广州市增城区农村生活污水设施运维分析
导读：农村污水治理作为乡村振兴战略的重要任务直接影响着乡村建设的成果，但目前我国农村生活污水治理仍存在许多问题。因此，迫切需要进一步探讨现有农村生活污水处理方法的问题与现状，为我国农村污水治理提供参考。总结了集中式处理模式与分散式处理模式的优缺点，概括了目前我国农污治理现状，并以广州市增城区为例，对该地区内多座农村生活污水设施进行了现场调查和水质监测，根据调查结果统计分析了各类处理工艺的出水水质情况，并总结了增城区的运维经验。
引用本文：潘振东,莫小堂,邱鸿荣，等. 广州市增城区农村生活污水设施运维分析［J］. 给水排水，2023，49（8）：24-30.
1、研究背景
农村生活污水治理作为乡村建设和水环境保护课题中的重要组成部分，直接影响着我国水资源保护及农村建设，农村生活污水治理也成为了当前的研究热点。国内对于生活污水的处理方式主要分为两大类：集中式处理和分散式处理。集中式污水处理方式通常是指利用市政水管道进行污水输送的污水处理方式，是绝大多数城市的选择，在收集和处理大规模废水时有着独特的优势；我国将市政排水管网接收范围以外的并且在农村内的污水定义为分散式农村污水，而分散式污水处理方式则是指这小范围的污水处理技术，具有建设费用小，维护管理简单，运行稳定等特点，就地处理后可达到排放标准或就地回用的目的。在选用污水处理方法时，城市通常选择管理更加便捷的集中式处理模式，但我们需认识到中国的城乡发展差距较大，城市人口密度较大，经济水平较高，集中式处理系统前期需要建设大型污水收集管网，经济成本更高。而我国目前大多数农村人口密度以及经济水平较低，难以承担集中式管网建设成本，除此之外，当前我国农村生活污水具有排放分散、集中处理难度大、污染面广等特点，因此针对我国农村污水水质水量不稳定、难以统一收集、处理成本高、管理难度大等特点，分散式的生活污水处理方式有明显的优势。
随着国家对农村污水处理的关注，寻找合适的水处理技术来解决农村生活污水问题就显得尤为重要。我国农村污水处理技术从20世纪80年代才逐步开始研究，远晚于西方发达国家。虽有一些污水处理装备的问世，但由于地理位置的限制及其后期运行、管理等问题的存在，严重阻碍了这些装备在我国农村的大面积推广，仍有许多方面亟需提高，因此归纳总结、学习借鉴成为提升自身水平的必然方法，本文参考《2021年中国生态环境报告》及《广州市环境质量状况公报》，以广州市增城区为例，对该地区内多个座农村生活污水设施进行了现场调查和水质监测，根据调查结果统计分析了各类处理工艺的出水水质超标情况和运行管理常见问题，通过比较几种常见处理工艺的出水水质情况，旨在归纳总结不同类型农村污水处理设施的优缺点，期望可为国内其他地区的农村生活污水处理建设提供有益参考。
2、研究区概括
增城区位于广东省中东部、广州市东部，据第七次全国人口普查数据显示，增城区常住人口为1 466 331，其中农村人口为393 501，占比26.8%，农业用地比例达84.91%。农村是增城的重要组成部分，其境内主要河流有东江、增江、西福河，流域面积超过500 km²，除此之外还有6条流域面积超过100 km²的河流，多年平均净流量超过了19亿m³。根据《广州市环境质量状况公报》的数据，增城区在拥有丰富的水资源的同时，水质环境也常年位于广州市前列。如前文所述，农村生活污水治理同时作为农村建设及环境保护的重要课题，研究如何提高农村生活污水治理水平具有极其关键的现实意义和价值。
3、农污设施效果调查
3.1 农村污水设施分析
本文对2021年间增城区内591个农村污水处理设施进行调查研究，开展了四个季度的水质调查；主要处理工艺分别为：厌氧池、厌氧池+人工湿地、厌氧池+生态塘、厌氧池+人工湿地+MBR、MBR、AAO等，四个季度所调查的不同类型农村污水设施占比如图1所示。
增城区内主要的农村污水设施类型为厌氧池（水解酸化池），四个季度占比都在50%以上。该类型设施的主要原理是分为四个阶段：水解阶段、酸化阶段、产乙酸阶段、产甲烷阶段；通过厌氧池内微生物的代谢作用，将污水中的大分子和不易生物降解的有机物降解为易于生物降解的小分子有机物。厌氧池（水解酸化池）处理不用外加动力能源，施工简便，是日前许多农村污水处理的首选，但厌氧工艺同样有着缺点与不足，如pH会严重影响厌氧工艺的性能，同时该工艺还会发生氮素累积、温水气体排放等问题；人工湿地工艺因为受气候条件影响较大，因此通常与人工湿地组成“厌氧池+人工湿地”工艺，该组合工艺四个季度数量占比都在28%以上，具有较强的抗冲击负荷能力、无动力损耗、维护管理方便、投资低、处理效果可靠的特点，污水经过厌氧池（水解酸化池）初步处理后，再通过人工湿地进行深度处理，使水质进一步得到净化。此外还有MBR、AAO、AO等一体化设施。目前，增城区农村生活污水治理结合增城区实际情况，因地制宜采用三种治理模式。
