我国农村生活污水处理：技术策略路径

沈耀良

（1.苏州科技大学 环境科学与工程学院，江苏 苏州215009；2.苏州科技大学 城市生活污水资源化利用技术国家地方联合工程实验室，江苏 苏州215009；3.苏州科技大学 江苏水处理技术与材料协同创新中心，江苏 苏州215009；4.江苏省环境科学与工程重点实验室，江苏 苏州215009；5.苏州市劳模创新工作室,江苏 苏州215009；6.苏州科技大学 水污染治理与资源化研究所，江苏 苏州215009）

党的“十九大”提出了“产业兴旺、生态宜居、乡风文明、治理有效、生活富裕”的乡村振兴发展总体要求，农村生活污水处理则是我国建设生态宜居的现代化美丽乡村、实现“农业强、农村美、农民富”乡村振兴的重要一环，更是实现第二个百年奋斗目标的重要内容。“十九大”以来，中央和相关部委针对农村环境治理和生活污水处理先后制定出台了《农村人居环境整治三年行动方案》（2018中央一号文件）、《关于加快制定地方农村生活污水处理排放标准的通知》（住建部、生态环境部，环办水体函[2018]1083号）、《农村生活污水处理设施水污染物排放控制规范编制工作指南（试行）》（生态环境部，环办土壤函[2019]403号）、《农村生活污水处理工程技术标准》（住建部，2019年12月实施）等一系列政策文件，为根据各地区不同社会经济和环境的发展现状，加快推进农村人居环境整治，进一步提升农村人居环境水平，科学合理确定和分类制定农村生活污水的排水方式、排放去向和相关污染物控制指标等提出了明确的规定，并已有30个省（区、市）印发了地方标准[1]。

此外，2021年5月21日经国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会联合批准发布了将于2021年12月1日起实施的国家标准《农村生活污水处理设施运行效果评价技术要求》（GB/T 40201-2021）[2]。该标准规定了适用于农村生活污水处理设施（规模≤500 m3/d）运行效果评价的指标体系和计算评价方法，并明确将处理设施利用率、能耗物耗和群众满意度等作为基本评价原则。2021年7月2日，财政部、农业农村部联合发布了《2021年重点强农惠农政策》，规定“因地制宜推进农村改厕。支持实施农村厕所革命整村推进财政奖补政策，分类有序推进农村厕所革命。充分发挥农民群众主体作用，加强农村改厕和农村生活污水治理统筹衔接，着力建立健全运行管护机制，切实提高农村改厕质量，务求长效管用”[3]。2021年6月22日，住建部、农业农村部和国家乡村振兴局三部委联合印发的《关于加快农房和村庄建设现代化的指导意见》提出，“因地制宜推进农村生活污水处理。乡村宜采用小型化、生态化、分散化的污水处理模式和处理工艺，合理确定排放标准，推动农村生活污水就近就地资源化利用。根据村庄规模和聚集程度等，因地制宜选择生活污水处理方式。合理组织村庄雨水排放形式和排放路径。”同时，“要推动农村用能革新。引导农村不断减少低质燃煤、秸秆、薪柴直接燃烧等传统能源使用，鼓励使用适合当地特点和农民需求的清洁能源。推广应用太阳能光热、光伏等技术和产品，推动村民日常照明、炊事、采暖制冷等用能绿色低碳转型”[4]。这些政策文件、规范指南和评价技术要求，不仅为我国农村环境治理和生态建设走向循环经济、低碳绿色指出了明确的方向，也为我国农村生活污水处理设施建设的基本策略和技术路径选择做出了明确的规定。

“十四五”期间，接续推进我国农村人居环境整治提升工作，应因地制宜地积极推行“政府引导、市场运营、农民参与”模式，以全面推进农村生活污水和厕所粪污综合治理等为重要抓手，高质量实现美丽乡村建设目标[5]。本文以绿色低碳为理念、因地制宜为原则，循环利用为目标，结合我国生态宜居美丽乡村建设和发展的要求，在全面深度分析我国农村污水处理（利用）现状的基础上，提出了针对我国乡村生活污水处理以集群式分散性污水处理（CDWT）为主要模式、资源化充分利用为核心目标、规范化运行管理为长效机制的因地制宜“三位一体”的技术策略路径选择。

