农村分散式生活污水处理技术适用性探讨

裴 菲

（中煤科工集团杭州研究院有限公司 浙江杭州 311201）

引言

截至2019 年末，我国农村常住人口占总人口的比重为39.40%。因此，我国农村地区排放了大量的生活污水，农村生活污水未经处理且随意排放会影响农村居民的身体健康[1]。目前，我国城镇污水处理设施已日趋完善，环境治理的方向逐渐转移到农村地区，农村生活污水治理已经成为我国环境治理的重点[2]。

我国农村地区分布范围广且村民居住分散，农村生活污水具有排放量较小、水质水量波动较大、间歇性排放等特点[3][4]。因此，农村生活污水不宜进行集中处理。分散式污水处理技术的优点包括管网维护与建设费用较低、外部环境影响较小，是一种新型且经济环保的污水处理技术[5]。

因此，本文总结了农村生活污水的特点，归纳了处理农村分散式生活污水的技术要求，通过比较现有典型处理工艺并探讨适用于农村分散式生活污水的处理技术。

1 农村生活污水特点

我国农村生活污水中的灰水碳氮比低且有机质相对较少，而黑水中含有超过90%的TN、TP，以及50%的COD[1]。一般农村分散式生活污水的COD 为250～400mg/L，BOD5为120～200mg/L，NH3-N 为40～60mg/L，TP 为2.5～5mg/L[6]。可见，农村污水排放浓度较低，污水中大多不含有毒有害物质且可生化性较强[7][8]。

我国农村区域排水量一般小于500m3/d，由于受到季节的影响比较大，合流制排水系统在夏季排水量比冬季大[7]。我国农村生活污水呈间歇分散式排放，污水难以统一收集，而且污水排放具有时间的不确定性和水量的波动性[9]。因此，农村生活污水特点可以总结为：

（1）污水中含有氮、磷和COD，几乎不含有毒有害物质且可生化性较强；

（2）季节特征明显，夏季排放量比冬季大；

（3）间歇分散式排放且难以统一收集；

（4）污水排放具有时间的不确定性和水量的波动性。

2 处理技术适用性分析

根据农村生活污水的特点，选用的处理技术能够解决以下4个问题：

（1）建设投资省，运行费用低。我国农村地区的经济基础比较薄弱，建设投资和运行费用不宜过高。

（2）操作简单，维护方便。目前，我国农村地区的运行管理人员以当地农民为主。因此，处理设施不宜频繁排泥，维护频率和维护人员专业也不宜要求较高。

（3）抗冲击性强，工艺稳定。根据原水水质、水量的特点，处理工艺能够适应较强的水力负荷且适应较大水质水量波动以及环境气候改变。

（4）处理效果好，出水水质能够符合国家以及地方现行的相关规定。

处理分散农村生活污水和集中城市生活污水对处理技术适用性的要求不同，根据以上分析可以概括为表1。

表1 处理不同类型生活污水工艺适用性要求对比

3 典型工艺的适用性

3.1 膜生物反应器

膜生物反应器（MBR）结合了生物处理技术和固液分离技术的优点，膜组件的使用确保了稳定的处理效果，而且MBR 技术也可以实现膜的高效分离。因此，MBR 工艺具有稳定的处理性能和良好的抗冲击负荷能力[10]。

常园园[11]等采用新型模块化MBR 工艺处理湖州市南浔区农村生活污水，结果表明：污水中CODCr、BOD5、NH4-N、TP、SS 的去除率分别为90%、97%、80%、90%、97%。可见，MBR 工艺运行稳定，出水水质好，能适应较强的水力负荷和水质水量的变化。

MBR 工艺容易导致膜的污染，为保证膜的使用寿命，膜必须进行清洗和反冲洗。裴亮[12]等采用地下水反冲洗、弱酸洗、弱碱洗这3 种方式对膜进行清洗，可分别使膜通量恢复到原来的66%、89%和84%。郭浩[13]等通过试验对膜组件进行反冲洗，结果表明：当膜通量可以维持在35L/m2/h 以上时，可以避免膜的污染。

王琦[14]等研究指出：MBR 工艺处理污水的能耗是常规工艺处理污水能耗的1～2 倍。可见，MBR 工艺的运行费用较高。

目前，限制MBR 工艺应用的主要限制性因素为膜的污染和较高的能耗，而且该工艺对维护人员的专业要求也较高。因此，MBR 工艺适合在我国东部较为发达的近郊农村社区应用。

3.2 土地渗滤系统

该系统是通过土壤过滤、吸附和生物降解等作用处理生活污水，能够实现地下水的补给和区域的水量平衡。该系统也是一个植物-土壤-微生物复合生态系统，在物理、化学、生物的综合作用下，可降解的有机污染物实现了无害化，且氮、磷等营养物质实现了资源化[15]。

刘雪美[16]总结了该处理系统的主要优点：位于地下，地表环境不受影响；抗冲击负荷强，不受外部气候环境影响，氮磷的去除率较高。华文才[17]等采用地下土壤渗滤技术对上海市金山区的农村生活污水进行试验研究，结果表明：当水力负荷为60mm/d时，出水达到了回用水质标准，而且有机物和氮磷的去除率分别达到80%和95%以上。相关科研院所、高校也对该技术进行了研究，结果表明：有机物、氮磷的去除率较高，运行费用低，维护方便，而且该技术在冬季能够稳定运行[18]。可见，土壤渗滤技术的处理效果好，运行费用低，维护方便，抗冲击性强且工艺稳定。

