农村生活污水分散式生态处理工艺技术分析

刘君 ，邱敬贤 ，黄安涛

（1.航天凯天环保科技股份有限公司，湖南长沙410100；2.长沙环保（服务）工业技术研究院，湖南长沙410100）

近年来，随着未经处理生活污水和农业径流的增加，显著提高了氮和磷对水生生态系统的输入，如不加以处理，高浓度氮磷会引起水库、河流、湖泊等生态水体的富营养化，甚至黑臭[1]。但因我国农村地区，尤其是偏远乡村，因地形的限制，生活污水具有排放分散、不均匀、收集困难等特点，采用集中式污水处理系统会导致管网铺设困难、投资成本高、运行维护难度高等问题，使农村地区因资金困难无法承受[2]。比如一些传统的工艺技术活性污泥法，处理成本高，并要求受过培训的专业人员进行操作和维护，不适应农村环境，导致农村生活污水处理率很低。因此，废水通常收集不好，直接排放到水体环境，从而造成重大的环境问题和健康风险[3]。

为进一步贯彻党的十九大精神，全面落实“乡村振兴”的战略部署，实现美丽乡村建设目标，应根据农村生活污水的特点和农村所处地理位置，因地制宜选择污水处理工艺。目前，农村生活污水的生态处理技术主要有以下几种：（1）人工湿地；（2）生物滤池；（3）稳定塘；（4）多级土壤渗滤系统。采用生态法处理时，占地面积大，出水水质受季节和基质影响，大部分生态处理系统在运行过程中呈现处理效率低，甚至造成二次污染。故在选择农村生活污水生态处理技术时，需慎重考察项目背景、了解工艺技术原理、计算设计参数及分析目前存在的问题。

1 农村生活污水分散式生态处理工艺

1.1 人工湿地

人工湿地是20世纪70年代发展起来的一种污水生态处理技术，通过系统中填料-水生生物-微生物的物理、化学、生物的三重协同作用，通过基质过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物降解来实现对污水的高效净化[4]。水生生物通过光合作用经过根茎将氧从上部传输至根部，形成一个好氧环境，远离根部位置出现厌氧环境，根据植物的分布，人工湿地中依次出现好氧-厌氧环境，从而为污水处理提供了有利的生物反应条件。

人工湿地从单一净化污染水体，发展成为可以收集雨水、增加景观多样性的生态综合系统[5]，应用范围越来越广。利用高差营造景观，既有利于因地制宜降低工程成本，也有利于营造丰富的乡村景观空间变化。张跃峰等[6]利用厌氧池-接触氧化渠-新型人工湿地工艺及水解池-脉冲生物滤池-人工湿地工艺，分别在江苏省300多个村庄应用，出水主要水质指标均可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级B标准。与其他生物处理技术结合，构成村庄生活污水处理的主要工艺，同时人工湿地的合理构建形成了建设美丽乡村的可持续景观。

1.2 生物滤池

生物滤池作为经典的生物膜反应器己成为一种成熟的工艺。通常由填料滤床、布水设备和排水系统组成，填料表层附着生长各类微生物，形成生物膜。当水流经填料表面时，填料通过截留、吸附水体中的污染物质，同时空气中的氧气分子不断向生物膜内部扩散；表层微生物通过氧化分解、降解代谢等作用去除填料截留的污染物，从而使污水得以净化[7]。

宁波市世行贷款农村生活污水项目大都采用生物滤池工艺，宁波市农业科学研究院[8]对其处理效果进行了分析，COD，BOD，SS和TN污染物平均处理率分别为66.9%，68.7%，68.9%和61.5%，且在不同运行年限下，各污染物的年平均处理率基本稳定。曹大伟等[9,10]在宜兴市大浦镇采用地埋式一体化生物滤池工艺处理农村生活污水，该工艺具有较强的抗冲击负荷能力，并能有效去除生活污水中的COD，NH3-N，TN及TP，其中硝化效果尤为突出。对COD的去除效果受温度的影响小，平均去除率达73.3%，而该工艺的脱氮除磷效果受温度的影响显著，低温条件下对NH3-N从87.0%降到了66.8%，TN的平均去除率从64.8%降到48.1%，导致这一现象的原因主要是硝化作用不完全，故需采用一定的保温措施对其进行处理。其可采用自然通风，运行费用少，便于管理，适用于地形坡度大、进水水质和水量波动大的自然村或中小型聚居点的污水处理，具有一定推广价值。

