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农村生活污水处理技术与政策选择
摘要：农村生活污水是造成农村水环境污染的主要原因。为了改善我国农村的人居环境，必须加强农村生活污水的收集、处理和资源化设施建设。本文对国内外一些适合处理农村分散生活污水的技术及其特点进行了归纳和分析，并提出了加快农村生活污水处理的政策途径。
关键词：环境污染；农村生活污水；处理技术；政策
中图分类号：F325
文献标识码：A
文章编号：1671-0169(2007)03-0018-05
“十一五”规划提出了建设社会主义新农村的重大历史任务，并明确了“生产发展、生活宽裕、乡风文明、村容整洁、管理民主”的建设目标。加强农村生活污水的处理，是村容整治的组成部分，也是社会主义新农村建设的重要内容。农村生活污水造成的环境污染不仅是农村水源地潜在的安全隐患，还会加剧淡水资源的危机，使耕地灌溉得不到有效保障，危害农民的生存发展。因此，加强农村生活污水收集、处理与资源化设施建设，避免因生活污水直接排放而引起的农村水体、土壤和农产品污染，确保农村水源的安全和农民身心健康，是新农村建设中加强基础设施建设、推进村庄整治工作的重要内容，也是农村人居环境改善需要解决的迫切问题。
一、农村生活污水产生的环境问题
全国农村每年产生生活污水约80多亿吨[1](P8)，而96%的村庄没有排水渠道和污水处理系统，生活污水随意排放。有人这样形容中国农村的人居环境现状：如果把全国的村庄合并为10个村的话，4个村没有自来水；3个村在猪圈或厕所旁打了一口井，供人们饮用；10个村庄都把脏水往外泼；9个村庄还在使用传统旱厕；9个村庄仍然随便找个地方填埋垃圾；4个村庄下雨出不来；5个村庄夜里进不去。
我国农村生活污水有以下特征：(1)面广、分散。村庄分散的地理分布特征造成污水分散，难于收集。(2)来源多。除了来自人粪便、厨房产生的污水外，还有家庭清洁、生活垃圾堆放渗滤而产生的污水。例如，太湖洗衣废水占生活污水的21.6%，巢湖、滇池大约为17.9%[2](P43-46)。(3)增长快。随着农民生活水平的提高以及农村生活方式的改变，生活污水的产生量也随之增长。(4)处理率低。以浙江省丽水市的农村污染情况为例[3]，每年全市农村人粪尿产生总量约180万吨，经化粪池处理的量约为23.03万吨，处理率仅为12.9%。
未经处理的生活污水肆意排放，严重污染了农村的生态环境，直接威胁广大农民群众的身体健康以及农村的经济发展。一方面，未经处理的生活污水自流到地势低洼的河流、湖泊和池塘等地表水体中，严重污染各类水源；另一方面，生活污水也是疾病传染扩散的源头，容易造成部分地区传染病、地方病和人畜共患疾病的发生与流行。目前全国农村的自来水普及率只有34%左右，还有3亿多农民存在饮水安全问题。在浙江省丽水市农民家庭用水水质的抽样检测结果中，63个水样中大肠杆菌、浑浊度等主要指标超标的占72%。水源地水质低的状况与农村生活污水未经处理直接排放有直接的因果关系[3]。
二、国外农村生活污水处理技术路线
污水处理最高的目标是实现资源消耗减量化(Reduce)、产品价值再利用(Reuse)和废弃物质再循环(Recycle)，水资源的利用要实现从“供水—用水—排水”的单向线性水资源代谢系统向“供水—用水—排水—污水回用”的闭环式水资源循环系统过渡[4](P21-27)。对于农村的分散生活污水，工艺简单、处理效果有保证、运行维护简便的分散型污水处理系统(Decentralized Sanitation and Reuse，DESAR)是一种具有最佳综合效益的选择，它包含污水处理和资源化利用双重意义，强调分质就地处理和尽可能回收营养物质[5]。
国外一些国家在农村分散生活污水处理技术的研究和应用方面，积累了许多经验，值得学习和借鉴。
(一)澳大利亚“FILTER”污水处理及再利用系统
该系统利用污水灌溉达到污水处理的目的，能有效实现污染物去除和污水减量的双重目标，既可满足作物对水分与养分的需求，又可降低污水中的氮、磷、钾含量，避免污水直接排入水体后，导致水体富营养化。该系统对总磷(TP)、总氮(TN)、生物耗氧量(BOD5)和化学耗氧量(CODcr)的去除率分别能达到97%~99%、82%~86%、93%和75%~86%[6](P79-81)。