1 我国农村生活污水处理的基本现状

随着我国城市化和新型城镇化步伐的加快，农村人口向城市和城镇的转移不可避免，但“十四五”时期，推进美丽中国建设，全面建设社会主义现代化国家，实现中华民族伟大复兴，最广泛最深厚的基础依然在农村。

1.1 我国农村人口和卫生设施基本状况

2021年5月11日公布的第七次全国人口普查结果表明，我国乡村人口为5.097 9亿，占全国总人口的36.11%[6]。据国家统计局公布的第三次全国农业普查主要数据公报（第三号、第四号，2017年12月）表明，（截止2016年底）我国有建制镇31 925个，行政村596 450个，自然村261.7万个（2017年、2018年和2019年分别为244.9、245.2和251.3万个[7]）。其中，建有生活污水处理的乡村仅占17.4%（2016年为11.38%），有82.4%的乡村没有生活污水设施（见表1）[8]。此外，全国平均仍有近一半的家庭使用普通旱厕甚或处于无厕状态，而东北地区超过83%（见表2）[9]。这些数据充分说明，大量的农村（尤其是乡村）生活污水未得到处理与农村家庭卫生设施的建设密切相关。

表1 我国乡镇、村卫生设施情况（2017年）%

表2 我国按家庭卫生设施类型分的住户构成%

1.2 我国农村生活污水处理的基本进展

我国农村污水处理的起步较晚，至今经历了三个阶段。2005—2008年为萌芽阶段，国家开始重视农村环境保护问题并出台相关政策；2008—2015年为初步发展阶段，国家进行政策探讨、资金配套和示范建设；2015之后为快速发展阶段，国家政策及机制不断完善，并大力推进农村污水处理设施建设。尤其自2017年以来，每年的中央一号文件均就农村环境综合治理，与时俱进地提出了以集中治理（2017年）、综合治理（2018年）、污染治理和生态环境保护（2019年）、农村人居环境整治（2020年）、农村人居环境整治提升五年行动（2021年）为重要内容的不断推进的明确要求（见表3）。其中，2020年明确要求扎实梯次推进农村生活污水治理，优先解决乡镇所在地和中心村生活污水问题，2021年则明确要求统筹农村改厕和污水、黑臭水体治理，因地制宜建设污水处理设施。

表3 2017—2021年中央一号文关于农村综合环境治理的表述（摘录）

住建部《2019城乡建设统计年鉴》数据显示，2015—2019年中国污水排放量逐年增长（见图1）[10]。2019年中国城市污水排放量为555亿吨，县城污水排放量为102亿吨，村镇污水排放量为216亿吨，合计873亿吨。图2和图3所示为我国2.4农村（建制镇和乡村）的历年污水排放量和乡村人均生活用水量的变化。同时，初步测算，我国2020年城市、县城和村镇的污水排放量分别为588亿吨、105亿吨和233亿吨，合计925亿吨（这组数据，也在一定程度上反映了农村人口生活和经济水平的提升）（见图1）。与此同时，在国家政策的大力推动和支持下，我国农村污水处理设施的数量有了较快的增长，处理能力也逐步提升。农村建制镇及乡村污水处理设施（厂）的数量由2015年的3 437座增长至2019年的12 480座，翻了两番。但整体而言，我国农村污水处理率仍然较低，建有污水处理设施的建制镇的数量占比为59.67%（见图4），乡村的占比为33.22%（分别比2016年和2017年提高了21.84和16.03个百分点）[11]。

