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來源：《生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報》2018年10期

作者：謝林花1， 吳德禮2， 張亞雷2

單位：1陜西科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院;２同濟大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院/污染控制與資源化研究國家重點實驗室

摘要：通過查閱我國2000-2016年共計119項≤ 1 000 m3·d-1農(nóng)村生活污水處理實際工程案例文獻，統(tǒng)計分析我國農(nóng)村生活污水處理的技術(shù)模式、出水執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、6種主要污染物（化學(xué)需氧量、總氮、總磷、氨氮、SS、BOD5）去除率，結(jié)合層次分析法對我國農(nóng)村生活污水處理現(xiàn)狀及發(fā)展態(tài)勢進行分析。結(jié)果表明，57.26%的農(nóng)村生活污水處理工藝的處理水量小于100 m3·d-1；出水水質(zhì)主要執(zhí)行GB 18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，文獻占比為74.99%；處理技術(shù)總體分為生物、生態(tài)和組合處理技術(shù)3大類，組合處理技術(shù)使用最多，多種工藝技術(shù)組合是未來農(nóng)村生活污水處理的主要發(fā)展方向。文獻中對于水質(zhì)指標(biāo)的考核重視程度由高到低分別為COD、總磷、氨氮和總氮，污染物去除的難易程度由易到難分別為COD、氨氮、總磷和總氮。

農(nóng)村生活污水是我國農(nóng)村污染物的主要來源之一，而農(nóng)村污染物已成為影響水環(huán)境的重要因素，進而影響整個農(nóng)村的生態(tài)環(huán)境，同時也制約著農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展。社會主義新農(nóng)村建設(shè)方針的出臺，使我們看到了中國廣大農(nóng)村發(fā)展的新方向和美好前景。要實現(xiàn)這個美好愿景，對農(nóng)村生活污水治理技術(shù)現(xiàn)狀的科學(xué)認(rèn)識就顯得尤為重要。因此，對我國進入21世紀(jì)以來的農(nóng)村污水治理技術(shù)進行分析及評價具有重要的現(xiàn)實意義。筆者通過中國知網(wǎng)收集并總結(jié)了2000—2016年119篇有關(guān)農(nóng)村生活污水處理技術(shù)研究的文獻，分析農(nóng)村生活污水處理技術(shù)的現(xiàn)狀和態(tài)勢，綜述農(nóng)村生活污水處理技術(shù)的各種評價方法，旨在為各農(nóng)村根據(jù)實際情況及需求選擇適用的生活污水處理技術(shù)以及科學(xué)合理開展農(nóng)村生活污水治理規(guī)劃和工程實施提供參考，以期推動社會主義新農(nóng)村建設(shè)。

1 農(nóng)村生活污水處理基本狀況

農(nóng)村生活污水包括生活洗滌污水、廚房和沖廁污水以及養(yǎng)殖畜禽污水等，具有污染面廣、來源多且分散不易收集，成分復(fù)雜，地區(qū)差異較顯著，懸浮物、有機物、氮磷濃度較高等特性。農(nóng)村生活污水量一般低于城鎮(zhèn)，但由于缺乏完善的下水和處理系統(tǒng)、經(jīng)濟基礎(chǔ)薄弱等原因，農(nóng)村生活污水的處理率遠(yuǎn)低于城鎮(zhèn)。污水沿道路邊溝或路面排至附近水體，造成地表水或地下水污染，影響周邊居民的飲用水安全，直接威脅水環(huán)境健康。

據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部數(shù)據(jù)，截至2015年，全國(西藏、港澳臺未列入統(tǒng)計)建制鎮(zhèn)共17 848個，對生活污水進行處理的建制鎮(zhèn)占全國建制鎮(zhèn)總數(shù)的25.3%。全國有1.15萬個鄉(xiāng)、264.5萬個村莊，村莊戶籍人口7.65億人，對生活污水進行處理的鄉(xiāng)僅為815個，占全部鄉(xiāng)的7.1%。這2組數(shù)據(jù)充分說明，有大量農(nóng)村生活污水未得到處理，加強農(nóng)村生活污水處理顯得尤為緊迫和重要。

2 農(nóng)村生活污水處理技術(shù)分類

目前國內(nèi)外應(yīng)用的農(nóng)村污水處理技術(shù)較多，按作用原理可分為物理法、化學(xué)法和生物法3種方法。物理法包括重力、離心和過濾等；化學(xué)法包括混凝、吸附和電解等；生物法包括活性污泥和生物膜法。按照主體技術(shù)單元構(gòu)成分類，主要分為生物處理技術(shù)、生態(tài)處理技術(shù)和組合處理技術(shù)3種。

