我国农村生活污水治理模式和技术研究进展

潘 科， 熊 霞， 李 江， 葛一洪， 施国中， 雷云辉

(农业农村部沼气科学研究所， 成都 610041)

随着国家乡村振兴战略的开展和推进，农村生活污水治理作为农村生态振兴的重要组成部分，越来越受到国家的重视和社会的关注。近年来，我国农村已逐步铺开生活污水的治理和资源化利用，随着“十四五”开局，国家出台了《农村人居环境整治提升五年行动方案(2021～2025年)》[1](后称“行动方案”)，方案明确指出农村生活污水应分类分区推进治理，在已有成熟治理模式和技术的地区应提高治理率，在其他地区选择适宜的技术开展试点示范。事实上，在乡村振兴推进的过程中，很多农村地区已经实践了不少生活污水处理技术，累积了一定的经验，但是也发现了一些问题，不少研究者们也针对这些技术问题进行了探索和研究。本文将以“行动方案”的指导方向和农村的实际情况，对目前农村地区主要的生活污水处理技术和研究进行梳理，为农村生活污水处理的进一步推进提供借鉴和参考。

我国农村生活污水治理主要模式见表1。

表1 农村生活污水治理主要模式

在农村污水治理的技术决策中，模式的选择是第一步，也是至关重要的一步，直接关系到后续的各类技术的应用、设施的建设以及后续的管理，不少学者对农村生活污水治理的各种模式的利弊和科学的决策方法进行了深入的研究。Huang[2]等考虑了经济投入、环境需求、技术条件、地形地貌等因素，建立数学模型，对农村生活污水处理的各种模式进行了分析和比较，发现性价比最高的处理模式为联户(即邻近的3～4户联合处理)模式和相对集中的处理模式，而对于环境要求较高、经济条件不好的地区，生态处理的适应性更强。Eva Risch[3]等用生命周期评价法对集中处理和分散处理进行了对比，发现从可持续上来讲分散处理模式更有优势，但集中处理的污染物管控效果更好，保护生态环境的效能较为突出，从人类健康保护的角度来说，两者的差距并不明显，难以有明确的结论。陈娟[4]等利用人口居住离散距离、区域最大人口密度等参数建立了人口分散度计算模型，并以行政区域为分级单元，确立了基于人口分散度的农村生活污水处理模式选择方法和适用范围。

经过多年的累积和探索，各种污水处理模式的利弊和特点的研究都有不小的进展，技术模式选择，既要结合当地的实际情况，又要考虑各类技术在该模式中的适应性，技术为模式服务，而模式为治理服务。总体来说，我国农村生活污水东部地区治理率相对较高[5]，且已有成熟的模式，西部地区很多技术和模式方面还不成熟，而西部地区人口、环境、经济条件、地形地貌等都较为复杂，需要更细化和更深入的模式探索和研究[6-7]。

农村生活污水需要预处理的情况主要是当地对污水的排放水平要求较高，需要采用比较高效的处理方式。目前大多数研究，主要聚焦在预处理对后续处理的效果提升或预处理本身的一些效率提高上。鉴于我国农村生活污水处理推进的实际情况，大量需要研究的技术主要针对中西部地区或者山区等经济条件相对受限的地区，其预处理设施应该越简单越好，且与后续系统应有较好的协调性和互补性。因此，未来对于预处理的研究重点，会更倾向于资源化利用以及低成本简易化的预处理手段，以更契合国家对农村生活污水的治理需求。

生物处理技术是生活污水处理中较为成熟的技术，在农村的应用研究，更应突显农村水质水量稳定性低、技术维护水平低、经济成本高的敏感性特点。按“行动方案”的指导思想来看，农村地区的污水更应朝资源化和循环利用方向来发展。但就目前的研究进展来看，一部分是优化传统的生物处理技术，而其检测指标主要是针对农村污水排放标准[21]规定的几种参数进行研究，而对于需要回用的污水，在农村经济条件下，主流则是通过简单的处理手段，保证其安全性和水质稳定性后，便进行回用，而目前针对这一方面的研究还相对较少。另外，部分学者已经开始关注可再生能源在农村生活污水处理中的应用，随着我国双碳目标的加码，相信这类研究将吸引更多人的关注，探索农村低碳、低能耗、低成本的污水资源化生物技术。