图1 2015—2020年我国污水排放量

图2 1990—2019年我国乡村的历年生活用水量

图3 1990—2019年我国乡村人均生活用水量

图4 2019年我国各省（直辖市）建制镇和乡村对生活污水进行处理的镇、村比例

截至2019年，全国城市排水管道建设长度约74.3982万km，日处理污水量17863.17×104m3（当年度城市污水年排放量为555亿m3），处理率96.81%；县城污水排水管道长度为9.553 3万km，日处理污水量2603.1×104m3（当年度污水年排放量为102亿m3），处理率为92.87%；乡镇的污水排水管道长度为21.32万km（其中建制镇18.82万km、乡村2.5万km），日处理污水能力为2585.91×104m3（其中：建制镇为2477.34×104m3、乡村为108.57×104m3（当年度乡镇污水排放量为216亿m3），则乡镇的（理论）处理率为45.21%（除建制镇外，实际乡村生活污水处理率不足2%）。另据报道，截止2020年底，我国农村建设镇及乡污水处理厂数量分别达到了11 970座和1 952座，相应的日处理能力分别达到了2 753万m3/日和115万m3/日[12]。这表明，我国农村污水的处理，已在“梯次推进农村生活污水治理，优先解决乡镇所在地和中心村生活污水问题”的思想指导下，取得了显著的进展，并提前一年完成了《全国农村环境综合整治“十三五”规划》“到2020年，农村污水处理率要达到30%以上”的重点任务要求。表4所列为2015—2020年我国建制镇和乡村污水处理能力变化。由此可见，我国农村乡村生活污水的治理已经有了良好的进展，但总体处理率还较低（不足50%），且存在较大的区域不平衡，如上海、浙江、江苏、重庆等地区整体显著高于东北、西北地区（见图4）。此外，我国农村污水处理率的提升落后于同期农村卫生厕所普及率（65%）和农村生活垃圾转运处理率（90%）的提升（截至2019年）。因而，我国农村生活污水的治理的建设与发展仍任重道远，若不急起直追大力推进，将会成为生态宜居美丽乡村建设的瓶颈。

表4 2015—2020年我国建制镇和乡村污水处理能力变化（注）取整数） （×104 m3/d）

2 我国农村生活污水处理的技术策略

自2017年以来，每年的中央一号文件，均从低碳绿色发展的高度，要求推进投入品减量化、生产清洁化、废弃物资源化、产业模式生态化、统筹推进山水林田湖草沙系统治理的农业绿色发展，以及加强水环境治理和农村饮用水水源保护，分类推进农村厕所革命、生活垃圾分类，梯次推进农村生活污水治理的美丽乡村建设。并就加强农村污水处理，明确要求“根据农村不同区位条件、村庄人口聚集程度、污水产生规模，因地制宜采用污染治理与资源利用相结合、工程措施与生态措施相结合、集中与分散相结合的建设模式和处理工艺。推动城镇污水管网向周边村庄延伸覆盖。积极推广低成本、低能耗、易维护、高效率的污水处理技术，鼓励采用生态处理工艺。加强生活污水源头减量和尾水回收利用。”在此基础上，“十四五”期间将统筹农村改厕和污水、黑臭水体治理，因地制宜建设污水处理设施，接续推进实施《农村人居环境整治提升五年行动计划》，以实现到2025年，全国农村人居环境整治提升取得阶段性进展，为乡村振兴战略的阶段成效提供生态支撑。由此表明，农村生活污水的处理，经过十多年的发展，将进入一个以绿色生态为主要特征的新阶段。对此，构建与农村厕所革命和生活垃圾分类统筹推进的农村生活污水处理技术策略路径，对于促进农业绿色发展、农村生态宜居、农民幸福生活具有十分重要的意义。

