鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略是黨的十九大報(bào)告提出的重要戰(zhàn)略, 指出“要像對(duì)待生命一樣對(duì)待生態(tài)環(huán)境”。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步, 農(nóng)村經(jīng)濟(jì)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(lái)的農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與環(huán)境建設(shè)不協(xié)調(diào)發(fā)展導(dǎo)致的問(wèn)題也日漸凸顯, 其中以水環(huán)境污染問(wèn)題最為嚴(yán)重。因此, 優(yōu)選農(nóng)村生活污水治理技術(shù), 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(huì)的主題。

1 農(nóng)村生活污水治理現(xiàn)狀

近些年各級(jí)政府采取多種措施, 開(kāi)展農(nóng)村環(huán)境綜合整治、秀美鄉(xiāng)村建設(shè)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(jì)條件限制以及居民環(huán)境保護(hù)意識(shí)的缺乏, 且農(nóng)村生活污水治理尚處于起步階段, 存在的問(wèn)題不少, 治理現(xiàn)狀不容樂(lè)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(guò)新農(nóng)村建設(shè), 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(wèn)題, 不但導(dǎo)致了農(nóng)村生活環(huán)境的惡化, 而且易對(duì)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(méi)有三格設(shè)計(jì), 防滲漏效果差, 即使是采用標(biāo)準(zhǔn)的三格式化糞池, 也因?yàn)榛S池儲(chǔ)存容量不足, 沖廁時(shí)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(huì)滲漏或溢出。

1.3 管網(wǎng)設(shè)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(wèn)題:雨污不分流;沉淀池、檢查井標(biāo)高及位置設(shè)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(shè)計(jì)套用城市排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn), 未能因地制宜, 使得管徑過(guò)大或坡度過(guò)小, 導(dǎo)致污水無(wú)法順利排出, 排水管道變成了儲(chǔ)水池, 管內(nèi)的污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)生惡臭。

1.4 治理設(shè)施不健全

目前農(nóng)村生活污水處理設(shè)施缺失, 據(jù)統(tǒng)計(jì), 全國(guó)僅有不到10%的農(nóng)村建設(shè)了污水處理設(shè)施, 而設(shè)施正常運(yùn)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(yùn)行費(fèi)用較高、專業(yè)技術(shù)力量不足以及日常維護(hù)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(shè)計(jì)負(fù)荷過(guò)高, 運(yùn)行時(shí)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(shí)調(diào)整工藝參數(shù), 一旦無(wú)專業(yè)技術(shù)人員值守, 就容易出現(xiàn)處理不達(dá)標(biāo)現(xiàn)象;移動(dòng)式一體化MBR膜處理系統(tǒng)因設(shè)備運(yùn)行、膜清洗和更換成本費(fèi)用較高, 大多數(shù)地區(qū)難以承受, 導(dǎo)致大部分污水處理站成了“曬太陽(yáng)”工程等等。

1.5 工藝設(shè)計(jì)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(rèn)為生態(tài)處理投資低、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單、處理效果好。比如, 國(guó)家自然保護(hù)區(qū)、飲用水源保護(hù)地、重點(diǎn)保護(hù)的江河流域地帶大多采用人工濕地、氧化塘工藝處理設(shè)施, 這實(shí)際上是把一個(gè)末端處理單元當(dāng)成了全流程工藝。該類(lèi)處理工藝只能作為生物處理后的末端深度處理單元, 用來(lái)進(jìn)一步降低氮磷等無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)指標(biāo), 若直接處理生活污水, 則不能滿足水體污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。因此生態(tài)處理在這些重點(diǎn)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(shù)[2]。

2 農(nóng)村生活污水的主要特點(diǎn)

農(nóng)村生活污水成分復(fù)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(gè)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(diǎn)。

2.1 單個(gè)處理量小

農(nóng)村居民居住相對(duì)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(gè)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(gè)時(shí)間段水量相對(duì)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(diǎn), 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(yuǎn)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(méi)有化學(xué)成分污染物, 各種污染物的濃度較低, 污水可生化性也較強(qiáng), 含營(yíng)養(yǎng)物多。

2.4 收集難度大

農(nóng)村村莊地形復(fù)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(gè)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(cái)力和家庭支付能力嚴(yán)重不足導(dǎo)致缺乏相應(yīng)的管網(wǎng)建設(shè), 而由政府出資建設(shè)的污水處理設(shè)施也常常存在“重建設(shè)、輕管理”的現(xiàn)象。由于缺乏長(zhǎng)期穩(wěn)定的資金來(lái)源作為運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用, 污水處理設(shè)施逐漸被停用。污水處理系統(tǒng)維護(hù)管理資金投入不足和專業(yè)技術(shù)人員的缺乏是造成農(nóng)村污水處理設(shè)施不能長(zhǎng)期穩(wěn)定、有效運(yùn)行的重要因素。

