鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略是黨的十九大報告提出的重要戰(zhàn)略, 指出“要像對待生命一樣對待生態(tài)環(huán)境”。隨著社會的不斷進步, 農(nóng)村經(jīng)濟水平迅速發(fā)展, 農(nóng)民生活質(zhì)量也逐步提高, 然而伴隨而來的農(nóng)村經(jīng)濟與環(huán)境建設不協(xié)調(diào)發(fā)展導致的問題也日漸凸顯, 其中以水環(huán)境污染問題最為嚴重。因此, 優(yōu)選農(nóng)村生活污水治理技術, 優(yōu)化農(nóng)村生活污水治理方式, 全面提高農(nóng)村水環(huán)境質(zhì)量, 是農(nóng)村振興戰(zhàn)略的迫切需要, 也是全面建成小康社會的主題。

1 農(nóng)村生活污水治理現(xiàn)狀

近些年各級政府采取多種措施, 開展農(nóng)村環(huán)境綜合整治、秀美鄉(xiāng)村建設等工作, 著力治理農(nóng)村環(huán)境“臟、亂、差”現(xiàn)象, 農(nóng)村環(huán)境大有改善。但由于農(nóng)村經(jīng)濟條件限制以及居民環(huán)境保護意識的缺乏, 且農(nóng)村生活污水治理尚處于起步階段, 存在的問題不少, 治理現(xiàn)狀不容樂觀, 主要表現(xiàn)在如下方面:

1.1 污水收集不徹底

農(nóng)村生活污水主要包括沖廁水、洗滌用水、餐廚廢水等。通過新農(nóng)村建設, 如今部分鄉(xiāng)村已將旱廁改為水沖廁所, 但缺乏完善的污水收集系統(tǒng), 污水收集仍不徹底, 粗放式的排放方式使大部分生活洗滌用水和餐廚廢水以及部分散養(yǎng)禽畜的糞尿直接滲入地下或排入溝渠。由此引發(fā)的生活污水露天徑流和地下滲漏等問題, 不但導致了農(nóng)村生活環(huán)境的惡化, 而且易對地表及地下水造成污染。

1.2 化糞池防滲漏不規(guī)范

目前不論是旱廁還是衛(wèi)生廁, 污水直排現(xiàn)象普遍, 特別是修建較早的房屋, 均未建化糞池;新建的房屋雖有化糞池, 但大部分沒有三格設計, 防滲漏效果差, 即使是采用標準的三格式化糞池, 也因為化糞池儲存容量不足, 沖廁時產(chǎn)水量大, 若未有管網(wǎng)收集和污水處理系統(tǒng), 也一樣會滲漏或溢出。

1.3 管網(wǎng)設置不合理

部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村雖然建有污水管網(wǎng)收集系統(tǒng), 但普遍存在如下問題:雨污不分流;沉淀池、檢查井標高及位置設置不規(guī)范, 下雨漲水季節(jié)出現(xiàn)倒灌現(xiàn)象;管網(wǎng)坡度設計套用城市排水設計標準, 未能因地制宜, 使得管徑過大或坡度過小, 導致污水無法順利排出, 排水管道變成了儲水池, 管內(nèi)的污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)生惡臭。

1.4 治理設施不健全

目前農(nóng)村生活污水處理設施缺失, 據(jù)統(tǒng)計, 全國僅有不到10%的農(nóng)村建設了污水處理設施, 而設施正常運行的比例更小, 幾乎大部分的農(nóng)村生活污水未經(jīng)處理, 直接排入水體或滲入地下。有些已建的農(nóng)村污水處理系統(tǒng), 因基建投資大、運行費用較高、專業(yè)技術力量不足以及日常維護跟不上等, 處于閑置狀態(tài), 治理效果不理想。比如, 人工濕地因占地面積大, 為減少占地設計負荷過高, 運行時間很短就出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象;傳統(tǒng)活性污泥系統(tǒng)則經(jīng)常需要根據(jù)污泥狀態(tài)及時調(diào)整工藝參數(shù), 一旦無專業(yè)技術人員值守, 就容易出現(xiàn)處理不達標現(xiàn)象;移動式一體化MBR膜處理系統(tǒng)因設備運行、膜清洗和更換成本費用較高, 大多數(shù)地區(qū)難以承受, 導致大部分污水處理站成了“曬太陽”工程等等。

