一、中國農村水環(huán)境污染現(xiàn)狀

農村水環(huán)境是指分布在廣大農村的河流、湖沼、溝渠、池塘、水庫等地表水體、土壤水和地下水體的總稱。我國總計有鄉(xiāng)鎮(zhèn)45412個，村民委員會739980個，鄉(xiāng)村戶數23692.7萬戶，鄉(xiāng)村人口達91960萬人。農村人口分散，人口數量多，沒有任何生活污水的收集和處理設施，這使農村生活污染源成為影響水環(huán)境的重要因素。據測算，全國農村每年產生生活污水80多億噸，而96%的村莊沒有排水渠道和污水處理系統(tǒng)，生活污水隨意排放，嚴重污染了農村地區(qū)居住環(huán)境，農村大部分地區(qū)河、湖等水體普遍受到污染，飲用水水質安全受到嚴重威脅，直接危害農民的身體健康，嚴重影響農村地區(qū)的環(huán)境衛(wèi)生，極易導致一些流行性疾病的發(fā)生與傳播。據估算，農村環(huán)境問題每年造成的經濟損失已超過千億元，我國農村環(huán)境與生態(tài)狀況令人擔憂。

一些人口密集的欠發(fā)達地區(qū)也認識到，如果不對農村生活污水采取有效處理，會觸發(fā)農村醫(yī)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。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(fā)達省份在經濟發(fā)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。

二、中國農村污水主要特點

我國農村生活污水有以下特征：

(1)面廣且分散：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%。

(3)增長快：隨著農民生活水平的提高以及生活方式的改變，生活污水的產生量也隨之增長。

(4)處理率低：96%的村莊沒有排水渠道和污水處理系統(tǒng)。

三、國外鄉(xiāng)村污水處理技術

(1)澳大利亞 “FILTER”(非爾脫) 污水處理及再利用系統(tǒng)

澳大利亞科學和工業(yè)研究組織的專家于最近幾年提出一種“過濾、土地處理與暗管排水相結合的污水再利用系統(tǒng)，稱之為(非爾脫)污水灌溉新技術。這個系統(tǒng)一方面可以滿足農作物對水分和養(yǎng)分的要求，一方面能降低污水中氮、磷等元素的含量，使之達到污水排放標準。其特點是過濾后的污水都匯集到地下暗管排水系統(tǒng)中，并設有水泵，可以控制排水暗管以上的地下水位，以及處理后污水的排出量。

該系統(tǒng)利用污水灌溉達到污水處理的目的，能有效實現(xiàn)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(yǎng)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(yǎng)化。該系統(tǒng)對總磷(TP)、總氮(TN)、生物需氧量(BOD5)和化學需氧量(CODcr)的去除率分別能達到97%~99%、82%~86%、93%和75%~86%。

(2)土壤毛管滲濾系統(tǒng)

該系統(tǒng)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(tǒng)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(guī)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%，而且基建投資少、運行費用低、維護簡便，整個系統(tǒng)埋在地下，不會散發(fā)臭味，能保證冬季較穩(wěn)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(yōu)勢。

(3)人工濕地處理系統(tǒng)

該系統(tǒng)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(tài)系統(tǒng)，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，以及受氣溫和植物生長季節(jié)的影響等問題。

(4)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(tǒng)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。

日本“石井法”生物膜技術：日本石井勛教授發(fā)明的“石井法”，是利用使用過的乳酸飲料瓶作曝氣池填料，采用的是生物膜技術原理。生物膜技術利用微生物具有氧化分解有機物的功能，采取人工措施來創(chuàng)造更有利于微生物生長和繁殖的環(huán)境，使微生物大量繁殖，以提高對污水中有機物的氧化降解效率。

(5)穩(wěn)定塘工藝

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(yōu)點。德國和法國分別有各類穩(wěn)定塘3000座和2000座，而美國已有各類穩(wěn)定塘上萬座。

