我国农村污水治理技术与发展模式展望

张玮，刘玮，熊峰，申静，刘意，张海东，周月明

(1.重庆工商大学 国家智能制造服务国际科技合作基地，重庆 400067；2.重庆工商大学 废油资源化技术与 装备教育部工程研究中心，重庆 400067；3.重庆工商大学 环境与资源学院，重庆 400067；4.重庆市九龙坡区生态环境监测站，重庆 400050；5.重庆南向泰斯环保技术研究院有限公司，重庆 400060)

近年来乡村生活方式及生产方式转变带来的环境问题愈发严峻。其中，水污染问题是农村环境污染的重中之重。农村居民生产生活过程中产生的污水未经处理或处理不当排入地表水系统，部分经渗滤进入地下水系统，导致了农村饮用水危机，加剧了淡水资源危机。据报告，2010年中国农村地区有超过1亿人饮用被污染的水，88%的中国患者和33%的死亡与不良饮用水有关。

近20年，我国农村污水处理率逐年上升，2006年处理率为1%，2014年达到近10%，2016年为22%，截至2020年，农村污水处理率达到36%，但总体来说仍较低。为此，本文对我国近20年农村污水水质水量的地域变化特征、处理技术的发展历程、政策法规的完善机制、运行与管理模式的建立过程进行了系统分析，旨在为提高农村污水的处理效率和覆盖范围提供理论依据及技术指导。

1 农村水污染现状

1.1 农村污水定义

农村污水是指农村地区居民在生活和生产过程中形成的污水。其中，农村生活污水是指居民生活过程中厕所、洗浴、洗衣和厨房等污水。农村生产污水是指水产养殖业、畜禽养殖业、农产品加工业等产生的高浓度有机废水[1]。

1.2 农村水污染现状

农村水污染形势严峻，国家治理农村污水脚步从未停歇。我国农村污水治理发展历程见图1。

图1 我国农村污水治理发展历程

2 农村污水的分类及其特点

2.1 生活污水

农村生活污水N、P浓度高于一般城镇污水。COD的差异随养殖家禽而改变，TN整体分布较均匀，TP随四季变化[4]。

我国南方水资源发达，西南地区村落多为分散性村落，生活污水以直排为主，96%的村庄无排水沟渠和污水处理系统，污水顺道路沟渠排入附近水体，严重污染地表水和地下水。南方地区生活污水特点：①量小且分散，排放系数低，收集率低；②成分复杂，可生化性强；③间歇排放；④不含重金属及有毒有害物质，含较多真菌、细菌等微生物[5-6]。

北方水资源少，村落聚集，冬季温度低，生活污水除具有南方污水特点外，处理过程中的微生物活性易受到抑制，处理困难[7]。

2.2 养殖业污水

2.2.2 畜禽养殖污水 畜禽养殖场污水主要由畜禽尿液、粪便、饲料残渣和冲洗水等组成。此类废水特征：①有机物浓度高、悬浮物(SS)多、色度深，常伴有重金属、残留的兽药以及各种人畜共患病原体等污染物；②排水量大且集中，水力冲击负荷强；③水解、酸化快，沉淀性能好[10]。

2.3 农产品加工废水

2.3.1 水果加工废水 水果加工废水主要来源于水果去皮、冲洗、破碎、榨汁等工序，以及罐装工序的洗瓶、灭菌和地面冲洗等环节。混合废水COD在 6 000 mg/L 以上，SS在4 000 mg/L以上，具有水质水量变化大、富含糖类等特点。污水可生化性好，易于生物降解[11]。

2.3.2 蔬菜加工废水 蔬菜加工废水来源于腌制、漂洗、冷却和冲洗工序的综合废水，具有高盐、高N、P和高有机物浓度的特点。蔬菜加工废水的COD浓度在5 000～50 000 mg/L，生化需氧量(BOD5)在3 000～30 000 mg/L，SS在1 000～5 000 mg/L，TN在500～2 000 mg/L，TP在50～150 mg/L，DO含量低，易散发臭味[12]。

3 农村污水处理技术

农村污水特征与收集方式与城镇污水有较大差异，处理农村污水不仅要考虑土地资源利用和经济效益，还要因地制宜的设计污水处理技术。我国农村污水处理技术主要分为三类：生物处理技术、生态处理技术、生物+生态组合处理技术，其优缺点见表1。

表1 我国农村常用污水处理技术优缺点Table 1 Advantages and disadvantages of common rural sewage treatment technologies in China

3.1 生物处理技术

厌氧生物处理技术是通过厌氧或兼氧微生物对可溶性和颗粒型物质进行降解，产生甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)等物质。水平流式三格化粪池是第一代厌氧反应器，出现于20世纪50年代，也是农村最早实行的生物处理技术，利用沉降和厌氧发酵原理去除水中的悬浮性有机污染物，目前，我国有关化粪池的技术革新，主要集中于对水流状态和填料性能的改进。

