截止2020年底,我国已完成15万个行政村的农村环境综合整治,行政村生活污水治理率达到25.5%,农村污水收集处理率远低于城市,同时地区发展不平衡[1,2]。与城市相比,农村污水水质水量波动大,人口居住分散,排水体制和收集处理模式不一,处理工艺技术呈现多样化。出水水质好、低成本、便于维护的适用工艺技术成为农村污水治理领域的研究重点。因此,本文从农村生活污水的收集处理现状、排水体制、收集处理模式、处理工艺技术等方面进行了论述,并重点对常用处理工艺技术进行了对比探讨,以期为农村生活污水治理工艺技术选择提供指导。
1 收集处理现状
1.1收率处理率
根据《中国城乡建设统计年鉴》(2019)[1],我国约有1.87万个建制镇,0.95万个乡,镇乡特殊区域462个,51.5万个行政村,251.3万个自然村,户籍人口数9.67亿。由表1可以看到,农村污水处理率整体较低,远低于96.8%的城市污水处理率[2]。
表1 农村生活污水收集处理现状
Table 1 Current situation of rural sewage treatment
1.2水质
农村生活污水主要来源于粪尿、盥洗、淋浴、杂用等日常生活中产生的污水,水质指标范围参考表2所示。其中粪尿冲厕等污水中含有的有机污染物和氮磷等营养盐浓度较高,通常称为黑水,其他称为灰水。黑水灰水可统一收集进行处理,也可分开收集处理,黑水富含的氮磷营养元素可以进行资源化回收利用。尹微琴[3]调研得出江苏南部农村生活污水污染物 COD、NH4+-N、TN、TP 日均排放量为58.3、3.6、 6.2 和 0.4 g/(人·d)。王星[4]调研陕西南部农村黑水的TN、TP 日均排放量为 101.0和11.0 g/(人·d)。由于生活习惯、用水器具、降雨、南北方差异等,农村生活污水水质波动范围大,我国北方农村地区生活污水中污染物浓度明显高于南方地区。
表2 农村生活污水水质
Table 2 Characteristics of rural sewage treatment
1.3水量
农村污水排水量可根据用水量和排水系数设计计算,我国农村生活污水水量波动大,全国农村人均生活用水量为91.2L/(人?天)[1],用水量参考范围40~180L/(人?天)[3],排水系数主要取决于排水卫生设施的完善程度,取值范围为0.4~0.8[5]。农村居住较为分散、地形复杂,目前用水器具和排水管网建设不完善,严重滞后,导致收集处理率较低。刘晓慧[6]研究发现农村污水排放量不规律、瞬时变化大,存在早上洗漱时间、中午午饭时间、晚上洗漱时间三个排水高峰;同时排水量季节性变化明显,夏季排水量远高于冬季,但夏季污水中污染物浓度低于冬季。
2 排水体制
农村排水体制可分为合流制、截流制、分流制等[7],优缺点和适用范围见表3。只收集灰水的明渠可改造为生态沟渠。原有合流制、截流制远期要逐步改造为分流制,新建排水系统应采用分流制。王建军[8]研究认为农户雨污分流不完善、污水收集不完全是农村污水收集处理系统存在的主要问题,应从源头进行雨污分流,对污水进行单独收集处理。污水排水管网分为重力式和非重力式(负压收集管网),设计可参考《室外排水设计标准》(GB 50014-2021)[9]。
表3 农村排水体制
Table 3 Rural drainage system