生物處理技術(shù)指通過微生物在好氧或厭氧條件下分解吸收污水中的有機物、氮和磷。好氧生物處理需要動力給污水充氧培養(yǎng)微生物，常用方法有厭氧-好氧(AO)法、序批式活性污泥(SBR)法和生物轉(zhuǎn)盤等。厭氧生物處理不需要動力，主要是利用厭氧微生物的代謝活動將有機物轉(zhuǎn)化為CH4和CO2等，常用方法有厭氧生物濾池和厭氧沼氣池等。

生態(tài)處理技術(shù)是利用土壤-植物-微生物復(fù)合系統(tǒng)共同作用的原理，通過過濾、吸收和分解作用使污水得到凈化，常用方法有人工濕地、土壤滲濾凈化系統(tǒng)和氧化塘等。

組合處理技術(shù)指上述2種處理技術(shù)的結(jié)合或某一種技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)部不同工藝形式的結(jié)合，主要包括3種：生物+生物處理組合，如厭氧濾床-接觸氧化凈化槽、厭氧-缺氧-好氧生物脫氮除磷工藝(A2O)-膜生物反應(yīng)器(MBR)一體化工藝；生態(tài)+生態(tài)處理組合，如人工濕地+穩(wěn)定塘、生態(tài)浮床與人工濕地組合工藝；生物+生態(tài)處理組合，如厭氧消化+人工濕地+氧化塘、太陽能A2O+潛流人工濕地。每種技術(shù)都有各自的優(yōu)勢和特點，利用生物處理可以降低污水中污染物濃度；通過生態(tài)處理可以降低管理難度并控制運行成本；借助組合工藝可以進一步提高系統(tǒng)處理效能并探索改良方法。

3 我國農(nóng)村生活污水處理技術(shù)應(yīng)用狀況分析

通過文獻調(diào)研，收集了2000—2016年處理水量低于1 000 m3·d-1的全國各地農(nóng)村生活污水處理工程近150項，經(jīng)過篩選只有119項同時滿足以下2個要求：一是有明確處理水量；二是有具體的污染物去除率數(shù)據(jù)或有滿足的排放標(biāo)準(zhǔn)。采集農(nóng)村污水處理工藝案例的年份與工藝數(shù)量關(guān)系見圖1。

從圖1可見，工藝案例數(shù)量隨年份呈波浪式變化，這可能是工藝案例采集的不完全性以及對采集文獻案例的條件限制所致，盡管如此，依然可以看出，2000—2016年農(nóng)村生活污水處理技術(shù)研究文獻總體呈逐年增長趨勢，說明對農(nóng)村生活污水的污染控制已引起學(xué)者們的廣泛關(guān)注。對農(nóng)村生活污水分散處理工藝規(guī)模分布的調(diào)查(圖2)表明，57.26%的工藝處理水量≤100 m3·d-1，其次是>100~500 m3·d-1之間(32.47%)，而處理水量大于500 m3·d-1的工藝只占7.69%。說明農(nóng)村生活污水排放較分散，水量低。

對農(nóng)村生活污水119個工程案例進行分類，可分別歸入生物處理、生態(tài)處理和組合處理這3種技術(shù)模式，占比分別為5.88%、14.29%和79.83%。生態(tài)處理技術(shù)中，人工濕地、氧化塘和土地滲濾工藝占比分別為72.22%、11.11%和16.67%。組合處理技術(shù)中，以生物+生態(tài)處理組合占比最多，為71.28%，生物+生物和生態(tài)+生態(tài)處理組合占比分別為19.15%和9.57%。由此可知，農(nóng)村生活污水處理技術(shù)中組合處理技術(shù)使用頻率最高，其次是生態(tài)處理技術(shù)，使用最少的是單一的生物處理技術(shù)。說明農(nóng)村生活污水組成成分復(fù)雜化，單一的處理工藝出水難以滿足國家的排放標(biāo)準(zhǔn)和收納水體的環(huán)保需求，需要多種工藝組合以達(dá)到強化系統(tǒng)凈化能力的目的。

組合處理技術(shù)中生物+生態(tài)處理技術(shù)模式使用最多，這種模式的前段生物處理主要去除有機物和部分營養(yǎng)物質(zhì)，后續(xù)生態(tài)處理進一步脫氮除磷，前段生物處理可以彌補后續(xù)生態(tài)處理易受氣候變化影響、處理效果不穩(wěn)定等缺點，從而更高效地處理污水，提高出水水質(zhì)，增強系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。相比較于其他2種處理技術(shù)，生物和生態(tài)組合技術(shù)需綜合考慮農(nóng)村地區(qū)的經(jīng)濟地理環(huán)境條件、地域氣候差異以及當(dāng)?shù)貤l件、運行管理、污泥產(chǎn)量和實際工程案例等因素，將污染控制與保護和改善當(dāng)?shù)氐乃�環(huán)境和生態(tài)環(huán)境相結(jié)合，進而實現(xiàn)農(nóng)村區(qū)域性的水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)。