污水的好氧生物处理技术至今已有100年的历史[14]，该技术是利用好氧微生物通过自身的新陈代谢将污水中的污染物降解为二氧化碳(CO2)和水(H2O)[15]。

面对农村污水水质复杂的特殊性，单一的生物处理技术难以满足对多种污染物的去除，且部分工艺直接在农村使用很难正常运行。因此，农村污水生物处理技术逐渐从单一技术演变为组合生物处理技术。

3.2 生态处理技术

我国生态处理技术发展于20世纪70年代，在20世纪末广泛应用于农村污水处理。

人工湿地是对与沼泽类似的地面进行改造，将污水和污泥按一定比例投配到人工湿地上，利用根系发达的水生植物创造厌氧、兼氧、好氧的环境，实现各类微生物对污染物的降解作用，净化水质[15]。

稳定塘是通过向人工挖掘的池塘中添加菌藻，利用水生植物、菌藻系统、微生物作用共同降解水中的污染物。稳定塘中的微生物利用藻类光合作用产生的氧进行同化作用，净化水质，实现无动力农村污水的净化过程[16]。

土地处理技术是通过管道设备将污水投配到天然土壤或复合土壤层中，通过沉淀、过滤、吸附和生物降解作用去除污染物。目前应用较多的有地表漫流生态处理系统、多介质土壤地下渗滤系统等。

3.3 生物+生态组合处理工艺

该法生物处理单元利用好氧或厌氧微生物去除污水中的有机污染物和含N、P污染物，生态处理单元通过植物和菌藻等进一步去除污染物[15]。由于我国农村污水分布特点以及缺乏长期运行管理，生物+生态组合工艺将农村污水与农业有机结合，更符合农村污水处理因地制宜、资源化利用的原则，也是当前我国农村污水治理的重要技术[17]。

4 农村污水集中处理工程实例

集中式污水处理系统通常建在远离城市污水处理厂的人口密集区村庄，集中处理效果稳定，且节省土地资源和经济成本[18]。

张猛[19]采用以“初沉池+A2/O+斜管沉淀+石英砂过滤+紫外消毒”为主体的处理工艺对青岛市张家楼镇某农村区域生活污水进行处理。处理工艺流程见图2，工程设计污水处理量500 m3/d，经处理后出水CODCr、BOD5、SS平均去除率可达87%，97%，93%，满足(GB 18918—2002)一级A标准。

图2 污水处理工艺流程图Fig.2 Sewage treatment process flow chart

图3 农村污水处理一体化设备流程图Fig.3 Flow chart of integrated rural sewage treatment equipment

5 农村污水分散处理工程实例

污水分散处理是在住宅分散、地形复杂、人口稀少的乡镇，对单户或几户污水进行处理。分散式污水处理是解决我国农村污水问题的重要方向，可以弥补集中式污水处理不能完全覆盖的缺陷[21]。

5.1 生活污水

我国农村生活污水常用处理技术包括：化粪池、沼气池、人工湿地、生态塘系统、土地处理系统等[22]。Singh等[23]设计了一种新型化粪池(图4)应用于江苏某农村的生活污水处理。与传统的化粪池相比，新型化粪池不仅改变了污水在化粪池内的流向，加强厌氧消化作用，而且在化粪池内设置适当的填料层，提高了其清除污染物的能力。改善后的新型化粪池COD去除率为76%～84%，BOD去除率为80%～92%，出水可用作农田灌溉。

图4 三格化粪池Fig.4 Three-compartment septic tank

在四川某农村，Wang等[24]通过生态沟渠处理生活污水，具体工艺流程见图5。该农村每天产生30～150 m3的污水，包括0.86～4.31 kg的N和0.05～0.23 kg的P。污水经过生态沟渠处理后，TN的平均去除率和去除效率分别为47.97%和 3.19 g/(m2·d)。TP平均去除率和去除效率分别为49.79%和0.28 g/(m2·d)。该生态沟渠处理系统，适用于地形和气候特征相似的农村地区。

图5 生态沟渠工艺图Fig.5 Ecological ditch process flow chart

图6 组合型生态浮床装置示意图Fig.6 Schematic diagram of combined ecological floating bed

5.2 养殖污水

我国农村多采用厌氧-好氧生物膜法、厌氧-生态修复等技术处理畜禽养殖废水。

Chen等[26]在传统MBR前连接一个缺氧池，缺氧池里加入柔性纤维束，MBR中加入悬浮海绵生物载体，构成缺氧生物滤池-移动床生物膜反应器(AF-MBMBR)(图7)。采用AF-MBMBR处理养殖废水过程中，总有机碳(TOC)的去除率在92.8%～96.2%，脱氮途径主要是短程硝化-反硝化，TN的去除率达到了93.2%。