2.1 农村生活污水处理的目标定位

长期以来，污水处理的传统目标是净化污水、防治水体污染，以通过能源密集型“以能消能”的“矿化”或“转移”的途径将污水中的“污染物”转化为释放于大气或转移至土地为主要方式。但此方式不仅能耗物耗大，而且持续产生GHG等二次污染的转嫁，更是导致了污水中大量的能量和营养物质的流失[13-18]。产生于人们日常生活过程的生活污水，不仅其成分稳定，而且其“营养丰富”。研究表明，含有机物（COD）的浓度为500 mg/L的典型生活污水所含的化学能为17.8～28.7 kJ/gCOD（相当于235 kWh/人/年）。按目前传统工艺的实际处理能耗约为0.45 kWh/m3（相当于处理能耗为3.20 kJ/gCOD）计，即其含能近5倍于其氧化处理所需能耗，加之生活污水含热能（理论最大值）为7.0 kWh/m3（Δt=6℃）[19-21]，则若将60%～70%的有机物转化为沼气能源加以利用，则可满足污水处理厂的能量需求。虽然我国生活污水中有机物含量（COD为100～250 mg/L）普遍较国外低[22]，但基于农村（乡村）人均生活用水量尚普遍较低（90～100 L/cap.d，见图3）以及完全脱贫、实现小康生活的基本实际，将其生活污水的处理与农村厕所革命和推进与厨余垃圾和农村秸秆相结合的绿色能源沼气生产[23-25]的统筹推进，将其所含化学能得以充分利用，则不仅可补充一定量（5%～10%）的农村居民沼气的使用（图5所示为基于农村生活污水的产生的分散性和较大的水量波动性，而提出的与沼气生产相结合的改进型集群式农村卫生间污水收集处理系统），更重要的是可减少大量的GHG的排放。此外，生活污水中含有丰富的氮磷等营养物质。这一点，对于农村生活污水而言，通过黑水、灰水的分流处理，更具有重要的经济价值和生态意义[25-27]。虽然就总体而言，农村生活污水中氮、磷等营养成分的总量占全国生活污水中氮磷等营养物的总量的比例较低（理论上大致为1∶3）。但若以目前我国农村生活污水的年产生量（2020年为233×108m3）[12]、氮磷含量（以40～50 mgNH4+-N/L、4～6 mgPO43--P/L）计，则每年随污水流失的氮、磷量分别为90～100万t、10～14万t。因而，若其通过合理的方式加以就地回收利用，所产生的生态经济效益将是巨大的。有研究报道，基于真空源分离的已用于处理常熟市农村生活垃圾和废水处理相结合的“卫生2系统（S2S）”的实践表明，与传统的处理方式相比，该系统可有效提高人居健康和农村生态质量、降低GHG排放和资源损失方面具有明显的效果[28]。

由此可知，我国农村生活污水的处理，不仅应根据各地农村发展的实际，合理地确定其处理的出水水质标准，同时应与城市污水处理一样，充分结合我国2030年碳达峰、2060年碳中和的目标，在处理和治理技术策略的选择中，不仅应因地制宜地制定处理出水排放和资源利用标准[29]，更应充分利用农村就近能源资源回收利用的特殊优势，将实现对“污染物”有效处理的目标方式转向治理和利用的目标方式，向与绿色农业生产发展相结合、与美丽乡村建设相协同的低耗低碳、能源资源回收利用的目标方向，走向低碳绿色发展。