(二)土壤毛管渗滤系统
该系统将污水投配到土壤表面具有一定构造的渗滤沟中，污染物通过物理、化学、微生物的降解和植物的吸收利用得到处理和净化。美国、日本、澳大利亚、以色列、俄罗斯和西欧等国一直十分重视该系统的研究和应用，在工艺流程、净化方法和构筑设施等方面做到了定型化和系列化，并编制了相应的技术规范。该技术对悬浮物、有机物、氨氮、总磷和大肠杆菌的去除率均较高，一般可达70%~90%[7](P953-964)，而且基建投资少、运行费用低、维护简便，整个系统埋在地下，不会散发臭味，能保证冬季较稳定的运行，便于污水的就地处理和回用。因此，对于水资源供需矛盾日益紧张、生活污水污染日趋严重的广大农村，该技术具有很强的技术和经济优势。
(三)人工湿地处理系统
该系统一般由人工基质(多为碎石)和生长在其上的沼生植物(芦苇、香蒲、灯心草和大麻等)组成，是一种独特的“土壤—植物—微生物”生态系统，利用各种植物、动物、微生物和土壤的共同作用，逐级过滤和吸收污水中的污染物，达到净化污水的目的。该技术在欧洲、北美、澳大利亚和新西兰等国家得到了广泛应用，其缺点是需要大量土地，并要解决土壤和水中的充分供氧问题及受气温和植物生长季节的影响等问题。
(四)生物膜技术
生物膜法是分散生活污水处理主要应用的一种人工处理技术，包括厌氧和好氧生物膜两种。厌氧或好氧微生物附着在载体表面，形成生物膜来吸附、降解污水中的污染物，达到净化目的。该方法设备简单、运行成本较低，处理效率高。反应器一般由填料(载体)、布水装置和排水系统三部分组成，采用的填料有无机类(陶粒、矿渣、活性炭等)和有机类(PVC、PP、塑料、纤维等)。目前，新型的生物膜反应器和固定化微生物技术也得到了广泛的研究[8]。
(五)稳定塘
该技术主要是利用菌藻的共同作用来去除污水中的污染物，具有基建投资少、运转费用低、维护简单、便于操作、能有效去除污水中的有机物和病原体以及无需污泥处理等优点。德国和法国分别有各类稳定塘3 000座和2 000座，而美国已有各类稳定塘上万座。美国的Oswald提出并发展了高效藻类塘，最大限度地利用了藻类产生的氧气，充分利用菌藻共生关系，对污染物进行高效处理[9](P303-312)。
(六)一体化集成装置处理技术
发展集预处理、二级处理和深度处理于一体的中小型污水处理一体化装置，是国内外污水分散处理发展的一种趋势。日本研究的一体化装置主要采用厌氧—好氧—二沉池组合工艺，兼具降解有机物和脱氮的功能，其出水BOD5
三、我国在农村生活污水处理方面的探索
我国从上个世纪80年代开始开展生活污水分散处理技术的开发和研制工作，许多形式各异的无动力或微动力的低能耗型一体化污水处理装置得到应用，但目前该分散技术的使用率较低，还存在许多问题。一方面，生物处理效率较低，尤其表现为氮磷去除率很低。氮磷污染是导致水体富营养化的主要原因，如果在此技术上不能取得突破，这类技术的应用前景必然会受到限制。另一方面，目前实施的分散污水处理只是初步实现了分散污水的收集、处理和排放，远未实现分散处理的真正目的——再利用(Reuse)，即将污水就地处理和就地回用，实现污水资源化。鉴于农村生活污水的问题日益严重，迫切需要采取积极的措施。近年来，随着地方经济实力的增强，尤其是发达省份在经济发展到一定阶段以后，逐步认识到农村生活污水处理问题的重要性，并开始采用一些实用、合理、低能耗和低运行费用的技术来处理污水；一些人口密集的欠发达地区也认识到，如果不对农村生活污水采取有效处理，会触发农村医疗和经济建设等方面的系列问题，甚至造成传染病的产生与扩散，因而，提高了对农村生活污水处理问题的重视程度。
(一)厌氧沼气池处理技术
在我国农村生活污水处理的实践中，最通用、节俭、能够体现环境效益与社会效益结合的生活污水处理方式是厌氧沼气池。它将污水处理与其合理利用有机结合，实现了污水的资源化。污水中的大部分有机物经厌氧发酵后产生沼气，发酵后的污水被去除了大部分有机物，达到净化目的；产生的沼气可作为浴室和家庭用炊能源；厌氧发酵处理后的污水可用作浇灌用水和观赏用水。在农村有大量可以成为沼气利用的原材料：农作物秸秆和人畜粪便等。研究表明，农作物秸秆通过沼气发酵可以使其能量利用效率比直接燃烧提高4~5倍；沼液、沼渣作饲料可以使其营养物质和能量的利用率增加20%；通过厌氧发酵过的粪便(沼液、沼渣)，碳、磷、钾的营养成分没有损失，且转化为可直接利用的活性态养分——农田施用沼肥，可替代部分化肥。沼气池工艺简单，成本低(一户约需费用一千元左右)，运行费用基本为零，适合于农民家庭采用。而且，结合农村改厨、改厕和改圈，可将猪舍污水和生活污水在沼气池中进行厌氧发酵后作为农田肥料，沼液经管网收集后，集中净化，出水水质达到国家标准后排放。