美國高效藻類穩(wěn)定塘：美國加州大學伯克利分校提出并研發(fā)的高效藻類塘是對傳統(tǒng)穩(wěn)定塘的改進，最大限度地利用了藻類產生的氧氣，其充分利用菌藻共生關系，對污染物進行高效處理。高效藻類塘較傳統(tǒng)的穩(wěn)定塘停留時間短，占地面積少;建設容易，維護簡便，基建投資少，運行費用低。

(6)一體化集成裝置處理技術

發(fā)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(fā)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，近年來開發(fā)的膜處理技術，可對BOD5和TN進行深度處理。歐洲許多國家開發(fā)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。

(7)法國的蚯蚓生態(tài)濾池

法國開發(fā)了蚯蚓生態(tài)濾池新技術。這項技術根據蚯蚓具有提高土壤通氣透水性能和促進有機物質的分解轉化等功能而設計，是一種既可高效、低能耗地去除城鎮(zhèn)污水中的污染物質，又大幅度降低了剩余污泥處理和處置費用的、全新概念的污水處理工藝。這套處理系統(tǒng)大幅度簡化了污水處理流程，運行管理簡單方便，并能承受較強的沖擊負荷;處理系統(tǒng)基本不外排剩余污泥。

四、中國鄉(xiāng)村污水處理技術路線選擇

目前污水處理系統(tǒng)主要是根據污水處理水平的要求，采用一種或幾種處理技術或工藝聯(lián)合處理污水。按照污水處理技術的適用條件，農村地區(qū)生活污水處理系統(tǒng)可分為集中處理和分散處理兩大類。

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(fā)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(xiàn)為氮磷去除率很低。氮磷污染是導致水體富營養(yǎng)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(xiàn)了分散污水的收集、處理和排放，遠未實現(xiàn)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(xiàn)污水資源化。

(1)集中處理系統(tǒng)。集中處理系統(tǒng)主要是指(小型化)污水處理廠、人工濕地系統(tǒng)或土地處理系統(tǒng)等，通過一系列的物理、化學以及生物措施減少污水中的污染物，從而達到污水凈化和資源化利用的目的。

(2)分散處理系統(tǒng)。分散處理系統(tǒng)是一個高度濃縮的微型化污水處理廠。它采用各種物理、化學或生物措施組合工藝，將各種處理技術高度集成在一個較小的空間范圍內。隨著各種工藝和技術的發(fā)展，分散處理系統(tǒng)的產品種類和型號越來越多。

(一)集中處理系統(tǒng)

1. 技術路線：

主要是指(小型化)污水處理廠、人工濕地系統(tǒng)或土地處理系統(tǒng)等，通過一系列的物理、化學以及生物措施減少污水中的污染物，從而達到污水凈化和資源化利用的目的。污水處理廠是目前集中處理污水的主要方式之一，是傳統(tǒng)二級生化處理系統(tǒng)。

人工濕地污水處理技術通過物理過濾、生物降解和植物截留等作用機理除去有機質，并通過水生植物與微生物的協(xié)同作用除去N和P，特別適用于生活污水、河道和自然湖泊水系的處理與回用等。

2.關鍵技術環(huán)節(jié)：

在給定污染物負荷(單位時間單位面積上輸入的污染物數量)和水力負荷(水力停留時間)條件下，影響二級污水處理出水質量的關鍵因素是微生物細菌對有機污染物降解的有效性。不論是厭氧處理還是好氧處理，良好的菌種及其生存環(huán)境影響微生物的降解效果。三級處理主要與所選擇的深度處理技術有關。土壤質地及水文地質條件影響土地處理系統(tǒng)的處理效果。填料和植被性質以及氣溫等因素影響人工濕地處理系統(tǒng)的處理效果。