图7 AF-MBMBR示意图Fig.7 Schematic diagram of AF-MBMBR

图8 养殖废水生态治理技术工艺流程Fig.8 Technological process of ecological treatment of aquaculture sewage

5.3 农产品加工废水

5.3.1 水果加工废水 李鑫华等[28]采用活性污泥法对某厂的甘蔗制糖加工污水进行处理(图9)。设计水处理量为14 000 m3/d，经4个月的调试运行，出水CODCr、BOD5、SS最大去除率为78%，65%，72%，排水符合(GB 5084—92)(旱作)，可回用至甘蔗园进行灌溉。

李素敏[29]采用絮凝气浮+水解酸化+CASS组合工艺对湖南某食品厂柑橘罐头加工废水进行处理(图10)。废水设计水量为3 300 m3/d，出水CODCr、BOD5、SS最大去除率分别为94%，97%，91%，处理效果稳定，出水水质达到 (GB 8978—l996)一级标准。

图9 污水处理工艺流程Fig.9 Sewage treatment process flow chart

图10 污水处理工艺流程Fig.10 Sewage treatment process flow chart

5.3.2 蔬菜加工废水 王伟锋[30]采用莲池湿地对山东临沂市八湖镇某蔬菜脱水企业的大蒜加工废水进行处理。处理工艺为预处理(过滤、沉淀、调节pH值、厌氧处理、曝气)和荷塘生态处理。预处理对CODCr、BOD5、SS的去除率分别为51%～53%，46%～48%，77%～85%。pH值稳定在6.1～7.4之间。荷塘系统对水中CODCr、BOD5、SS的去除率分别超过97%，98%，80%。预处理后的废水在莲花池停留7 d后可达到 (GB 8978—1996)Ⅱ类。另外，大蒜加工废水经预处理后适量灌溉荷塘，可使莲藕产量提高8.3%。

重庆市涪陵区地处三峡库区腹地，是我国著名的榨菜之乡。李家祥等[31]以涪陵区年产精品榨菜5 000 t的乡镇企业为例，采用调节池+初沉池+接触厌氧池+CASS池组合工艺(图11)对其生产废水进行治理。该企业在生产过程中排放最大废水量为200 m3/d，经组合工艺处理后出水稳定。

图11 组合工艺流程Fig.11 Process flow chart

5.3.3 肉类加工废水 目前，肉类加工废水普遍采用水解酸化-好氧组合工艺进行处理。

图12 污水处理工艺流程Fig.12 Sewage treatment process flow chart

图13 工艺流程Fig.13 Process flow chart

6 展望

近年来，我国农村污水处理发展迅速，已经取得相当丰硕的成果，但处理率仍较低，已成为制约农村环境改善的重要因素。农村污水处理作为我国打造美丽村庄的关键环节，需从以下几方面提升我国农村污水处理水平：

(1)因地制宜，根据区域适用性和经济合理性选择污水处理技术模式。

目前，我国农村污水处理没有实现“一水一议”。多个地方选择同一种技术，没有根据不同地区实际需求选用最优方案。未来我国农村污水处理将会更加重视因地制宜，对于规模较大、人口较集中的村庄将会采用村集中处理；有条件的地方可将靠近城镇的村庄纳入城镇生活污水处理系统；对于人口密度较分散的村庄将会采用分散处理模式。

(2)采取多种工艺相结合的综合处理技术。

未来农村污水处理将会更加注重“生物+生态”相结合处理，采用如厌氧沼气池处理技术、稳定塘处理技术、人工湿地处理技术、土壤渗滤处理系统、农田退水减排技术、生物膜法处理技术等“生物+生态”相结合的污水处理综合技术。

(3)将污水治理与农村厕改相结合。

有效衔接农村改厕与生活污水治理，有效减少农村生活污染排放、提高水资源利用率和粪污资源化利用率。鼓励各地结合实际，将厕所粪污、畜禽养殖废弃物一并处理并资源化利用。

(4)建立有效的污水设施运维机制。

在污水设施运行初期，政府负责相应设施的运营与维护，运营一段时间后，逐步过渡到以第三方为主的污水设施运维模式。专业机构的运营与管护，有利于设施的正常运行，便于监管。

(5)建立完善有效的考核与监督机制。

将以往“数字式”的考核方式转变为“以事实说话”的考核方式，重点考察农村污水处理的实效。在国家层面、省级层面以及基层政府层面建立农村污水处理的监督机制。

通过以上改革措施，推进我国农村污水治理，走人与自然和谐相处、经济社会和生态环境相得益彰的可持续发展新路，实现2035美丽中国和美丽乡村建设的要求。