沼气池处理技术已在我国一些地方得到了有效推广和使用。浙江全省有352个村实施了生活净化沼气工程，累计建成沼气池83.3万立方米，年处理生活污水8 170万吨，年产沼气4 295万立方米，年可替代标准煤近3万吨[12]。四川省结合新农村建设，开展“乡村清洁工程”，以户或联户为单元，建设沼气池和生活污水厌氧净化池，有效解决人畜粪便、生活污水、垃圾污染等农村环境难题，出现家园清洁和村容整洁的新面貌。
(二)稳定塘处理技术
在我国，特别是在缺水干旱地区，稳定塘是实施污水资源化利用的有效方法，近年来成为我国着力推广的一项技术。与传统的二级生物处理技术相比，高效藻类塘具有很多独特的性质，对于土地资源相对丰富，但技术水平相对落后的农村地区来说，是一种较具推广价值的污水处理技术。李旭东等采用高效藻类塘系统处理太湖地区农村生活污水，CODcr的平均去除率在70%以上，氨氮(NH3-N)的平均去除率高达93%，磷的平均去除率为55%[13](P61-64)；陈鹏采用高效藻类塘处理城市生活污水，取得了稳定的处理效果：CODcr、BOD5、NH3-N 和TP的平均去除率分别达到75%、60%、91.6%和50%[14]。
(三)人工湿地处理技术
目前，北京、深圳等城市都采用了这一技术处理生活污水。云南省澄江县抚仙湖边的马料河湿地工程于2003年10月建成运行，每天可净化污水4万多立方米，净化后的水质优于地表水三类标准。有关研究表明[15](P1-8)，在进水污染物浓度较低的条件下，人工湿地对BOD5的去除率可达85%~95%，对CODcr的去除率可达80%以上，对磷和氮的去除率分别可达到90%和60%。
(四)土壤渗滤技术
地下土壤渗滤法在我国日益受到重视。中科院沈阳应用生态所“八五”、“九五”期间的研究表明，在我国北方寒冷地区利用地下土壤渗滤法处理生活污水是可行的，且出水能够作为中水回用[16](P111-119)；1992年北京市环境保护科学研究院对地下土壤毛管渗滤法处理生活污水的净化效果和绿地利用进行了研究[17](P4-7)；清华大学在2000年国家科技部重大专项中，首先在农村地区推广应用地下土壤渗滤系统[18](P57-61)，取得了良好效果：对生活污水中的有机物和氮、磷等均具有较高的去除率和稳定性，CODcr、BOD5、NH3-N和TP的去除率分别大于80%、90%、90%和98%。
除此以外，浙江、广东、天津和江苏等地还分别在无动力、地埋式厌氧处理系统、雨污分离管网输送集中处理和生物投菌治理污水等技术方式应用方面进行了探索与尝试，也都取[19](P84-85)[20](P26-29)得了一定的进展。
四、加快农村生活污水处理的政策途径
保护好农村水环境是保障农业生产发展、创建优美乡村的基础。开展农村生活污水治理工作是改变农村生活污水无序排放现状、改善农民生活条件和建设社会主义新农村的需要。我国有60多万个行政村、250多万个自然村，居住生活着2亿多农户，由于各地情况千差万别，农村生活污水处理不能实行一刀切的政策，必须要因地制宜、分类指导，提出符合各地实际的生活污水处理方式与措施。
(一)把农村生活污水的处理作为新农村建设的重要内容
要充分利用国家新农村建设的良好政策环境，加强各地农村生活污水的处理工作。基于农村生活污水污染产生的多方面原因，要结合新农村建设中改厕、改厨和改圈的工作，配套建设污水处理设施。要在相关政策法规的制定、监督管理的配合和农村水污染综合治理技术支撑体系的建立等方面综合采取措施，加强污染源控制，推进污水处理设施建设和有效运转，实现农村水环境的改善。
(二)因地制宜地确定各地生活污水处理的技术路线