3.主要性能參數：

污水處理廠的出水質量一般按《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GBl8918-2002)一級A設計，人工濕地處理系統(tǒng)按《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質》 (GB/T18921-2002)、《地面水環(huán)境質量標準》(GB3838-1996)Ⅳ類或《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)中的城鎮(zhèn)二級污水處理廠一級標準設計。潛流式濕地系統(tǒng)的一般水力負荷為2～15厘米/天。生活污水經濕地系統(tǒng)處理后其出水BOD5<10毫克/升。

4.推廣中需要注意的事項：

污水處理廠占地面積大，一次性投資高，污泥處理困難。人工濕地將污水處理工程與生態(tài)環(huán)境綜合治理有機地結合起來，且工程投資和運行成本低，出水水質穩(wěn)定，易于管理和維護，是一種較為適宜我國農村地區(qū)的污水處理技術。

5.工程應用情況：

集中污水處理系統(tǒng)一般自動化程度高、便于管理，出水水質好且穩(wěn)定，滿足國家的排放要求。除土地處理方式外，各種集中污水處理方式在國內都有較多的工程實例，已積累了一定的建設和管理經驗。

(二)分散處理系統(tǒng)

1.技術路線：

分散處理系統(tǒng)是一個高度濃縮的微型化污水處理廠。它采用各種物理、化學或生物措施組合工藝，將各種處理技術高度集成在一個較小的空間范圍內。隨著各種工藝和技術的發(fā)展，分散處理系統(tǒng)的產品種類和型號越來越多。

與集中處理系統(tǒng)相比，分散污水處理系統(tǒng)較多地采用了一些高新技術，從而使得污水處理設備的體積相對較小。

2.關鍵技術環(huán)節(jié)：

分散污水處理系統(tǒng)的關鍵部件是設備采用的具體處理技術及工藝，系統(tǒng)處理效率的高低和出水水質的穩(wěn)定性主要由其關鍵組件如(生物)膜和活性炭的性能決定。

3.主要性能參數：

分散污水處理系統(tǒng)的性能參數一般按《污水綜合排放標準》(GB8978—1996)中的城鎮(zhèn)二級污水處理廠一級標準設計。

4.工程應用情況：

目前分散污水處理設備的價格相對較高，較適合于小型企事業(yè)單位、餐館和經濟較發(fā)達地區(qū)的農村小型居民點使用

(三)具體技術工藝

1.地下土壤滲濾技術

地下土壤滲濾凈化系統(tǒng)是一種基于自然生態(tài)原理，予以工程化、實用化而創(chuàng)造出的一種新型小規(guī)模污水凈化工藝技術，是將污水有控制地投配到經一定構造、距地面約50 cm深和具有良好擴散性能的土層中。投配污水緩慢通過布水管周圍的碎石和砂層，在土壤毛管作用下向附近土層中擴散。表層土壤中有大量微生物，作物根區(qū)處于好氧狀態(tài)，污水中的污染物質被過濾、吸附、降解。所以地下滲濾的處理過程非常類似于污水慢速滲濾處理過程。由于負荷低，停留時間長，水質凈化效果非常好，而且穩(wěn)定。地下土壤滲濾凈化系統(tǒng)建設容易、維護管理簡單，基建投資少，運行費用低。整個處理裝置放在地下，不損害景觀，不產生臭氣。

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(tài)所“八五”、“九五”期間的研究表明，在我國北方寒冷地區(qū)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;1992年北京市環(huán)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;清華大學在2000年國家科技部重大專項中，首先在農村地區(qū)推廣應用地下土壤滲濾系統(tǒng)，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(wěn)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(tǒng)、雨污分離管網輸送集中處理和生物投菌等技術進行了探索與嘗試，也都取得了一定的進展。分散的幾戶或十幾戶人家適合采用地下土壤滲濾凈化系統(tǒng)。

2.好氧生物處理系統(tǒng)