1.5 工藝設計與排放要求不匹配

很多敏感地帶水質(zhì)要求比較高的區(qū)域, 選擇生態(tài)處理, 認為生態(tài)處理投資低、運行管理簡單、處理效果好。比如, 國家自然保護區(qū)、飲用水源保護地、重點保護的江河流域地帶大多采用人工濕地、氧化塘工藝處理設施, 這實際上是把一個末端處理單元當成了全流程工藝。該類處理工藝只能作為生物處理后的末端深度處理單元, 用來進一步降低氮磷等無機營養(yǎng)指標, 若直接處理生活污水, 則不能滿足水體污染物排放標準。因此生態(tài)處理在這些重點地段絕不能作為整套污水處理工藝, 更不能成為農(nóng)村污水治理的主流技術[2]。

2 農(nóng)村生活污水的主要特點

農(nóng)村生活污水成分復雜, 除居民的生活用水外, 還混有高濁度的雨水以及散養(yǎng)畜禽的排泄物等, 具有單個處理量小、日變化系數(shù)大、可生化性較好、收集難度大等特點。

2.1 單個處理量小

農(nóng)村居民居住相對分散, 單戶人口數(shù)較少, 生活污水人均排放量較小 (80～100kg/d) 、污水處理量也不是很大。一個200戶、1000人左右的自然村, 即使全部收集出水量, 也就100t/d左右。

2.2 日變化系數(shù)大

農(nóng)村以農(nóng)村居民為主、工礦企業(yè)少, 村民的生活規(guī)律相近, 污水的排放在清晨、中午、傍晚三個時間段水量相對較大, 而夜間的排水量小, 甚至可能斷流。污水排放具有水量變化幅度大、排水不連續(xù)的特點, 日變化系數(shù)為3.5～5.0。污水量季節(jié)變化也很明顯, 夏季污水排放量遠高于冬季。

2.3 可生化性較好

農(nóng)村用水大部分是居民用水, 除糞尿、洗滌水、餐廚水外, 還有少許畜禽廢水, 基本上沒有化學成分污染物, 各種污染物的濃度較低, 污水可生化性也較強, 含營養(yǎng)物多。

2.4 收集難度大

農(nóng)村村莊地形復雜, 坡度不一致, 戶與戶之間落差大, 加大了管網(wǎng)收集難度, 有的一個村管網(wǎng)收集需要跨橋、穿洞、泵引。大部分農(nóng)村地區(qū)由于政府財力和家庭支付能力嚴重不足導致缺乏相應的管網(wǎng)建設, 而由政府出資建設的污水處理設施也常常存在“重建設、輕管理”的現(xiàn)象。由于缺乏長期穩(wěn)定的資金來源作為運行及維護費用, 污水處理設施逐漸被停用。污水處理系統(tǒng)維護管理資金投入不足和專業(yè)技術人員的缺乏是造成農(nóng)村污水處理設施不能長期穩(wěn)定、有效運行的重要因素。

3 農(nóng)村生活污水處理工藝比較

隨著科學技術的發(fā)展, 人工濕地、生物接觸氧化、一體化膜生物反應器 (以下簡稱MBR) 、高負荷地下滲濾復合技術、土壤型高負荷微生物濾床技術等一批生態(tài)物化工程技術應運而生, 依據(jù)原理主要分為生化、物化、生態(tài)和多種組合處理技術。當前有代表性、較為成熟的農(nóng)村生活污水處理工藝有以下幾種:

3.1 人工濕地

人工濕地是通過人為設計與建造, 模擬自然濕地的生態(tài)環(huán)境, 使其形成由基質(zhì)、水體、微生物、植物組成的復合系統(tǒng), 利用“植物—微生物—基質(zhì)”復合生態(tài)處理污水, 是一種既傳統(tǒng)又新穎的污水處理工藝。其優(yōu)點是建設和運營成本較低, 也可以通過合理設計進一步發(fā)揮濕地系統(tǒng)的景觀、生產(chǎn)和儲蓄功能, 使人工濕地成為一個綜合八大功能、具有良好內(nèi)部循環(huán)機制和抵抗外部環(huán)境變化能力的穩(wěn)定可持續(xù)的生態(tài)系統(tǒng), 能實現(xiàn)經(jīng)濟、環(huán)境生態(tài)和社會三重效益相結(jié)合的目標[6]。其缺點是處理能力和效果較差。目前研究的重點和難點在于減少濕地面積, 提高濕地在低溫環(huán)境下的運行能力, 增強脫氮效果, 優(yōu)化濕地基質(zhì)填料等方面。

3.2 生物接觸氧化

生物接觸氧化也稱為“淹沒式生物濾池”[7], 是由生物膜法衍生而來的一種污水生物處理法。污水通過與池內(nèi)生物膜相接觸, 在附著在生物膜上的微生物的作用下, 發(fā)生生化反應, 并使水體得到凈化。