图1 四个季度水质调查中各农村污水处理设施类型占比
3.1.1 接入市政管网
对于靠近市政主管网的自然村，可采用接市政管网的模式，建设污水收集管网，统一收集污水后接入市政主管，污水最终进入市政污水处理厂进行处理。目前增城区有1131个自然村纳入城镇污水处理厂处理范围，占比35%；管网建设成本约1 400元/m，出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准及广东省地方标准《水污染物排放限值》（DB44/26-2001)第二时段一级标准的较严值。
3.1.2 集中收集处理
对于人口较多、房屋分布较集中、污水量较大的自然村，可采用集中式设施处理的模式，在村内统一建设一体化污水处理设施，污水经过管网收集后，进入一体化设施进行处理。目前增城区有392个自然村主要采取一体化设施处理生活污水，占比12%；一体化设施建设成本约6 000元/m³，出水执行《农村生活污水处理排放标准》（DB44/2208-2019），根据出水流向及处理水量分别执行一、二、三级标准。处理工艺主要有：MBR一体化、AAO一体化、AO+MBR一体化、厌氧池+人工湿地等。
3.1.3 资源化利用
对于分布分散、地形条件复杂、管网施工难度大、污水不适合集中收集的村落或村庄中的零散农户，可采用资源化利用的模式，单个农户或相邻几户农户为单位单独建设处理污水设施。目前增城区有481个自然村采用资源化利用，占比15%；厌氧池建设成本约1 000元/m³。处理工艺主要有：厌氧池、水解酸化池。
3.2 农村污水排放标准
农村生活污水的主要来源为厕所水、生活洗涤水、禽畜养殖水、厨房用水等，主要的污染物质包括氮磷、有机物、悬浮物以及一些生物指标。2020年以来，增城区的农村生活污水执行标准为《农村生活污水处理排放标准》，根据农村生活污水处理设施出水排放去向以及处理规模，将农村生活污水处理设施水污染物排放标准分为一级标准、二级标准和三级标准。
另外，当农村生活污水处理后用于农业灌溉时，相应控制指标应满足国家或地方相应的水质标准，目前增城区对用于农田灌溉的设施点根据《农田灌溉水质标准》执行。
3.3 农村污水出水水质
2021年间，厌氧池出水水质多以三级标准及农田灌溉为主、厌氧池+人工湿地（生态塘）则以二级标准及农田灌溉为主，而AAO、MBR、SBR等一体化设施的出水水质主要为二级标准或一级标准（见图2），研究表明多数情况下，厌氧池对出水水质控制不如MBR等一体化设施，厌氧池主要依靠厌氧微生物进行代谢活动进而降低污染物质浓度，但温度、pH等环境条件对厌氧池中主要微生物如产甲烷菌有很大影响，这使得厌氧反应池的运行和应用受到了限制；另外，目前研究表明虽然厌氧生物处理工艺对高浓度的工业废水有很高的处理效率，但对于浓度较低的农村生活污水，则可能需要利用好氧微生物进行进一步的降解处理，而如AAO等的一体化设施中则多是让污水以此通过厌氧条件及好氧条件，使得好氧及厌氧微生物都得以生长，进一步降低COD、氨氮等指标。
图2 各农污设施对应不同出水标准占比
根据各设施的出水要求，本文对增城区内2021年间四个季度开展农村污水设施水质调查工作。从图3可以看到，第一季度水质达标率较差，即使厌氧池的出水标准较低，第一季度的出水达标率也仅为60%，但加厌氧池后续加入人工湿地或生态塘后，即使所规定出水水质标准要求变高，达标率也有了明显的提高，人工湿地及生态塘的加入可进一步提高出水水质。另外，虽然一体化设施的出水水质标准较高，但总体达标率更高，说明相较于单个厌氧池设施，MBR等一体化设施可更好的处理污水的观点。
图3 增城区2021年四个季度农污设施水质调查达标率
