地进行深度处理。研究表明，该工艺对CODcr、NH3-N（氨氮）、TN（总氮）、TP（总磷）的去除率分别达73.6%、89.5%、61.7%和78.4%，处理农村生活污水是完全可行的。

（二）生物接触氧化池-人工湿地组合工艺

刘文涛等将厌氧池-跌水充氧接触氧化池-水耕蔬菜型人工湿地组合工艺用于江苏省宜兴市周铁镇葛渎自然村生活污水处理，结果表明，该工艺对CODcr、TN 和TP 的去除率分别达86.43%、92%和87%，出水水质达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918—2002）的一级A 标准要求。此外，在该工艺中，生物处理单元的贡献要大于生态处理单元，但是缺少了生态处理单元，TP 就达不到一级A 的排放标准。由此可见，磷的深度去除必须依靠湿地植物的自身代谢和根系的吸附作用。

（三）生物接触氧化池-土地渗滤系统组合工艺

张俊等将一体式生物接触氧化池-土地渗滤系统组合工艺用于上海市宝山区某村的生活污水处理，结果表明，该工艺对CODcr、NH3-N、TN、TP 等主要污染物的去除率均在80%以上。该工艺维护简单，运行费用为0.24 元/m3，在某些经济条件相对较好的农村地区具有推广应用价值。

此外，研究表明，在土壤慢速渗滤系统中，植物对于污染物的去除发挥着重要作用，选择根系发达的林木为植物材料，不仅能够取得较好的净化效果，还能充分利用污水的水肥资源促进林木生长，减少林木对水资源的消耗，获得污水处理与林木增产的双重收益。白保勋等选择了4 个杨树无性系人工林进行了生活污水林地慢速渗滤生态处理试验，发现杨树可以净化污水，同时在水力负荷适当时，污水处理可以提高林木生长量和土壤质量。

四、结语

农村生活污水处理作为乡村振兴的重要内容，对于改善农村人居环境具有至关重要的作用。我国农村污水处理应该瞄准“因地制宜、高技术、低投资与运行成本、易维护、资源化利用氮磷”的目标，体现可持续发展的污水处理原则。采用“生物+生态”组合工艺将农村污水处理与农业发展有机结合，更符合农村污水处理因地制宜、资源化利用的原则，在我国农村地区将有着广阔的应用前景。