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(diǎn)實(shí)驗室

摘要：通過(guò)查閱我國2000-2016年共計119項≤ 1 000 m3·d-1農村生活污水處理實(shí)際工程案例文獻，統計分析我國農村生活污水處理的技術(shù)模式、出水執行標準、6種主要污染物（化學(xué)需氧量、總氮、總磷、氨氮、SS、BOD5）去除率，結合層次分析法對我國農村生活污水處理現狀及發(fā)展態(tài)勢進(jìn)行分析。結果表明，57.26%的農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)主要執行GB 18918-2002《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》，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(lèi)，組合處理技術(shù)使用最多，多種工藝技術(shù)組合是未來(lái)農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。

農村生活污水是我國農村污染物的主要來(lái)源之一，而農村污染物已成為影響水環(huán)境的重要因素，進(jìn)而影響整個(gè)農村的生態(tài)環(huán)境，同時(shí)也制約著(zhù)農村經(jīng)濟發(fā)展。社會(huì )主義新農村建設方針的出臺，使我們看到了中國廣大農村發(fā)展的新方向和美好前景。要實(shí)現這個(gè)美好愿景，對農村生活污水治理技術(shù)現狀的科學(xué)認識就顯得尤為重要。因此，對我國進(jìn)入21世紀以來(lái)的農村污水治理技術(shù)進(jìn)行分析及評價(jià)具有重要的現實(shí)意義。筆者通過(guò)中國知網(wǎng)收集并總結了2000—2016年119篇有關(guān)農村生活污水處理技術(shù)研究的文獻，分析農村生活污水處理技術(shù)的現狀和態(tài)勢，綜述農村生活污水處理技術(shù)的各種評價(jià)方法，旨在為各農村根據實(shí)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(kāi)展農村生活污水治理規劃和工程實(shí)施提供參考，以期推動(dòng)社會(huì )主義新農村建設。

1 農村生活污水處理基本狀況

農村生活污水包括生活洗滌污水、廚房和沖廁污水以及養殖畜禽污水等，具有污染面廣、來(lái)源多且分散不易收集，成分復雜，地區差異較顯著(zhù)，懸浮物、有機物、氮磷濃度較高等特性。農村生活污水量一般低于城鎮，但由于缺乏完善的下水和處理系統、經(jīng)濟基礎薄弱等原因，農村生活污水的處理率遠低于城鎮。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。

據住房和城鄉建設部數據，截至2015年，全國(西藏、港澳臺未列入統計)建制鎮共17 848個(gè)，對生活污水進(jìn)行處理的建制鎮占全國建制鎮總數的25.3%。全國有1.15萬(wàn)個(gè)鄉、264.5萬(wàn)個(gè)村莊，村莊戶(hù)籍人口7.65億人，對生活污水進(jìn)行處理的鄉僅為815個(gè)，占全部鄉的7.1%。這2組數據充分說(shuō)明，有大量農村生活污水未得到處理，加強農村生活污水處理顯得尤為緊迫和重要。

2 農村生活污水處理技術(shù)分類(lèi)

目前國內外應用的農村污水處理技術(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(guò)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)單元構成分類(lèi)，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(guò)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(dòng)力給污水充氧培養微生物，常用方法有厭氧-好氧(AO)法、序批式活性污泥(SBR)法和生物轉盤(pán)等。厭氧生物處理不需要動(dòng)力，主要是利用厭氧微生物的代謝活動(dòng)將有機物轉化為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-微生物復合系統共同作用的原理，通過(guò)過(guò)濾、吸收和分解作用使污水得到凈化，常用方法有人工濕地、土壤滲濾凈化系統和氧化塘等。

組合處理技術(shù)指上述2種處理技術(shù)的結合或某一種技術(shù)系統內部不同工藝形式的結合，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)-膜生物反應器(MBR)一體化工藝；生態(tài)+生態(tài)處理組合，如人工濕地+穩定塘、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(yáng)能A2O+潛流人工濕地。每種技術(shù)都有各自的優(yōu)勢和特點(diǎn)，利用生物處理可以降低污水中污染物濃度；通過(guò)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(jìn)一步提高系統處理效能并探索改良方法。

3 我國農村生活污水處理技術(shù)應用狀況分析

通過(guò)文獻調研，收集了2000—2016年處理水量低于1 000 m3·d-1的全國各地農村生活污水處理工程近150項，經(jīng)過(guò)篩選只有119項同時(shí)滿(mǎn)足以下2個(gè)要求：一是有明確處理水量；二是有具體的污染物去除率數據或有滿(mǎn)足的排放標準。采集農村污水處理工藝案例的年份與工藝數量關(guān)系見(jiàn)圖1。

從圖1可見(jiàn)，工藝案例數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年農村生活污水處理技術(shù)研究文獻總體呈逐年增長(cháng)趨勢，說(shuō)明對農村生活污水的污染控制已引起學(xué)者們的廣泛關(guān)注。對農村生活污水分散處理工藝規模分布的調查(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(shuō)明農村生活污水排放較分散，水量低。

對農村生活污水119個(gè)工程案例進(jìn)行分類(lèi)，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(shuō)明農村生活污水組成成分復雜化，單一的處理工藝出水難以滿(mǎn)足國家的排放標準和收納水體的環(huán)保需求，需要多種工藝組合以達到強化系統凈化能力的目的。