农村地区环境容量较大，且可用于污水处理的土地相对较多，因此，人工湿地、氧化塘、土地渗滤等生态处理技术在农村有一定适应性。因此，很多学者对生态法在农村生活污水的处理进行了探索和实践，在多方面都取得了进展。Li[22]等利用以绿狐尾藻为主的表面流人工湿地对生活污水进行了处理，结果表明，该湿地对总氮、氨氮、硝氮和总磷的去除速率可达到1.0 g·m-2d-1、0.84 g·m-2d-1、61.3 g·m-2d-1和85.3 g·m-2d-1，其中，沉淀物和植物对营养物质的去除速率分别为196.6 mgN·m-2d-1、49.9 mgP·m-2d-1和17.6 mgN·m-2d-1、8.1 mgP·m-2d-1，通过对微生物组成的分析，发现Proteobacteria、Chloroflexi、Bacteroidetes、Firmicutes和Euryarchaeota是湿地系统中主要的生物门属。Wang[23]采用生态沟渠处理生活污水，其对总氮和总磷的平均去除率可达到47.97%和49.79%，研究还发现，季节和温度的影响对该系统有较大冲击，并建议在系统中配置一定量的耐冬植物并且应勤于管理。Liu[24]等用砂土渗滤的方式来处理新鲜水、三级处理后的生活污水、二级处理后的水以及生活污水的原水，其实验结果表明，生活污水通过土地渗滤的方式处理，有助于砂化土壤的种植能力恢复，但如果原水没有妥善处理的话，则可能会对地下水造成污染。Mao[25]采用全光谱的LED灯来提升藻类塘的污水处理效果，发现在实验的日照条件下，通过LED灯延长2 h的照明可达到最好的氮磷去除效果，过长的光照时间反倒会对营养物质的去除产生抑制，其研究结果还揭示了化能异养菌是藻类塘中对去除营养物质的起主要作用的重要微生物。Li[26]等采用生物滤池+氧化塘+湿地的系统来处理农村及养殖场的生活污水,其湿地植物主要选用的是粉绿狐尾藻、蕹菜、水田芥等，其研究发现该系统不仅对污水中的总氮和总磷的平均去除率可达90%以上，而且植物的收割和清理对污水中的污染物去除有重要作用，合理的收割植物可有效提高污水中营养物质的吸收。Chen[27]在传统浮萍塘中添加了填料，发现优化后的浮萍塘有较高的营养物去除能力，硝氮和总氮的去除率可达到80.02%和56.42%，并且通过对微生物的分析发现，该处理系统的微生物在驯化期、稳定期和植物生长期的组成有很大不同，分别适应了不同阶段的生长要求。Tan[28]等将活性矾土作为人工湿地填料，与传统的页岩陶瓷填料进行了对比实验，发现矾土作为填料的湿地效率有更高的营养物去除率，对微生物组成的分析显示，矾土填料湿地中的硝化和反硝化细菌更加丰富。彭朝晖[29]等采用以厌氧发酵技术为主，辅以人工湿地和回流曝气措施，形成一种生活污水分散复合生态处理系统。通过在成都市新津区示范工程案例3年运行与监测的跟踪研究，其SS、CODcr、NH3-N、TP去除率可达到77.8%、77.9%、92.5%、75.0%，出水基本能稳定达到四川省《农村生活污水处理设施水污染物排放标准》(DB51 /2626—2019) 二级标准。

农村特殊的地理及环境条件给了生态法很多应用的空间，在目前的研究中，多集中于对生态法的一些结构、填料、运行方式上的改进，主要研究方法也多采用前后对污染物去除的对比和微生物组成的比较。生态法在农村实践的过程中，需要提升的地方还很多，例如臭味的问题，尤其人工湿地在应用的过程中，前端厌氧/兼氧处理的水会有臭味，一定程度上影响了附近居民对人工湿地的感受，限制了其在农村居民区使用的情况；
又如湿地植物的收割，其实大多数地方是很少收割的，这使得死亡的植物又重新进入了水体，释放氮磷。这一类实践过程中出现的问题，在目前的研究进展中还没有完全解决，因此，就农村生活污水的生态处理方面，还需要更多更进一步贴近实际的探索。

就我国农村生活污水治理的进展而言，目前已取得阶段性成果，“行动方案”等国家的规划和指导性文件给我们提供了新的方向和目标。目前的研究进展和成果还不能完全满足农村发展新要求，一方面我国农村条件复杂，技术需求也较为多样化，另一方面农村的污染治理将更紧密地与基础设施建设和农业发展要求相结合，既需要对特定地区探索特殊技术，也需要多学科融合交叉，形成综合性、系统性的解决方案，这还有待于学者们的进一步探索，为我国的乡村振兴形成有力的技术支撑。