2.2 农村生活污水收集与分散模式

农村生活污水的处理方式，主要涉及两个方面：一是生活污水的收集方式，二是污水处理系统的分散模式（即污水处理的服务范围）。基于我国目前农村和城市建设布局性质的不同，以及将长期存在的在基础设施建设方面的差异，农村污水的收集应结合其统筹推进的农厕革命和农村沼气利用的实际，取消化粪池[30]，采用厕所污水和灰水（包括沐浴、盥洗、洗衣、厨房排水）分别收集的（源分离）方式。将厕所污水（黑水、黄水）直接与农村秸秆、厨余沼气生产相结合，进入沼气池作为消化微生物的源源不断的补充，提高沼气生产率，不仅可更好促进实现绿色能源化利用，而且沼气消化液富含的氮磷等营养物，可直接作为绿色农肥利用。据2021年中国农村沼气建设市场分析报告—行业规模现状与发展潜力评估，目前我国农村沼气建设取得有效成果。截至2019年我国农村户用沼气池数量为3 380.27万个，沼气工程数量为10.27万个[31]，通过以政府为主导沼气标准化模式向市场导向的模式转变，将无疑为农村生活污水黑水的资源化综合利用奠定基础[32]。将杂排水与黑水分开收集（虽然还存在管理、使用方面的挑战[33-34]），进入生态化的处理系统，并利于处理系统的稳定运行和处理出水的就地资源化利用。研究表明，分别收集后，不仅显著减少进入处理系统的水量负荷，也大大减轻氮磷等负荷，因而不仅利于降低处理设施的建设投资和用地，也有助于采用生态工艺处理后出水达标排放并满足作物灌溉要求的资源化就地利用[26，35]。但上述厕所污水和灰水分离收集的方式，也应因地制宜，不宜一刀切。对于农村建制镇或集镇，由于其地域分布和技术经济状况与广大分散而布的乡村，已有或易于建设更具规模、类似于城市污水处理厂的基础设施建设，且难以具备建设一定规模的沼气生产利用设施，故而是否分离收集，应在系统评估的基础上确定。同时，应根据政策、经济和社会主义新农村建设的规划发展，关心农民群众的偏好，加以及时的有针对性的积极引导，并给予有效的政策支持和相关规定[36-37]。

农村生活污水的分散处理，不仅是一种与规模效益有关的、适于促进资源回收的技术策略，更是为农村居民提供基本卫生设施服务、并提高其覆盖率、建设美丽乡村、共享发展成果的政策举措。农村生活污水的分散性处理模式，指其采用分散还是集中收集处理的模式。基于我国农村地域分布所决定的其生活污水排放的特点，采用分散而不是集中的方式，无论从污水收集和处理系统的建设投资成本，还是运行维护和管理的技术难度要求的实际，已是国内外多年研究和实践的热点，也已有基本定论[38-43]。但对分散程度应该如何？则至今尚无定量之说，仅有定性描述。2018年对我国农村生活污水（部分）分散处理工艺规模分布的调查显示，国内农村生活污水处理规模在50 m3/d以下的占比为37.25%，在100 m3/d和200 m3/d以下的比例分别为57.26%和76.47%（见表5）[44]。

表5 2018年我国农村生活污水分散性处理的不同规模比例

事实上，目前常见之于报刊新闻报道和专业期刊论文的“分散性农村生活污水处理”之说，具有一定的含糊性甚或误导性。问题出在，其“分散性”三个字作为定语，可理解为“农村的分散性”，亦可理解为“污水处理的分散性”。正确的理解，应该是“具有不同于城市的散布性特征的农村村落的生活污水的处理”。因而，与集中化收集处理为主要方式的城市污水处理系统相比，农村生活污水处理的也自然就打上了“分散”的烙印。而作为一项综合性很强的复杂工程技术，必须对农村生活污水处理的分散性程度（即其服务范围的确定）应按有利于能源和资源就近回收利用的目标因地制宜地根据农村村落的分布、地形地貌特征、基础设施建设状况，同时应考虑污水收集与处理系统的长期规模效益、短期投资效益、操作运行管理、在一定时期内扩容建设的可行性以及农村土地和乡村的发展建设规划加以综合评估[45]。因而，机械地为了分散而分散，甚或刻意地为了分利而分散，而一味采用一村制甚至一户制的纯分散方式，并非具有甚或破坏了完整意义上的经济、技术、生态和易行、稳定、可靠的合理性（见图6）[42]。一般而言，污水处理系统的规模越大，则污水收集输送管道系统投资越大（并可占整个污水处理系统的60%～70%），污水处理厂的投资和运行成本具有规模效益，且有利于提高其能源回收的潜力和效益（如采用热电联产CHP生产能量等），但同时其氮、磷营养物等的资源化利用潜力将降低；反之亦然[46]。由此可知，农村生活污水的分散性处理，亦须考虑规模效应，其建设运行的集中规划和监管是必不可少的[47]。因而，正确科学的选择应是，顺应我国社会主义新农村建设的发展趋势和生态宜居美丽乡村建设的要求以及上述原则，近者优先纳管、远者合理分散、村庄适度集中（见图7）[48]，以集群化的分散性乡村生活污水处理（CDWT）和资源就近利用为基本模式。

