2017 年 2 月環(huán)境保護(hù)部、財(cái)政部聯(lián)合發(fā)布的《全國農(nóng)村環(huán)境綜合整治“十三五”規(guī)劃》[1]提出，到 2020年，新增完成環(huán)境綜合整治的建制村13 萬個(gè)，累計(jì)達(dá)到全國建制村總數(shù)的1/3 以上。其中農(nóng)村生活污水治理是農(nóng)村環(huán)境綜合整治的內(nèi)容之一。2018 年2 月，中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳聯(lián)合發(fā)布的《農(nóng)村人居環(huán)境整治三年行動方案》提出，到2020 年，廁所糞污基本得到處理或資源化利用，農(nóng)村生活污水治理率明顯提高。農(nóng)村地區(qū)水污染排放總量占全國污水排放總量的 50% 以上 ，但 農(nóng)村生活污水處理率僅為22%，而我國城市污水處理率已達(dá) 93.44%，可見，相對于城市生活污水，農(nóng)村生活污水處理率還很低，迫切需要加快治理步伐。

　　我國部分農(nóng)村地形條件復(fù)雜、人口居住分散、地廣人稀，采用集中式污水處理系統(tǒng)會導(dǎo)致管網(wǎng)鋪設(shè)困難、投資成本高、運(yùn)行維護(hù)難度高等問題，使農(nóng)村地區(qū)因資金困難無法承受。因此，對于經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)且居住分散的地區(qū)，耗費(fèi)資金和人力修建較長的污水管網(wǎng)進(jìn)行集中處理不經(jīng)濟(jì)也不現(xiàn)實(shí)，需要因地制宜選用分散式污水處理技術(shù)。

　　厭氧消化技術(shù)因?yàn)檫\(yùn)行管理簡單、處理費(fèi)用低而被國內(nèi)外視為適合農(nóng)村地區(qū)的成本低、維護(hù)簡便的處理技術(shù)。厭氧分散處理技術(shù)已經(jīng)從最早的化糞池發(fā)展到戶用沼氣池、生活污水凈化池系統(tǒng)，再到近年來的多種厭氧組合處理技術(shù)，在農(nóng)村生活污水處理中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。筆者通過文獻(xiàn)調(diào)研，綜述了厭氧消化技術(shù)在農(nóng)村生活污水處理中的研究進(jìn)展及應(yīng)用現(xiàn)狀，重點(diǎn)分析了各類型厭氧消化技術(shù)工藝特點(diǎn)及處理效果，最后對厭氧消化技術(shù)在農(nóng)村生活污水處理中的應(yīng)用提出建議，以期為厭氧消化技術(shù)的科學(xué)合理應(yīng)用提供參考。

　　1 厭氧消化技術(shù)

　　1.1 化糞池

　　化糞池是一種利用沉淀和厭氧發(fā)酵的原理去除生活污水中懸浮性有機(jī)物的初級處理設(shè)施。1860年，法國的 Mouras 和Moigno 建造了最早的單格式化糞池，并稱之為“MOURAS 池”。1895 年，英國研究人員對其進(jìn)行了工藝改進(jìn)，并申請了專利，稱之為化糞池，隨后，化糞池在世界范圍內(nèi)得到廣泛的傳播與應(yīng)用�；�糞池原理是下層的固形物在池底得到分解，輕的浮渣懸浮在上層，確保中間層清液進(jìn)入管道而流走，防止了管道堵塞，給固形物體(糞便等垃圾)充足的水解時(shí)間。生活污水中含有大量糞便、紙屑、病原蟲，污水進(jìn)入化糞池經(jīng)過12~24 h 的沉淀，可去除50%~60% 的懸浮物。沉淀后污泥經(jīng)過 3 個(gè)月以上的厭氧消化，污泥中的有機(jī)物分解成穩(wěn)定的無機(jī)物，易腐敗的生污泥轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的熟污泥，改變了污泥的結(jié)構(gòu)，降低了污泥的含水率。定期將污泥清掏外運(yùn)，填埋或用作肥料。