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(yíng)養物質(zhì)，后續生態(tài)處理進(jìn)一步脫氮除磷，前段生物處理可以彌補后續生態(tài)處理易受氣候變化影響、處理效果不穩定等缺點(diǎn)，從而更高效地處理污水，提高出水水質(zhì)，增強系統運行的穩定性。相比較于其他2種處理技術(shù)，生物和生態(tài)組合技術(shù)需綜合考慮農村地區的經(jīng)濟地理環(huán)境條件、地域氣候差異以及當地條件、運行管理、污泥產(chǎn)量和實(shí)際工程案例等因素，將污染控制與保護和改善當地的水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境相結合，進(jìn)而實(shí)現農村區域性的水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)。

4 農村生活污水處理出水執行排放標準分析

在119篇文獻中，有84篇文獻注明出水執行的具體標準號，占70%。在注明排放標準的文獻中，依據最多的標準是GB 18918—2002《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》(一級A和一級B標準分別占26.19%和40.47%，未注明級別占8.33%)，其次是GB 8978—1996《污水綜合排放標準》(一級和二級標準分別占5.95%和3.57%)，此外還有北京市地方標準的DB 11/307—2005《水污染物排放標準》(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《農田灌溉水質(zhì)標準》(5.95%)。

以上數據說(shuō)明目前針對農村生活污水處理技術(shù)的實(shí)踐中，研究者的關(guān)注重點(diǎn)主要在于污染處理技術(shù)，該現象與我國農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村生活污水處理排放標準，造成各地農村在工藝選擇和建設標準中面臨許多實(shí)際問(wèn)題，也使得各項技術(shù)在研發(fā)過(guò)程存在無(wú)明確標準可以參照的問(wèn)題。

5 各處理技術(shù)污染物考核指標分析

5.1 水質(zhì)指標分析

在查閱的119篇文獻中，有91篇文獻注明具體水質(zhì)指標值?？己说乃|(zhì)指標主要包括COD、氨氮、總氮、總磷、SS和BOD5這6項指標。圖3是這6項主要水質(zhì)指標在有數據實(shí)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項指標的考核率均超過(guò)60%。其中，考核COD指標的農村污水處理技術(shù)文獻數量最多，占92.31%，說(shuō)明農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(wèn)題；其次是總磷和氨氮，考核比例分別達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%。在指標組合的綜合考核中，同時(shí)考核COD、氨氮、總氮和總磷4個(gè)指標的文獻比例要遠高于其他組合，占比達34.07%。這說(shuō)明各地農村生活污水處理出水指標考核中對氮去除的重視程度加強。但不容忽視的是，其他任意組合指標的考核比例也較高，說(shuō)明目前農村生活污水排放指標不統一，隨意性較大。

5.2 污染物去除率分析

不同地區農村由于經(jīng)濟發(fā)展水平、居民生活習慣、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。不同農村生活污水處理技術(shù)對水質(zhì)指標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(lèi)主要污染物指標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70%以上；BOD5去除率>70%的工藝所占比例高達97.22%，普遍較高的COD和BOD5去除率說(shuō)明農村生活污水中的有機物比較容易去除，符合農村生活污水可生化性較好的特點(diǎn)。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35%，提高總氮去除效率可以作為未來(lái)農村生活污水處理技術(shù)的研發(fā)重點(diǎn)之一。

農村生活污水處理是否一定要求做到脫氮除磷，需要根據處理后的出水用途進(jìn)行具體判斷。若經(jīng)處理后的農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)應當實(shí)現以上4類(lèi)主要污染物的削減排放，以達到環(huán)境保護的目的；若經(jīng)處理后的生活污水用作農田灌溉、漁業(yè)、沖廁等回用用途，則應適當放寬污水脫氮除磷的處理要求，以實(shí)現對污水中富含氮、磷的資源化利用。

6 農村生活污水處理技術(shù)評價(jià)

農村生活污水處理技術(shù)有很多種，選擇時(shí)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(guò)調研，發(fā)現層次分析法是農村生活污水處理技術(shù)較為常用的評價(jià)方法(表1)。

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

由表1可知，農村生活生物污水處理技術(shù)的評價(jià)指標體系一般分為技術(shù)性能、經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和管理效能4個(gè)準則層和若干指標層。盡管存在工藝案例的地區差異以及評價(jià)體系中指標層的指標選擇差異，但依然明顯看出，無(wú)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最多，說(shuō)明人工濕地處理工藝雖然占地面積較大，但是在農村生活污水處理中優(yōu)越性最強，體現了人工濕地工藝運行可靠的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，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(lái)農村污水處理的發(fā)展趨勢和主導力量，這與該研究前段的調研結論相符。

7 總結

通過(guò)對119項農村生活污水處理工程案例文獻調研、數據統計分析以及運用層次分析法對處理技術(shù)的評價(jià)可以看出，我國農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)因其符合農村生活污水的特點(diǎn)以及農村獨特的地理環(huán)境而得到更多的開(kāi)發(fā)使用，將有更廣闊的發(fā)展前景。未來(lái)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)是我國農村生活污水處理技術(shù)發(fā)展的主要方向。

我國農村生活污水處理工藝多種多樣，但都缺少規模效應以及標準建構，目前我國農村生活污水排放標準缺失，去除效能的評價(jià)指標體系不完備，建議今后國家在開(kāi)發(fā)各種污水處理技術(shù)、提升技術(shù)效能的同時(shí)盡快完善農村污水排放標準，建立、健全對農村污水處理技術(shù)的評價(jià)體系，在對農村生活污水處理鼓勵技術(shù)創(chuàng )新的同時(shí)，應集中應用和重點(diǎn)發(fā)展少數幾種技術(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)形式標準化。

作者：農業(yè)環(huán)境科學(xué)　　來(lái)源:農業(yè)環(huán)境科學(xué)