本文对2021年间COD及氨氮的达标率进行调查统计，结果如图5所示。各类农污设施对COD的去除率有较高的水平，2021年间厌氧池的平均达标率为86.09%、厌氧池+人工湿地（生态塘）达标率为89%、一体化设施COD出水达标率则更是高达91.79%（见图4a）；而各类型的污水处理设施对氨氮的去除表现都不甚理想，厌氧池、厌氧池+人工湿地、一体化设施2021年的平均达标率仅分别为73.08%、60.33%、69.27%,因《农田灌溉水质标准》(GB 5084-2021)未对农田灌溉水中氨氮指标进行限制，本文未对出水标准为农田灌溉的数据进行统计。
我国农村生活污水的主要来源为厕所水、生活洗涤水、禽畜养殖水、厨房用水等，主要的污染物质包括氮磷、有机物、悬浮物以及一些生物指标，因此出水pH通常在7~8，从图5可以看到不同类型工艺对进出水pH并无太大影响，满足农污出水标准。
图4 增城区2021年农村污水设施对COD、氨氮去除效果
图5 增城区2021年第四季度进水、出水pH
此外，通过统计可得可得2021年间各类型设施的氨氮浓度如图6所示；厌氧池类设施对氨氮的出水效果并不稳定，异常值较多且偏差较大；厌氧池+人工湿地次之；一体化设施异常值较少且出水平均浓度最低。
图6 增城区2021年农村污水设施出水氨氮浓度
综合上述结果可知，各农污设施对出水水质中COD指标控制较好，而氨氮浓度控制依然不佳，今后应重点关注如何提高各农污设施的氨氮去除效率；厌氧池对出水水质控制不稳定，出水异常值较多、一体化设施对水质控制较稳定，出水异常值较少(见表1)。
表1 氨氮平均出水浓度（单位:mg/L）
4、运维模式
建立以区督导、镇（街）负责、排水有限公司专业运维、行政村自治相结合的四级运维管理责任体系。全面压实区、镇街、村社和专业维管公司四个层面的责任。
一维（区级）：负责监督+考核+技术指导。增城区水务局严格落实季度考核和日常监管，技术指导设施常态化运行和问题整改。
二维（镇街）：负责协调+管理+落实，对辖区各行政村农污设施运维管理，组织做好问题整改（小修）和实施大中修工作。
三维（村社）：负责巡查+自治+养护，组建村级维管队伍落实巡查、门前屋后管渠及农户化粪池清疏养护等非技术性工作。
四维（区排水公司）：负责专业+运营+维护，完成技术性农污设施运维工作，做好专业化维修保养和大中修。
坚持“以用为本，建管并重”的原则，贯彻以区督导、镇（街）负责、排水有限公司专业运维、行政村自治相结合的四级运维管理责任体系。创新运维模式，推动“网格化、本地化、标准化、智慧化”的四化高质量维管模式。
5、存在问题
不难看出，农村污水处理这方面已经引起了广泛的关注和研究，并且目前已经有了一定的成果，但国内现状仍不能令人满意。因此，作者在对增城区内农污设施运维情况进行长期的观察以及总结后，总结出以下问题：①部分农污设施站点因超负荷等原因导致出水水质不达标；②缺少明确的出水标准依据，虽然目前广州市内目前已经颁布《农村生活污水处理出水标准》但仍有许多地方未有明确依据，如某些地区的水环境功能区划分不明确，导致无法确认出水标准；③农污管养费用不足，农污设施的管养费远低于城镇排水管网日常养护定额；④污泥产量较多，分布广而散，难集中处理。污设施运维过程中主要污泥存在于厌氧池及MBR池，各行政村分布广而散，产生污泥难以集中处理。
本次的农村污水处理设施水质调查结果显示，AAO等一体化设施对农村污水处理似乎有更出色的表现，但这些设备的运行并全部由本身的设备设计决定，更与平时的运行维护有着密不可分的关系。谈详等人通过对上海426座农污设施进行水样调查，得出了水质超标的主要原因有以下三点：①设备本身设计标准原因；②管理养护原因；③由于社会发展农村人口数量变化较大等；同时王晶总结出了目前国内人们缺乏农村生活污水处理意识、污水处理系统存在设计缺陷、缺少资金支持以及专业性人才的农污处理现状；而白科等人则通过对比目前国内分散式农村污水一体化设施的优缺点，对目前一体化设施脱氮除磷效率低的现状提出国家和地方应加紧出台相应执行标准、加强物理化学技术在分散式农污设施方面的应用的对策；与此同时，雷圣同样阐述了目前国内农污设施存在的问题，提出了应合理利用组合工艺、完善运行管理措施等建议。
6、结论与建议
针对上述问题，本文提出以下建议措施：①进一步深化农村雨污分流，减少雨水进入农污站点；根据收纳污水量对站点进行提标、扩容改造；②明确相关细则，出台执行标准。③农污设施所产生污泥就地利用资源化，避免远距离回收。④提高农污设施管养费，加强污水处理设施运行维护管理。农污设施的长期有效运行，需要长期稳定的资金投入，以满足污水处理系统运行的日常维护和定期检查。