基于我国农村普遍欠发达的现状，各地农村的经济社会发展水平、区域特点、自然地理条件和环境目标不尽相同，绝大部分农村应采用经济有效、简便易行、节约资源、工艺可靠并能够与当地自然环境高度融合的污水处理技术，因地制宜地使生活污水排放与处理无害化和资源化。在一些村庄分布密集、经济发展水平较好的农村地区，高效强化的微动力生态处理集成技术与设备具有极大的技术经济优越性；其他集中供水的广大农村地区，则可根据其社会经济发展状况和水环境保护目标的要求，通过改造农村的河道、水塘和湿地，构建适度强化的无动力复合生态处理集成系统。这些集成技术和设备因其低成本、高效率、无动力或微动力等显著特点，具有在集中供水条件下处理农村生活污水的潜在优势。
(三)继续加强农村生活污水处理技术的研究
由于我国农村面广人多，生活污水处理技术具有长期的效益与广大的市场，必须动员大专院校和科研机构加强相关技术的研究。针对当前处理技术存在的主要问题，研究和开发新型的三低一高(低能耗、低投资、低成本和高效率)的分散型污水资源化处理技术，并提高污水处理深度，增加脱氮除磷的功能以控制水体富营养化。
(四)多方筹集生活污水处理设施建设与运营的资金
农村生活污水处理具有较强的公益性，而且需要一定规模的资金投入，单靠农民自身投入有一定困难。要结合新农村建设的实践，采取国家扶持、地方补助、农民支持和企业参与等方式，广泛筹集资金，形成多元化投入、多渠道动员的参与机制，使生活污水处理工程能够顺利付诸实施和运转。
(五)加强对农村生活污水处理建设的规划
要在吸取和借鉴国外先进技术的基础上，有效结合厌氧、好氧生物人工处理技术与自然净化系统，规划与各地农村经济水平、区域特点、自然条件、环境目标相适应的生活污水处理工艺和行之有效的运行管理模式。生活污水治理应与当地的经济结构调整相结合，发展绿色、无公害的产业与产品，在生态治污的过程中有效开发利用动植物资源，实现水的良性循环、水资源的可持续利用以及促进动植物的繁育生长。
(六)规范市场准入标准，限制劣质设备进入市场
目前我国小型污水处理装置的市场竞争非常激烈，存在恶性竞争现象，而且设计不规范，缺乏统一的技术要求和设计标准，对运行管理缺乏考虑，为将来的运行管理带来了很大的风险和隐患。应该结合我国国情，参照国外经验，提出针对分散性污水处理的技术标准、设计规则与操作规范，使工程设计标准化和运营管理规范化，促进新成果的市场化和产业化的发展。加强工程监督管理，提高处理设施的建设质量和运行质量，确保处理后的污水能达标排放。
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LIANG Zhu, NI Jin-ren
(The Key Laboratory of Water and Sediment Sciences of Ministry of Education, Department of
Environmental Engineering, Peking University, Beijing 100871, China)
Abstract: Rural domestic sewage should bear prime responsibility for the water pollution in rural area.Collection, treatment and reuse of rural domestic sewage are highly important for the improvement of human habitats in rural area.This paper introduces the applied technologies suitable for the decentralized treatment of rural domestic sewage at home and abroad, and puts forward approaches on policy and management for improving the rural sewage treatment.Key words: environmental pollution;rural domestic sewage;treatment technology;policy
(责任编辑:朱 蓓)