1.3 氧化塘

氧化塘又称为稳定塘或生物塘，是一种类似池塘的处理设备，其对污水的净化过程类似水体自净，通过水体的稀释、微生物的降解使污水得到净化。水体中的溶解氧主要由于藻类植物的光合作用及水体表面与空气直接接触的复氧提供。基于农村的特点，可以有效利用坑塘设计出集内在养殖、调节水源、防洪抗旱、污水处理等重要作用于一体符合农村经济发展的多功能氧化塘。坑塘是农村地区显著的自然特征之一，但现在的农村由于环境污染几乎找不到有水的坑塘，废弃坑塘的重新使用具有明显的生态、环境或经济效益，故坑塘整治也成为农村环境整合整治的重要部分。

近年来，我国安达市、齐齐哈尔市和番禺市等利用生态塘对污水进行了处理，且运行和处理结果都比较成功[11，12]。如能将坑塘整治和农村生活污水治理有效结合，不仅有效解决了坑塘水环境和周围环境问题，而且还使得农村养殖业和水生植物种植业更好地发挥经济效益，带动当地居民的经济发展。

1.4 多级土壤渗滤系统

近年来，多级土壤渗滤系统（Multi-soil-layering system，MSL）作为一种新型的生活污水处理工艺已在泰国、日本、美国和中国推广和应用[13-16]。其主要原理是内部交替设置渗滤层和土壤模块层，使其形成一个类似“多级A/O”系统，通过厌氧和好氧交替处理能有效去除污水中有机物、N和P等污染物，曝气相关参数成为影响MSL系统净化效率的关键因素。且其具有占地面积小、液压容量大、维护简单、使用寿命长等特点，与其他土地处理系统相比具有明显的优势，故有潜力成为发展中国家可持续的农村生活污水处理工艺之一。

LahbibLatrach等[17]采用两级垂直流MSL系统，高效去除干旱农村地区生活污水中的TSS，BOD5，COD，TN，TP，以及大肠杆菌和病原体，去除效率均达到了91%，但该系统的长期处理效果是有待验证的。且将其应用到实际工程项目中还存在一定的不足，如针对低浓度有机污水因碳源不足影响反硝化作用，进而降低氮的去除率。为解决这一问题，可以选择含碳源渗滤层补充碳源，但目前有关MSL系统渗滤层材料的研发还未见报道。因此，研发出渗滤层材料是MSL系统推广应用的一大亮点。

2 存在的问题

由于农村地区地势广阔但不平整，资金缺乏，人员专业管理能力有限等，对农村污水处理技术，应根据其特点选择分散式、建设投资和运行成本省、运行管理方便但处理效率高的处理方法。

总体来说，生态处理技术具有成本低、运行管路方便、占地面积大的特点，更符合农村生活污水的处理，但在运行过程中还是存在很多问题。生态处理技术由于受气候温度因素、进水悬浮物、植物和基质搭配、后期维护管理的影响较大，基质堵塞、出水不能达到预期效果，甚至造成二次污染，是生态处理技术在实际运行过程中常见的问题。

3 结论

针对目前存在的问题，应采取对应的措施进行处理和维护，常见的处理措施是污水处理技术联用，尤其是在污水进入生态系统之前，对其进行预处理以降低污水中的悬浮物防治基质堵塞或氧化塘的复氧效果，如格栅、沉沙池、化粪池等。为避免问题再现，针对项目需优先分析项目地势背景、污水水质条件，对其分析设计出因地制宜的生态处理技术或组合生态处理技术，以提高生态处理技术的处理效率。在实际应用中，生态处理技术还与市场上正广泛推广和应用的分散式污水处理设备组合使用，以提高出水水质，达到更严格的排放标准，减少污水对河流湖泊的污染。生态处理技术与其他污水处理技术相比，在表现出诸多优越性的同时，还存在许多问题限制了其推广。