4 農(nóng)村生活污水處理出水執(zhí)行排放標(biāo)準(zhǔn)分析

在119篇文獻中，有84篇文獻注明出水執(zhí)行的具體標(biāo)準(zhǔn)號，占70%。在注明排放標(biāo)準(zhǔn)的文獻中，依據(jù)最多的標(biāo)準(zhǔn)是GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(一級A和一級B標(biāo)準(zhǔn)分別占26.19%和40.47%，未注明級別占8.33%)，其次是GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(一級和二級標(biāo)準(zhǔn)分別占5.95%和3.57%)，此外還有北京市地方標(biāo)準(zhǔn)的DB 11/307—2005《水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(一級A和一級B分別占1.19%和4.76%，未注明級別占3.57%)和GB 5084—2005《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(5.95%)。

以上數(shù)據(jù)說明目前針對農(nóng)村生活污水處理技術(shù)的實踐中，研究者的關(guān)注重點主要在于污染處理技術(shù)，該現(xiàn)象與我國農(nóng)村生活污水治理起步較晚有關(guān)。截至目前，尚未出臺國家層面的農(nóng)村生活污水處理排放標(biāo)準(zhǔn)，造成各地農(nóng)村在工藝選擇和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)中面臨許多實際問題，也使得各項技術(shù)在研發(fā)過程存在無明確標(biāo)準(zhǔn)可以參照的問題。

5 各處理技術(shù)污染物考核指標(biāo)分析

5.1 水質(zhì)指標(biāo)分析

在查閱的119篇文獻中，有91篇文獻注明具體水質(zhì)指標(biāo)值�？己说乃�質(zhì)指標(biāo)主要包括COD、氨氮、總氮、總磷、SS和BOD5這6項指標(biāo)。圖3是這6項主要水質(zhì)指標(biāo)在有數(shù)據(jù)實例文獻中的涵蓋比例情況。

從圖3可以看出，對COD、氨氮、總氮和總磷這4項指標(biāo)的考核率均超過60%。其中，考核COD指標(biāo)的農(nóng)村污水處理技術(shù)文獻數(shù)量最多，占92.31%，說明農(nóng)村生活污水處理的首要任務(wù)是降解有機物，以解決水體黑臭問題；其次是總磷和氨氮，考核比例分別達(dá)82.42%和75.82%；而對總氮的考核比例略低，僅為68.13%；SS和BOD5的考核比例相近，分別為42.86%和40.66%。在指標(biāo)組合的綜合考核中，同時考核COD、氨氮、總氮和總磷4個指標(biāo)的文獻比例要遠(yuǎn)高于其他組合，占比達(dá)34.07%。這說明各地農(nóng)村生活污水處理出水指標(biāo)考核中對氮去除的重視程度加強。但不容忽視的是，其他任意組合指標(biāo)的考核比例也較高，說明目前農(nóng)村生活污水排放指標(biāo)不統(tǒng)一，隨意性較大。

5.2 污染物去除率分析

不同地區(qū)農(nóng)村由于經(jīng)濟發(fā)展水平、居民生活習(xí)慣、文化背景以及水文等自然條件的差異，生活污水的排放特征也大相徑庭。不同農(nóng)村生活污水處理技術(shù)對水質(zhì)指標(biāo)的去除效率也不盡相同。在所考察的污水處理技術(shù)中，6類主要污染物指標(biāo)的去除效率分布如圖4所示。

從圖4可以看出，COD去除率為>80%~90%的工藝所占比例最高，為38.55%；總體上74.7%的工藝COD去除率都達(dá)70%以上；BOD5去除率>70%的工藝所占比例高達(dá)97.22%，普遍較高的COD和BOD5去除率說明農(nóng)村生活污水中的有機物比較容易去除，符合農(nóng)村生活污水可生化性較好的特點。氨氮和SS的去除率也相對較高，去除率>70%的工藝所占比例分別為75.35%和87.18%;其次是總磷，去除率>70%的工藝比例為68.91%, 但總氮的去除率相對較低，去除率>70%的技術(shù)占比僅為50.0%，而去除率≤60%的工藝占比也達(dá)35%，提高總氮去除效率可以作為未來農(nóng)村生活污水處理技術(shù)的研發(fā)重點之一。