該工藝采用類似于曝氣池曝氣的方法為微生物提供其生存所需要的供氧量, 同時也起到充分混合和攪拌的作用, 并通過在池內(nèi)投加填料, 促使微生物附著在填料上生長, 因此又稱為接觸曝氣法, 是一種介于活性污泥法與生物濾池兩者之間的生物處理法。它兼具兩者的優(yōu)點, 是具有活性污泥法特點的生物膜法。

3.3 一體化MBR

MBR水處理技術是一種高效污水處理技術, 其結(jié)合了傳統(tǒng)的污泥法和膜分離技術的優(yōu)點。通過生物膜的過濾作用, 微生物完全被截留在反應器中, 部分難于降解的大分子有機物也可以被截留, 實現(xiàn)了水力停留時間和污泥停留時間的徹底分離[8], 使生物反應器內(nèi)保持較高的污泥濃度, 具有較強的硝化能力, 提高了污染物去除效率。

3.4 高負荷地下滲濾復合技術

該生物濾池技術是由碎石、砂土、透水性好的顆粒型填料等組成的生物處理構(gòu)筑物, 通過模仿自然生態(tài)系統(tǒng)的原理, 利用生物膜、人工填料和微生物的協(xié)同作用實現(xiàn)污水的凈化, 其中污水中的可溶性物質(zhì)主要通過生物膜和微生物的作用去除, 而污水中的顆粒物則主要通過人工填料截留。目前, 高負荷生物濾池、曝氣生物濾池等各種類型的生物濾池污水處理技術正被廣泛應用于農(nóng)村生活污水治理中。高負荷地下滲濾復合技術是在生物濾池的基礎上增加預處理和末端深度處理系統(tǒng), 其中的地下濕地與地下滲濾單元是處理系統(tǒng)的核心, 以好氧處理技術為主。污水首先經(jīng)過沉淀、厭氧處理, 然后通過埋在地下的散水管散布到高負荷地下滲濾單元, 具有較強的抗沖擊負荷能力, 出水水質(zhì)穩(wěn)定, 其出水水質(zhì)可達到GB18918—2002規(guī)定的一級B排放標準, 但對總氮和總磷的去除效果不明顯, 若終端結(jié)合厭氧濾池或人工濕地, 可達到一級A排放標準。

3.5 土壤型高負荷微生物濾床技術

該技術通過微生物地球化學過程, 篩選和培育出高效礦化填料和高效功能微生物, 通過富集培育使功能微生物與礦化填料融為一體, 形成具有超大的陽離子交換容量和微生物親和性的“微生物菌團” (“填料—菌種”復合體) , 同時, 將“微生物菌團”和“生物濾床多床層結(jié)構(gòu)”技術緊密結(jié)合, 形成高效的微生物載體單元及好氧、兼氧、厭氧多個床層, 經(jīng)過同步硝化反硝化過程, 達到深度去除廢水中COD、氨氮等污染物的效果[11], 其出水水質(zhì)可達到GB18918—2002規(guī)定的一級A排放標準。

該工藝特點在于設施規(guī)模可大可小、可分散可集中、可拼裝可擴建, 其設計理念可歸結(jié)為“三低一廣一簡單”, “三低一廣一簡單”即投資建設成本低、維護及運行成本低、可輻射面廣、操作簡單易行。同時可結(jié)合秀美鄉(xiāng)村建設的要求, 融入生態(tài)理念, 將農(nóng)村生活污水治理設施與農(nóng)村秀美環(huán)境有機結(jié)合, 實現(xiàn)人與自然的和諧共處。

上述幾種農(nóng)村生活污水處理工藝列表比較如表1所示。

4 農(nóng)村生活污水處理工藝選擇原則

農(nóng)村生活污水的處理技術種類較多、工藝成熟, 但只有通過對農(nóng)村污水排放特點及現(xiàn)狀、農(nóng)村現(xiàn)有財力和籌資方式等多種因素的綜合考慮, 因地制宜合理選擇污水處理技術, 才能達到改善和控制農(nóng)村水環(huán)境污染的目的。農(nóng)村生活污水處理工藝選擇應遵循以下四個原則:

4.1 運營維護簡單

農(nóng)村生活污水處理并非量越大越難處理, 水量越小意味著水質(zhì)水量波動越大, 設施規(guī)模越小越難以穩(wěn)定運行。一個日處理上萬噸的污水處理廠, 每天進水量相對均勻、濃度相對穩(wěn)定, 一旦穩(wěn)定運行起來, 慣性很大, 不容易出問題。因此與市政污水處理廠相比, 日處理量僅為數(shù)十噸的農(nóng)村生活污水處理站若要穩(wěn)定運行, 則更需要優(yōu)選工藝, 不能套用市政污水處理工藝, 應以方便日后運營維護為主要考量。