　　近年來，隨著全國各地農(nóng)村人居環(huán)境整治工作的推進(jìn)，化糞池因具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、維護(hù)管理簡便等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛的青睞。根據(jù)建造材質(zhì)，化糞池分為磚砌化糞池、鋼筋混凝土化糞池、玻璃鋼化糞池、沉管化糞池、預(yù)制裝配式化糞池等。因化糞池并不能使污染物徹底礦化，其出水仍含有較高濃度的污染物，例如COD 去除率約為50%�；�糞池適用于農(nóng)村生活污水前端預(yù)處理。近年來，研究者對化糞池進(jìn)行改進(jìn)，取得了較好的應(yīng)用效果，如改為厭氧生物池或?qū)�傳統(tǒng)的三格化糞池進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造，在第一格室的中下部進(jìn)水，沿第一格室高度方向設(shè)置多層孔板，在第二格室設(shè)置折流板，第三格室內(nèi)置陶粒填料，第四格室收集出水回用于農(nóng)田灌溉或連接后續(xù)裝置做進(jìn)一步處理。試驗(yàn)結(jié)果表明，孔板的有效設(shè)置使得第一格室對COD 和BOD5 的去除率均超過50%，穩(wěn)定運(yùn)行后整個(gè)反應(yīng)器對COD 和BOD5 的去除率分別為 72%~84%、80%~92%，出水的生化指標(biāo)符合農(nóng)田灌溉水質(zhì)的要求。

　　1.2 農(nóng)村戶用沼氣池

　　農(nóng)村戶用沼氣池是一種在厭氧條件下處理農(nóng)戶人畜糞便并產(chǎn)生沼氣和沼肥的設(shè)施。產(chǎn)生的沼氣用于生活用能，沼肥用作農(nóng)肥還田。農(nóng)村戶用沼氣池特別適合處理農(nóng)村生活污水中的黑水。沼氣作為一種可再生的生物質(zhì)能源，自新中國成立以后，就得到了黨和國家的高度重視。截止到 2016 年底，全國戶用沼氣池?cái)?shù)量已達(dá)4160 多萬，但隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)，部分農(nóng)村人口搬遷或養(yǎng)殖習(xí)慣改變，造成原料缺乏、管理不到位等，致使部分沼氣池閑置或報(bào)廢。將部分閑置的戶用沼氣池改為廁所糞污處理池、化糞池和水窖等，是今后的發(fā)展方向。尤其2018 年以來，全國各地對農(nóng)村生活污水治理推進(jìn)力度加大，全國各地推行“沼”改“池”和“沼”改“廁”，即將閑置的戶用沼氣池改為農(nóng)村生活污水處理池，或?qū)�戶用沼氣池改為三�?lián)通式沼氣池式廁所，對糞便進(jìn)行無害化處理，達(dá)到衛(wèi)生廁所要求。戶用沼氣池對糞污無害化處理效果比較好，曾華梁等研究結(jié)果顯示，沼氣池出水寄生蟲卵沉降率為99.76%~99.78%，蛔蟲卵死亡率為98.00%~98.92%，糞大腸菌值為 10-4~10-3，基本上符合當(dāng)時(shí)的國家標(biāo)準(zhǔn)《糞便無害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 7959—1987)。

　　1.3 生活污水凈化沼氣池

　　生活污水凈化沼氣池，是中國科技工作者和推廣人員在標(biāo)準(zhǔn)化糞池、農(nóng)村戶用沼氣池的基礎(chǔ)上，結(jié)合國際上污水厭氧處理新成果，通過不斷的實(shí)踐改進(jìn)而發(fā)展起來的一項(xiàng)生活污水分散處理技術(shù)。生活污水凈化沼氣池主要利用厭氧微生物的作用將生活污水中污染物進(jìn)行分解，并通過沉淀、過濾和兼性微生物處理，達(dá)到凈化效果。生活污水凈化沼氣池是適合我國國情的分散處理鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村居民生活污水的有效技術(shù)，在全國(特別是南方各省市)中小城鎮(zhèn)得到積極推廣應(yīng)用。尤其自 20 世紀(jì) 80 年代以來，我國各級農(nóng)村能源部門對生活污水凈化沼氣池技術(shù)進(jìn)行廣泛推廣。截至 2017 年，我國已有生活污水凈化沼氣池 184 473 處，取得了巨大的社會效益和環(huán)境效益。具體聯(lián)系污水寶或參見http://szhmdq.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　根據(jù)糞便污水和其他生活污水是否一同進(jìn)入生活污水凈化沼氣池，可分為分流制和合流制兩種工藝。其工藝流程見圖1 和圖2。陳玉谷等采用一級厭氧消化接二級兼性好氧處理的流程進(jìn)行了生活污水處理研究，裝置容積 15L，水力停留時(shí)間分別為2、2.5、3 d。一級厭氧消化池分三格，后兩格裝有填料，二級兼性好氧池也分三格，并安裝濾料。結(jié)果表明，COD 去除率 73.8%~84.8%，BOD5 去除率 77.1%~84.4%，SS 去除率 96.8%，一級厭氧處理平均去除率超過70%，二級兼性好氧處理的平均去除率低于 10%。說明有機(jī)物主要在厭氧消化單元去除。另外，無害化衛(wèi)生效果明顯，出水中絕大多數(shù)未檢出活蟲卵，未分離出腸道致病菌。謝燕華等對四川閬中市凈化沼氣池的調(diào)查顯示了相似的結(jié)果