图6 分散性处理与就地处理和集中处理运行的方便性与建设和运行费用比较

图7 农村生活污水集群分散处理规模概念模型

3 农村生活污水处理的技术路径

农村生活污水的处理技术及其治理路径的选择，不仅决定于农业生产、农村建设和农民生活的实际情况以及低碳绿色的发展要求，也决定于处理目标（标准）以及所用工艺的技术管理要求，脱离开这些实际和要求，难以有适宜技术的应用和相应成效。目前，国内外针对农村生活污水处理技术的应用和研究，从工艺单元的组成而言，无外乎已有的各种工艺技术的组合，但无疑地已开始形成具有明确目标和方向性的技术路径选择趋势。这些趋势，便是由传统意义的以达到出水标准要求为唯一目标的耗能型净化-排放的路径向根据各地农村实际制定适宜的标准与能源、资源综合就近循环利用相结合的生态型净化+利用路径发展，因而基于与农村沼气利用、农村厕所革命发展相结合的以生态自然和低碳低耗处理技术相结合的农村生活污水技术，业已成为国内外，尤其是发展中国家的理应的技术路径选择[49-51]。

3.1 农村生活污水处理的技术现状

目前，国内外应用的农村污水处理技术，按照主体工艺单元构成分类，主要分为人工（生物+物化强化）处理、半生态（厌氧+人工湿地、氧化塘等）处理和生态（土壤渗滤等）组合处理三种。其中，常用的主要方法有厌氧-好氧（A/O或A2/O）+MBR工艺、序批式活性污泥（SBR）工艺、移动床生物膜反应器（MBBR）、厌氧-人工湿地、土壤-植物-微生物渗滤系统以及生态塘、生态浮床等。对于基本照搬集中式城市或乡镇污水处理技术的前几种工艺，多应用于小规模、以集成或一体式的模块加以实施。由于在农村生活污水处理实施的起步阶段，缺乏政府的导向性政策、而过于由“市场”决定，缺乏对农村生活污水水量变化特点和地理环境、经济状况、乡村建设和维护管理要求等的充分考虑，而导致各种工艺的无序、不科学的采用，由此因运行资金受限、管理技术薄弱、处理系统适调等造成的工艺“晒太阳”、效果不稳定乃至成为集中二次污染源等一系列绩效低下问题[52-54]。其中，处理系统的适应性差是一个十分重要的原因。如对北京市10个区县78个农村污水处理站（其中对13个站进行连续2年的进水量变化跟踪测定进行水量变化、65个站进行了夏季周末测定）监测分析结果表明：村庄生活污水量日变化系数Kd、时变化系数Kh和总变化系数Kz分为1.3～2.4、2.0～2.6和2.5～6.2，且其监测分析结果与理论计算结果基本相符（见表6）[52]。对太湖和巢湖典型村落的实际计算为2.4～6.1[55-56]。