4.2 抗沖擊負荷強

農(nóng)村生活污水排放主要分布在早、中、晚三個高峰期, 污水量和濃度變化大, 決定了農(nóng)村生活污水治理應當選擇抗沖擊負荷能力強的工藝, 宜選擇固體材料作為載體, 如人工濕地、生物接觸氧化、一體化MBR膜、高負荷地下滲濾復合技術和土壤型高負荷微生物濾床技術。不宜采用傳統(tǒng)的工業(yè)、城市污水處理的活性污泥曝氣法工藝。

4.3 技術經(jīng)濟性好

可生化性較好, 說明適合采用技術經(jīng)濟性較好的生物法處理, 考慮到農(nóng)村財力薄弱、收費難、自運維管理缺乏等因素, 可按照“三低一廣一簡單”的設計原則, 選擇投資建設成本低、運行費用低、維護成本低、可輻射面廣、操作簡單易行的處理工藝。不宜采用MBR、超濾、納濾、反滲透等膜處理工藝 (水質(zhì)標準要求特別高的區(qū)域除外) 。

4.4 可分散可集中

農(nóng)村生活污水收集難度大, 村與村之間無法集中收集, 甚至一個自然村都很難做到統(tǒng)一收集, 所以, 最好選擇設施規(guī)模可大可小、可分散可集中、可拼接可擴建的處理工藝, 這樣既可大量節(jié)約管網(wǎng)建設投資, 也不用為了考慮后期人口增長因素超前建設過大的處理設施。

當然, 最后還需因地制宜。對排放要求低、居住特別分散、戶與戶之間高差大、人煙稀少的地段, 可采用原位四格凈化床處理工藝;對排放要求高、水量相對較大的敏感地帶, 除一體化膜處理工藝外, 還可采用“生物+生態(tài)”的耦合工藝, 將傳統(tǒng)生化工藝與生態(tài)工藝的優(yōu)勢進行互補, 一方面可以提高污染物負荷;另一方面可以提高脫氮、除磷效果。

5 對農(nóng)村生活污水治理的幾點建議

農(nóng)村生活污水的治理要從農(nóng)村實際出發(fā), 結(jié)合當?shù)氐淖匀坏乩憝h(huán)境、經(jīng)濟發(fā)展水平, 建立健全投資、運行和監(jiān)督管理制度, 應采用經(jīng)濟、簡易、節(jié)能和有效的處理技術, 真正使農(nóng)村生活污水治理設施能夠“建得起、用得上、管得好”。

(1) 加強宣傳, 增強農(nóng)村污水治理意識

充分利用各種宣傳工具和渠道, 開展多種形式的農(nóng)村環(huán)保知識宣傳教育活動, 使村民充分認識到生活污水治理的必要性和緊迫性, 提高村民的生態(tài)環(huán)保意識, 改變“垃圾一埋 (倒) 了之, 污水一排了之”的老習慣, 把綠色發(fā)展理念貫穿于經(jīng)濟社會發(fā)展全過程, 使農(nóng)村生活污水治理工作成為全社會的行動自覺, 促進人與自然的和諧相處。

(2) 完善規(guī)劃, 因地制宜地選擇污水治理模式

按照十九大報告提出的“鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略”總要求, 針對農(nóng)村地形多樣, 村莊規(guī)模、污水量大小不一, 經(jīng)濟狀況各異等特點, 從實際出發(fā), 堅持因地制宜、分類處置的原則, 依據(jù)村落的布局, 科學制訂、完善農(nóng)村生活污水治理計劃, 明確治理目標、時序、措施。在污水治理技術上, 要積極推廣“三低一廣一簡單”的生活污水處理模式。目前, 農(nóng)村用電還不是很穩(wěn)定, 在建設污水處理設施時最好要增設太陽能, 既可以節(jié)省運營成本, 又能保障污水處理設施的正常用電。對于新建或改建的農(nóng)村住房或拆遷安置房, 要配套完善周邊污水管網(wǎng)和設施, 做到管網(wǎng)雨污分流, 防止先建后治、建后再改, 扎實推進農(nóng)村污水治理工作, 促進農(nóng)村生態(tài)文明建設。

(3) 多措并舉, 加快污水治理設施建設步伐

農(nóng)村生活污水治理是一項系統(tǒng)工程, 需要多措并舉。如拓寬社會融資渠道, 基礎設施投資應從單純依靠財政性資金向多元化投資、融資還貸、多方參與轉(zhuǎn)變, 鼓勵和引導各種社會力量和資金投入農(nóng)村生活污水治理。另外, 項目選址多為農(nóng)用地, 建議國土部門針對農(nóng)村建設的基礎設施項目適當簡化用地審批程序, 盡量縮短項目審批時限。