好氧生物處理法：就是通過風機等設備給污水輸氧，培養(yǎng)生物菌種和微生物，通過菌種和微生物把污水中的大部分有機物分解為無污染的二氧化碳、水等物質，少部分合成為細胞物質，促使微生物增長，并以剩余污泥的形式排出，使污水得以凈化排放。如SBR法，集曝氣、沉淀、排水功能于一體，不斷地轉換，省去了傳統(tǒng)的污泥回流設備，大大降低了建設費用;A2O法具有脫氮、除磷功能，還有如生物轉盤處理工藝、膜生物反應器處理工藝等。

好氧生物處理系統(tǒng)是新農村污水處理中最常用的一種處理技術。好氧生物處理工藝眾多，各有優(yōu)缺點，選擇時要根據實際情況仔細論證和比選，注重經濟適用。

好氧生物處理法和自然處理系統(tǒng)比較， 占地面積小，抗氣候等外界影響的能力強，建設的地點選擇范圍大，處理穩(wěn)定，處理效率高。但基建投資、運行成本要高于自然處理系統(tǒng)。

3.厭氧生物處理系統(tǒng)

我國從上個世紀80年代開始開展生活污水厭氧生物法的開發(fā)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。如無動力地埋式生活污水處理裝置采用無動力厭氧生物膜技術，工藝流程簡單，無耗能，全部埋于地下，也無需專人管理。與好氧生物處理相比，無動力地埋式生活污水處理裝置技術的基建投資略高于好氧處理，無日常運行費用的支出。

厭氧生物法目前技術上還存在一些問題，主要表現(xiàn)在生物處理效率較低，尤其表現(xiàn)為氮磷去除率很低，在一定程度上限制了其應用。

4.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(yōu)于地表水三類標準。有關研究表明，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%。

人工濕地污水處理系統(tǒng)的工程投資和運行費一般分別為傳統(tǒng)二級處理工藝的1/3～2/3和1/6～1/3。

5.穩(wěn)定塘處理技術

在我國特別是在缺水干旱地區(qū)，穩(wěn)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(tǒng)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(qū)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(tǒng)處理太湖地區(qū)農村生活污水， CODcr的平均去除率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%;陳鵬采用高效藻類塘處理城市生活污水，取得了穩(wěn)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%。

6.暗河式無動力誘導高負荷處理技術(UNHS)

暗河式無動力誘導高負荷污水凈化系統(tǒng)(UNHS) 是針對于中國中小城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村污水處理現(xiàn)狀專門研發(fā)的新興技術。該技術所解決的主要技術問題包括：提高污水處理效率，增強系統(tǒng)耐負荷沖擊性，減少動力消耗，提高穩(wěn)定性與適應性，維護管理簡單，占地面積少，降低投資與運行成本等。

該技術主要原理是通過暗河式移動懸浮膜(SMBM)、微生物/微電解(MOME)、深層生物氧化(DSBO)、無動力誘導供氣供氧(NIAA)等工藝技術，當污水流經各功能層或單元時，污水被多梯度逐級降解處理。從而有效地保證了整個系統(tǒng)的高負荷運行與抗沖擊能力。該技術采用高負荷設計與運行，容積設計負荷可高達：3~10kg COD/(m3˙d)。該系統(tǒng)出水可達國標一級A標準，同時也滿足相關中水回用的標準。

由于采用暗河式地下工藝(Under-Ground)，地域與氣候適應性強，工程運行穩(wěn)定可靠;而且，采用無動力誘導通風器供氧，不耗任何電能實現(xiàn)通氣與供氧，綠色節(jié)能環(huán)保。

該技術投資運行成本低、處理效率高、設計負荷高、抗沖擊能力強、適應性強，操作管理簡易，故障率很低，可實現(xiàn)現(xiàn)場無人值守。該技術有效地解決了現(xiàn)存工藝技術缺陷，所以十分符合我國對中小城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村等小水量分散式污水處理的發(fā)展要求,以及河道水質凈化等。

實踐證明，以上方法是解決農村生活污水治理的可能技術，但在運用中要考慮到建設與運行成本等費用，要根據實際情況因地制宜地加以選擇。

 

我國農村小型生活污水處理的工藝技術路線