　　COD 平均去除率 84.5%，BOD5 平均去除率 90.1%，SS去除率90.2%。

　　1.3 厭氧濾池

　　厭氧濾池是一種采用填充材料作為微生物載體的高效厭氧反應(yīng)器，厭氧微生物在填料上附著生長形成生物膜。生物膜與填充材料一起形成濾床，經(jīng)過預(yù)處理的廢水進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，逐漸被細(xì)菌水解、酸化，最終被產(chǎn)甲烷菌轉(zhuǎn)化為甲烷。錢小青等[25]對降流式厭氧懸浮填料床處理生活污水進(jìn)行研究，結(jié)果表明，在5—7 月，停留時(shí)間(HRT)6 h、進(jìn)水平均COD 271 mg· L-1 條件下，COD 平均去除率為 57.6%。10 月底前反應(yīng)器COD 的去除率大于 45%，但至 11 月下旬因環(huán)境溫度下降加快，反應(yīng)器的 COD 去除率約 34%。厭氧濾池多以組合工藝應(yīng)用于農(nóng)村生活污水處理，單一厭氧濾池應(yīng)用不多。

　　1.4 組合處理工藝

　　隨著生活污水處理要求的提高，單一的厭氧處理不能滿足出水要求，如化糞池、生活污水凈化池、厭氧濾池處理出水污染物濃度較高，不能完全達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，厭氧處理技術(shù)作為生活污水預(yù)處理單元，結(jié)合不同的后期處理單元，衍生出很多不同工藝，如厭氧-人工濕地、厭氧-好氧處理工藝等。

　　在無動力組合處理工藝中，厭氧+人工濕地是較常見的組合處理工藝。高鵬等[26]采用厭氧消化+人工濕地工藝處理農(nóng)村生活污水，結(jié)果表明，該系統(tǒng)適用于四川農(nóng)村生活污水處理，且效果較好，達(dá)到了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18919—2002)一級B 標(biāo)準(zhǔn)，對COD、TN、TP、氨氮的平均去除率分別達(dá)到了92.9%、71.8%、76.5%、77.8%。譚迪等[27]采用厭氧+人工濕地工藝處理生活污水，以長沙市望城區(qū)光明村3 戶典型家庭為例，比較了冬、夏兩季人工濕地對居民生活污水的凈化效果。結(jié)果表明，構(gòu)建的無動力人工濕地對農(nóng)村生活污水凈化效果明顯，冬季生活污水COD、TP、TN、氨氮、SS 的平均去除率分別達(dá)71.83%、97.20%、83.52%、55.34%、71.79%;夏季 COD、TP、TN、氨氮、SS 平均去除率分別達(dá)91.52%、93.99%、83.22%、75.15%、65.04%。經(jīng)人工濕地凈化處理后，TP、TN、氨氮可以達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)一級A 或一級B 標(biāo)準(zhǔn)，COD 可以達(dá)到二級標(biāo)準(zhǔn)。

　　有動力組合處理工藝中，以A/O 為主，也有A2/O、多級A/O 工藝。如厭氧+好氧+人工濕地組合工藝中，熊仁等采用厭氧+跌水曝氣+人工濕地組合工藝處理農(nóng)村生活污水，結(jié)果表明，組合工藝對 COD、TN、TP、氨氮和 SS 的平均去除率分別為 74.5%、57.2%、59.5%、59.0% 和 91.6%。古騰等[29]采用厭氧+曝氣生物濾池+人工濕地組合工藝對COD、氨氮、TN、TP 的平均去除率分別為90.05%、95.29%、67.65%、91.42%，出水水質(zhì)較穩(wěn)定，可達(dá)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級A 標(biāo)準(zhǔn)。王田天等[30]采用AAO 一體化工藝處理農(nóng)村生活污水，其出水COD、氨氮、TN、TP 的平均濃度分別為 19.79、2.66、8.82、0.47 mg·L-1，均達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級A 標(biāo)準(zhǔn)。日本的凈化槽技術(shù)主要采用A2O 工藝，楊帆等[31]對戶用凈化槽出水進(jìn)行了跟蹤監(jiān)測，結(jié)果表明，其氨氮、BOD5、濁度、TN、COD、TP 去除率分別為 94.9%、87.8%、82.8%、66.9%、59.4%、37.0%，出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級A 標(biāo)準(zhǔn)。凈化槽曝氣池結(jié)合膜生物反應(yīng)器(MBR)處理結(jié)果表明，系統(tǒng)對COD、BOD5、氨氮、TP 和SS 的平均去除率分別為83.64%、84.46%、97.94%、94.13% 和93.95%。