表6 农村生活污水量总变化系数理论计算值

美国自上世纪50年代因快速城市化和城市边远地区农村的发展，而十分重视为农村地区的污水收集和处理提供技术和服务支持[57]。目前，我国对农村生活污水处理系统的运行状态和效能尚缺乏系统全面的分析评估。基于处理效果为目标的对分布在洱海周边大理市10个乡镇的146套农村分散式污水处理设施进行为期一年的分析和评估表明，处于年正常运行状态的64.4%的系统中，其有机物、总氮、氨氮和磷的平均达标率分别为70%、44.68%和55.32%[58]。同样，基于是否达到国家排放标准，对广东省四市（广州市、珠海市、中山市和佛山市）典型村采用的典型工艺（厌氧+人工湿地、土地渗滤、MBR和A2/O）运行的实地调研表明，大部分污染指标的日均去除率低于60%，各种工艺的COD处理基本达标，但是氮磷均未全面达到国家一级B标准，且超标较多[59]。其原因是工艺选择缺乏因地制宜（包括C/N比过低）、设施维护没有规范到位。由此表明，对农村生活污水处理工艺的选择应遵循因地制宜的原则；使用中应加强处理设施维护管理，提高生活污水氮、磷处理效率和长期持效性。采用数据包络分析模型和聚类分析对超过全国40%的具有代表性的681个农村生活污水处理设施的效率评估表明，平均效率得分为0.496，仅有27个处理系统得分为1，其余654个设施均存在不同程度的设计或运行管理问题，因而整体绩效并不理想[60]。可见，有超过33%的设施没有正常运行，绩效之严重低下、不达标率的惊人之高。产生这些问题的根本原因，自然是工艺选用和设计的不合符实情、运行维护和管理的缺位。此外，对长三角地区267个包括MBR、A2/O、A/O和人工湿地（CW）的七种处理工艺的农村生活污水处理系统的处理性能存在的问题的调研表明，处理系统受化粪池性能、雨污的不分流以及污水管道损坏的严重影响是主要内因，而管理技术水平和专业人员的缺乏则是其主要外因。同时发现，MBR和A2/O分别对氮、磷和SS具有高的去除率，CW工艺（占所有工艺的66%）对有机物和氨氮具有最好的处理效益[61]。由此也表明，对不同处理工艺及数的绩效评估，对于农村生活污水处理技术路径的选择至关重要，因而迫在眉睫。

3.2 农村生活污水处理的技术路径

基于前述分析，我国农村生活污水的集群分散性处理技术，就具体处理工艺方法而言，不应照搬发达国家（美国、日本和欧洲）的模式[39]，也不应仿效其他发展中国家的路径。总体发展思路应是，以水质净化和能源、资源利用相结合，打破一统的出水水质标准，根据农村的实际，在分区分级制定处理出水标准的同时，将推进污水能源资源的生产和就近利用与处理工艺技术充分结合、协同考虑。结合我国目前经济发展的国情，尤其是广大农村的实际，处理工艺技术的选择应实事求是、循序渐进，不应仅顾高的处理效率而忘了高的处理成本、仅推荐先进的处理方法而忘了严苛的技术要求、仅考虑“污染物”的转化消减而忘了能源资源的利用回收。因而，农村生活污水处理的工艺技术，不应以“有没有、新不新”为追求，而是应以“好不好、稳不稳”做判断，应因地制宜地向低耗节能、简单易行、生态绿色、治用结合的方向发展，实现污水的净化处理与资源利用相辅相成、相得益彰。基于农村厕所革命和沼气技术的应用，将农村生活污水的黑水（在雨污分流的前提下）与灰水（或称之为杂水）分而收集之[62-67]，将黑水纳入沼气生产，而将灰水收进处理系统，同时将污水处理系统与沼气生产（产能利用）系统相耦合，是未来农村污水处理技术路径选择的重要依据。为此，提出图8所示的农村生活污水处理（以村落为单位的）集群式的绿色生态技术路径选择。

图8 基于生态宜居新农村建设的农村生活污水处理的绿色生态技术路径

根据图8所示的上述技术路径方案，在确定具体处理工艺单元及其组成的处理系统时，必须高度重视生活污水量日变化规律的特性以及黑水分离后水质特性的变化。如，对长江下游某村庄生活污水黑水分离后水质变化的研究分析表明，灰水以各类洗涤水为主，其中洗浴水占46.19%。污水中的氮、磷浓度大幅度下降，平均分别为11.1 mg/L（TN）和0.6 mg/L（TP），而有机物（COD）则成为主要污染成分[26]。对太湖地区典型村庄生活污水的分析表明，厕所污水中氮、磷营养元素含量分别占相应总负荷的84.42%和61.90%[55-56]。并可以推断，黑水分离后，所排灰（杂）水中的致病微生物的数量将大大降低，由此不仅降低了处理难度，也提高了处理出水的卫生健康安全性。