3 農(nóng)村生活污水處理工藝比較

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, 人工濕地、生物接觸氧化、一體化膜生物反應(yīng)器 (以下簡(jiǎn)稱MBR) 、高負(fù)荷地下滲濾復(fù)合技術(shù)、土壤型高負(fù)荷微生物濾床技術(shù)等一批生態(tài)物化工程技術(shù)應(yīng)運(yùn)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(shù)。當(dāng)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(guò)人為設(shè)計(jì)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(fù)合系統(tǒng), 利用“植物—微生物—基質(zhì)”復(fù)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(diǎn)是建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本較低, 也可以通過(guò)合理設(shè)計(jì)進(jìn)一步發(fā)揮濕地系統(tǒng)的景觀、生產(chǎn)和儲(chǔ)蓄功能, 使人工濕地成為一個(gè)綜合八大功能、具有良好內(nèi)部循環(huán)機(jī)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(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境生態(tài)和社會(huì)三重效益相結(jié)合的目標(biāo)[6]。其缺點(diǎn)是處理能力和效果較差。目前研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于減少濕地面積, 提高濕地在低溫環(huán)境下的運(yùn)行能力, 增強(qiáng)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(méi)式生物濾池”[7], 是由生物膜法衍生而來(lái)的一種污水生物處理法。污水通過(guò)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(yīng), 并使水體得到凈化。

該工藝采用類(lèi)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(shí)也起到充分混合和攪拌的作用, 并通過(guò)在池內(nèi)投加填料, 促使微生物附著在填料上生長(zhǎng), 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(diǎn), 是具有活性污泥法特點(diǎn)的生物膜法。

3.3 一體化MBR

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

3.4 高負(fù)荷地下滲濾復(fù)合技術(shù)

該生物濾池技術(shù)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(guò)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(shí)現(xiàn)污水的凈化, 其中污水中的可溶性物質(zhì)主要通過(guò)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(guò)人工填料截留。目前, 高負(fù)荷生物濾池、曝氣生物濾池等各種類(lèi)型的生物濾池污水處理技術(shù)正被廣泛應(yīng)用于農(nóng)村生活污水治理中。高負(fù)荷地下滲濾復(fù)合技術(shù)是在生物濾池的基礎(chǔ)上增加預(yù)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(shù)為主。污水首先經(jīng)過(guò)沉淀、厭氧處理, 然后通過(guò)埋在地下的散水管散布到高負(fù)荷地下滲濾單元, 具有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力, 出水水質(zhì)穩(wěn)定, 其出水水質(zhì)可達(dá)到GB18918—2002規(guī)定的一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn), 但對(duì)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(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.5 土壤型高負(fù)荷微生物濾床技術(shù)

該技術(shù)通過(guò)微生物地球化學(xué)過(guò)程, 篩選和培育出高效礦化填料和高效功能微生物, 通過(guò)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(yáng)離子交換容量和微生物親和性的“微生物菌團(tuán)” (“填料—菌種”復(fù)合體) , 同時(shí), 將“微生物菌團(tuán)”和“生物濾床多床層結(jié)構(gòu)”技術(shù)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(gè)床層, 經(jīng)過(guò)同步硝化反硝化過(guò)程, 達(dá)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(dá)到GB18918—2002規(guī)定的一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。

該工藝特點(diǎn)在于設(shè)施規(guī)模可大可小、可分散可集中、可拼裝可擴(kuò)建, 其設(shè)計(jì)理念可歸結(jié)為“三低一廣一簡(jiǎn)單”, “三低一廣一簡(jiǎn)單”即投資建設(shè)成本低、維護(hù)及運(yùn)行成本低、可輻射面廣、操作簡(jiǎn)單易行。同時(shí)可結(jié)合秀美鄉(xiāng)村建設(shè)的要求, 融入生態(tài)理念, 將農(nóng)村生活污水治理設(shè)施與農(nóng)村秀美環(huán)境有機(jī)結(jié)合, 實(shí)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(shù)種類(lèi)較多、工藝成熟, 但只有通過(guò)對(duì)農(nóng)村污水排放特點(diǎn)及現(xiàn)狀、農(nóng)村現(xiàn)有財(cái)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(shù), 才能達(dá)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(yīng)遵循以下四個(gè)原則:

4.1 運(yùn)營(yíng)維護(hù)簡(jiǎn)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(dòng)越大, 設(shè)施規(guī)模越小越難以穩(wěn)定運(yùn)行。一個(gè)日處理上萬(wàn)噸的污水處理廠, 每天進(jìn)水量相對(duì)均勻、濃度相對(duì)穩(wěn)定, 一旦穩(wěn)定運(yùn)行起來(lái), 慣性很大, 不容易出問(wèn)題。因此與市政污水處理廠相比, 日處理量?jī)H為數(shù)十噸的農(nóng)村生活污水處理站若要穩(wěn)定運(yùn)行, 則更需要優(yōu)選工藝, 不能套用市政污水處理工藝, 應(yīng)以方便日后運(yùn)營(yíng)維護(hù)為主要考量。

4.2 抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)

農(nóng)村生活污水排放主要分布在早、中、晚三個(gè)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(yīng)當(dāng)選擇抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)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(fù)荷地下滲濾復(fù)合技術(shù)和土壤型高負(fù)荷微生物濾床技術(shù)。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(shù)經(jīng)濟(jì)性好

可生化性較好, 說(shuō)明適合采用技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較好的生物法處理, 考慮到農(nóng)村財(cái)力薄弱、收費(fèi)難、自運(yùn)維管理缺乏等因素, 可按照“三低一廣一簡(jiǎn)單”的設(shè)計(jì)原則, 選擇投資建設(shè)成本低、運(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)成本低、可輻射面廣、操作簡(jiǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(wú)法集中收集, 甚至一個(gè)自然村都很難做到統(tǒng)一收集, 所以, 最好選擇設(shè)施規(guī)模可大可小、可分散可集中、可拼接可擴(kuò)建的處理工藝, 這樣既可大量節(jié)約管網(wǎng)建設(shè)投資, 也不用為了考慮后期人口增長(zhǎng)因素超前建設(shè)過(guò)大的處理設(shè)施。

當(dāng)然, 最后還需因地制宜。對(duì)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(duì)排放要求高、水量相對(duì)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(shì)進(jìn)行互補(bǔ), 一方面可以提高污染物負(fù)荷;另一方面可以提高脫氮、除磷效果。

5 對(duì)農(nóng)村生活污水治理的幾點(diǎn)建議

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

(1) 加強(qiáng)宣傳, 增強(qiáng)農(nóng)村污水治理意識(shí)

充分利用各種宣傳工具和渠道, 開(kāi)展多種形式的農(nóng)村環(huán)保知識(shí)宣傳教育活動(dòng), 使村民充分認(rèn)識(shí)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(shí), 改變“垃圾一埋 (倒) 了之, 污水一排了之”的老習(xí)慣, 把綠色發(fā)展理念貫穿于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全過(guò)程, 使農(nóng)村生活污水治理工作成為全社會(huì)的行動(dòng)自覺(jué), 促進(jìn)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(bào)告提出的“鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略”總要求, 針對(duì)農(nóng)村地形多樣, 村莊規(guī)模、污水量大小不一, 經(jīng)濟(jì)狀況各異等特點(diǎn), 從實(shí)際出發(fā), 堅(jiān)持因地制宜、分類(lèi)處置的原則, 依據(jù)村落的布局, 科學(xué)制訂、完善農(nóng)村生活污水治理計(jì)劃, 明確治理目標(biāo)、時(shí)序、措施。在污水治理技術(shù)上, 要積極推廣“三低一廣一簡(jiǎn)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(shè)污水處理設(shè)施時(shí)最好要增設(shè)太陽(yáng)能, 既可以節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本, 又能保障污水處理設(shè)施的正常用電。對(duì)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(shè)施, 做到管網(wǎng)雨污分流, 防止先建后治、建后再改, 扎實(shí)推進(jìn)農(nóng)村污水治理工作, 促進(jìn)農(nóng)村生態(tài)文明建設(shè)。

(3) 多措并舉, 加快污水治理設(shè)施建設(shè)步伐

農(nóng)村生活污水治理是一項(xiàng)系統(tǒng)工程, 需要多措并舉。如拓寬社會(huì)融資渠道, 基礎(chǔ)設(shè)施投資應(yīng)從單純依靠財(cái)政性資金向多元化投資、融資還貸、多方參與轉(zhuǎn)變, 鼓勵(lì)和引導(dǎo)各種社會(huì)力量和資金投入農(nóng)村生活污水治理。另外, 項(xiàng)目選址多為農(nóng)用地, 建議國(guó)土部門(mén)針對(duì)農(nóng)村建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目適當(dāng)簡(jiǎn)化用地審批程序, 盡量縮短項(xiàng)目審批時(shí)限。