　　通過厭氧消化處理，農(nóng)村生活污水能達(dá)到三級排放要求。目前，全國各地已出臺地方農(nóng)村生活污水排放標(biāo)準(zhǔn)，大部分地方農(nóng)村生活污水排放標(biāo)準(zhǔn)分為三級，其中三級標(biāo)準(zhǔn)對氮磷沒有要求，主要是對出水衛(wèi)生指標(biāo)、懸浮物及COD 有要求。而一、二級排放標(biāo)準(zhǔn)增加對氮磷達(dá)標(biāo)要求，其中二級排放標(biāo)準(zhǔn)主要對氨氮有要求，一級排放標(biāo)準(zhǔn)對氨氮、TN 和TP 都有要求。

　　2 厭氧消化處理工藝模式

　　農(nóng)村生活污水厭氧消化處理工藝模式的對比見表1。

　　化糞池用于初級處理糞便污水，主要功能是殺滅病原微生物，達(dá)到衛(wèi)生效果，其出水污染物濃度依然較高，需要進(jìn)一步處理。戶用沼氣池通過降解人畜糞便產(chǎn)生沼氣，最初建設(shè)目標(biāo)以獲取能源為主，但隨著農(nóng)村生活及經(jīng)濟(jì)形勢的變化，逐漸改為以環(huán)保衛(wèi)生為主。戶用沼氣池因停留時(shí)間長，生活污水充分厭氧消化，無害化效果好，處理后出水可作為肥料還田使用。生活污水凈化沼氣池功能是凈化生活污水，出水水質(zhì)相對較好，出水可以用于農(nóng)田灌溉，或進(jìn)一步處理可達(dá)標(biāo)排放。厭氧濾池主要是厭氧條件下降解生活污水的部分污染物，因停留時(shí)間短，其出水需要進(jìn)一步處理。厭氧濾池實(shí)際應(yīng)用往往結(jié)合其他處理工藝，如厭氧濾池作為生活污水凈化沼氣池的一部分。組合處理工藝出水較好，可農(nóng)用或排放。從建設(shè)成本來看，化糞池最低，厭氧組合工藝成本最高;從運(yùn)行成本來說，無動力的厭氧消化處理模式，主要來源于還田產(chǎn)生的運(yùn)費(fèi)、人工費(fèi)等，如果厭氧消化處理后由管道直接還田，則運(yùn)行成本低于表1 所列。但對于有動力的組合工藝來說，運(yùn)行成本除了人工費(fèi)，還有設(shè)備運(yùn)行費(fèi)、維護(hù)費(fèi)等，其運(yùn)行成本明顯高于其他處理模式。

　　3 結(jié)論

　　(1)厭氧消化技術(shù)在農(nóng)村生活污水處理中能發(fā)揮重要作用，是對糞便污水進(jìn)行無害化的經(jīng)濟(jì)處理方式。

　　(2)農(nóng)村生活污水通過厭氧消化處理，可降解大部分污染物，并達(dá)到無害化標(biāo)準(zhǔn)。

　　(3)部分農(nóng)村生活污水排放要求達(dá)地方標(biāo)準(zhǔn)一級或二級，則需組合其他處理工藝。厭氧消化技術(shù)對氮磷去除效果差，若需進(jìn)一步去除氮磷，則需增加好氧工藝。

　　(4)以厭氧消化為預(yù)處理的組合處理工藝對農(nóng)村生活污水的處理效果優(yōu)于單一處理工藝，但建設(shè)和運(yùn)行成本相對較高。

　　總之，隨著全國農(nóng)村人居環(huán)境整治的推進(jìn)，農(nóng)村生活污水治理越來越受到重視，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐奶攸c(diǎn)和出水要求，因地制宜地選用處理技術(shù)與模式。(來源：農(nóng)業(yè)農(nóng)村部沼氣科學(xué)研究所)