尽管传统土壤渗滤系统具有很多优点，但也存在易堵塞、处理负荷低、脱氮效果差等缺点[19]。因此，国内学者对传统土壤渗滤系统进行改良。吕晶晶[20]等采用前置微纳米曝气改良型土壤渗滤系统研究生活污水的处理效果，试验结果表明：当水力负荷为4L/d 时，氨氮、总氮、总磷、CODCr的平均去除率分别可达96.5%、66.4%、92.6%、83.7%，脱氮效果优于传统的土壤渗滤系统，系统不易堵塞。邹渊[21]研究了改良型土壤渗滤系统对农村生活污水的处理效果，结果表明：当水力负荷为8cm/d、分流比为2:1 时，系统达到了最佳的运行工况，且系统对氨氮、总氮、总磷、CODCr的去除率分别为80.07%、63.78%、89.93%、82.36%。

显然，改良型土壤渗滤系统克服了该系统易堵塞、处理负荷低、脱氮效果差等缺点，适宜在我国农村地区推广应用。

3.3 人工湿地

人工湿地是在人为控制的条件下，由基质、植物和微生物构成，具有较好的污染物去除效果[22][23]。由于人工湿地具有成本较低、能够有效处理与控制农村污水产生的二次污染等特点，具有很好的适用性[24]。周玮[25]等采用人工湿地处理农村污水的研究指出：污水处理效果较好，运行管理方便，投资费用一般为生物处理的1/3～1/4，运行费用一般为生物处理的1/5～1/6。王世和[26]等通过自行建造的人工湿地模型，对污水处理厂的初沉池出水进行试验，结果表明：污水中的BOD、COD、SS 等处理效果明显优于生物处理；进水的水力负荷对各种污染物处理效果受到水深的影响较大，进水负荷承载力差；当水深为60 米时，水力负荷达到最佳，最佳的水力负荷为45.2～50.4cm/d，此时对各种污染物处理效果最好。

在冬季气温较低的地区，湿地植物和微生物一旦失活，人工湿地的处理效果会受到很大影响。为了保障人工湿地在冬季时依然具备良好的处理效果，国内学者已对人工湿地技术进行了改进研究。唐抒圆[27]等采用潜流式和表面流人工湿地串联的组合工艺对吉林地区农村污水进行处理，研究发现：冬季时人工湿地不处理污水，仅用作污水储存，处理效果比较稳定。

因此，人工湿地具有处理效果较好、运行管理方便、投资及运行费用低等优点，但同时也具有进水负荷承载力差、受季节影响较大等缺点。

3.4 生物-生态组合处理

随着我国农村生活污水排放标准的提高和加快推进美丽乡村建设，单一的处理技术已经难以满足更加严格的排放标准，采用生物-生态组合处理技术可以实现农村生活污水的最终达标排放。目前，“生物＋生态”组合模式在我国农村地区研究和应用较多，生物处理为前端工艺，该工艺能够去除有机物和部分营养物质、克服生态工艺易堵塞的问题、降低水力负荷；生态处理为后端工艺，该工艺能够很好地解决脱氮除磷工艺复杂、建造费用高的问题[28]。

谢晴[29]等采用了“A2/O 生物前处理—人工湿地”工艺处理成都平原地区一处农村社区的生活污水，结果表明：污水中SS、CODCr、BOD5、NH3-N、TP 的去除率分别能达 到95%、86%、94%、79%、90%；此工艺是典型的生物—生态组合处理技术，日常运行维护简便、运行费用较低。袁红丹[30]研究了生物滤池—人工湿地组合工艺处理上海市郊区的农村生活污水，结果表明：处理效果好，建造成本和运行费用低，结构简单，便于维护是该工艺的主要优点。可见，生物—生态组合工艺处理农村生活污水效果较好、管理维护简便、建造成本和运行费用低，适合应用于经济条件较好的近郊农村社区生活污水分散式处理。

根据适用于处理农村分散式生活污水的技术要求，对上述4种处理工艺进行评价，结果如表2 所示。

表2 典型工艺处理农村分散式生活污水适用性对比

由表2 可以看出，生物-生态组合处理工艺更适合处理农村分散式生活污水。

结语

目前，单一的生物或生态处理工艺已经广泛应用于农村分散式生活污水的处理，但是都存在自身的局限性。膜生物反应器的处理效果较好、抗冲击负荷能力强且能适应水质水量的波动，但是膜的污染和较高的能耗会让运行费用增加，且对维护人员的专业要求也较高。土地渗滤系统的抗冲击负荷强、受到环境气候的影响较小，且运行费用较低、维护方便，但是该系统易堵塞、处理负荷低、脱氮效果较差。人工湿地的运行管理方便、建设投资及运行费用低、脱氮除磷的效果好，但是该技术进水负荷承载力差、处理效果受季节影响较大。

刘云国[28]等认为目前的某种生物或生态处理技术不能在我国农村地区推广。李发站[31]认为生物-生态组合处理工艺相比单一的生物或生态处理工艺具有较大的优势，值得深入研究和应用。可见，生物-生态组合处理工艺可以实现单一工艺的优劣互补，形成一套较为适用的污水处理流程。

因此，比较适用的农村分散式生活污水处理工艺应该具备：建设投资省，运行费用低；操作简单，维护方便；具有较强的抗冲击负荷能力；运行稳定，能够适应较大水质水量波动以及环境气候改变；处理效果好，出水水质符合国家和地方现行的相关规定。