農(nóng)村生活污水處理是否一定要求做到脫氮除磷，需要根據(jù)處理后的出水用途進行具體判斷。若經(jīng)處理后的農(nóng)村生活污水選擇直接排放至附近受納水體中，污水處理技術(shù)應(yīng)當(dāng)實現(xiàn)以上4類主要污染物的削減排放，以達(dá)到環(huán)境保護的目的；若經(jīng)處理后的生活污水用作農(nóng)田灌溉、漁業(yè)、沖廁等回用用途，則應(yīng)適當(dāng)放寬污水脫氮除磷的處理要求，以實現(xiàn)對污水中富含氮、磷的資源化利用。

6 農(nóng)村生活污水處理技術(shù)評價

農(nóng)村生活污水處理技術(shù)有很多種，選擇時不僅要考慮技術(shù)本身的適用性，還要考慮經(jīng)濟、管理以及環(huán)境等因素。通過調(diào)研，發(fā)現(xiàn)層次分析法是農(nóng)村生活污水處理技術(shù)較為常用的評價方法(表1)。

定量分析方法相結(jié)合的多目標(biāo)決策分析方法。該方法將復(fù)雜問題分成若干層次和若干指標(biāo)，把這些指標(biāo)按支配關(guān)系分組并鏈接成有序的遞階層次結(jié)構(gòu)，構(gòu)建一個層次結(jié)構(gòu)模型。對同一支配指標(biāo)下的所有指標(biāo)進行兩兩比較，建立兩兩比較的判斷矩陣，通過計算判斷矩陣的最大特征值和對應(yīng)的特征向量，確定每一層次中指標(biāo)相對于其上支配指標(biāo)的重要性(即權(quán)重)，然后逐層合成指標(biāo)權(quán)重，得到最低層相對于最高層的綜合指標(biāo)權(quán)重，根據(jù)綜合權(quán)重按最大權(quán)重原則確定最優(yōu)方案。

由表1可知，農(nóng)村生活生物污水處理技術(shù)的評價指標(biāo)體系一般分為技術(shù)性能、經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和管理效能4個準(zhǔn)則層和若干指標(biāo)層。盡管存在工藝案例的地區(qū)差異以及評價體系中指標(biāo)層的指標(biāo)選擇差異，但依然明顯看出，無論是和其他工藝配合的組合工藝，還是單一工藝，包含人工濕地的工藝被確定為最佳可行工藝的次數(shù)最多，說明人工濕地處理工藝雖然占地面積較大，但是在農(nóng)村生活污水處理中優(yōu)越性最強，體現(xiàn)了人工濕地工藝運行可靠的優(yōu)點。同時，生物+生態(tài)組合技術(shù)也凸顯優(yōu)勢，表明生物+生態(tài)和生態(tài)組合法將是我國未來農(nóng)村污水處理的發(fā)展趨勢和主導(dǎo)力量，這與該研究前段的調(diào)研結(jié)論相符。

7 總結(jié)

通過對119項農(nóng)村生活污水處理工程案例文獻調(diào)研、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析以及運用層次分析法對處理技術(shù)的評價可以看出，我國農(nóng)村生活污水處理技術(shù)目前主要可分為生物、生態(tài)和組合處理技術(shù)3種。生態(tài)處理技術(shù)中人工濕地工藝目前使用較廣。組合技術(shù)中的生物+生態(tài)組合處理技術(shù)因其符合農(nóng)村生活污水的特點以及農(nóng)村獨特的地理環(huán)境而得到更多的開發(fā)使用，將有更廣闊的發(fā)展前景。未來總的發(fā)展趨勢是多種技術(shù)的組合，而多種工藝單元組合的創(chuàng)新技術(shù)是我國農(nóng)村生活污水處理技術(shù)發(fā)展的主要方向。

我國農(nóng)村生活污水處理工藝多種多樣，但都缺少規(guī)模效應(yīng)以及標(biāo)準(zhǔn)建構(gòu)，目前我國農(nóng)村生活污水排放標(biāo)準(zhǔn)缺失，去除效能的評價指標(biāo)體系不完備，建議今后國家在開發(fā)各種污水處理技術(shù)、提升技術(shù)效能的同時盡快完善農(nóng)村污水排放標(biāo)準(zhǔn)，建立、健全對農(nóng)村污水處理技術(shù)的評價體系，在對農(nóng)村生活污水處理鼓勵技術(shù)創(chuàng)新的同時，應(yīng)集中應(yīng)用和重點發(fā)展少數(shù)幾種技術(shù)成熟的生物處理技術(shù)，且要盡快使這些處理工藝及其技術(shù)形式標(biāo)準(zhǔn)化。