采用厌氧处理与半人工的生态处理系统相结合的处理技术，将成为集群式农村生活污水低碳绿色处理与利用的适宜工艺。其厌氧处理和生态处理之功能分工明确。厌氧工艺作为碳转化及固体截留（产沼气）的前处理工艺，并使其具有相当的水量贮存调节与保温功能，可为后续处理系统提高有利的条件保障（水量、温度的稳定性、减缓或消除堵塞、减轻有机负荷、杀灭病原菌等）。其后续的半人工生态处理系统其功能则是有效捕集污水中氮、磷等营养物，并实现进一步的精处理，以达到水质净化和资源利用双重目标。同时，厌氧处理（以有机底物的转化为主）所产生的沼气，可根据实际情况（处理规模大小等）并入村落沼气利用；生态处理系统的植物收割，可以作为农村沼气生产的原料，进行循环利用。

3.3 农村生活污水处理的适宜工艺技术

笔者认为，目前所谓的“无值守”、“无动力”的处理工艺仅是不可付诸实施的概念，任何需要实现有特定目标的系统，均须必要能量输入和人为参与管理，程度不同而已，而这恰恰是迷信于此观念而导致我国众多农村污水处理设施不能正常运行的核心原因所在[58-61，68]。管理简单、功能稳定、成本低廉、可资利用，是任何处理工艺的追求所在。厌氧-人工湿地工艺是一种实现上述目标的适宜于农村生活污水处理的低耗低碳绿色工艺。但传统的厌氧工艺作为能源利用的处理单元，由于其转化速率低、死区容积高、无生物相分离以及截固能力差等问题，而常受到非议。为此，许多研究均开展了对化粪池和消化池的改造研究[69-71]。厌氧折流板反应器作为一种高效的厌氧处理工艺，其有别于传统厌氧工艺之处，在于其通过构型、流态优化、生境分离、水力停留时间与泥龄分离以及悬浮生长与附着生长相结合等技术的改进，而有效强化其效能和稳定运行[72-82]。而在众多厌氧工艺中，高效厌氧折流板反应器（ABR）是适宜于低浓度有机废水处理的最佳选择。

长期以来，一般认为人工湿地是不合适于大规模污水处理的，这对于土地资源十分有限且非常昂贵的集中式城市污水处理厂（CWTP）而言是基本正确的。而且当基于人工湿地（CW）其低负荷运行的基本特征，而把视角锁定在处理吨水的占地上，则或许成为表面的事实。但当考虑直接用于处理污水工艺的土地利用率，尤其是转化单位数量的“污染物”的土地利用率时，将惊奇地发现，情况并不如此。研究表明，污水处理的生态技术整体上土地利用率与人工污水处理技术基本持平，而其对“污染物”转化的土地利用率则明显高于人工技术，而其中人工湿地基于此的土地利用率最高[83]。研究表明，以污水处理单元为基础的我国典型人工湿地的所需占地低于集中式污水处理厂的50%，而基于有机物（BOD5，COD）、总悬浮固体（TSS）和氨氮（NH4+-N）单位去除量时，其所需占地仅分别为CWTP的61%～67%、73%和64%[84]。对MBR、MBBR和CW工艺的生命周期成本分析发现，虽MBBR和SBR工艺去除率高，但其建设投资、运行维护成本高，而CW则能耗低，其运行和维护只需要其他工艺的1%～2%，且对有机物和养分营养物有较高的去除率[85]。基于此并根据农村地区的地理条件以及经济合理地与新农村景观建设相结合的考虑，具有半人工特性的生态处理工艺—人工湿地，作为在实现联合国可持续发展目标6方面具有希望的可持续农村卫生解决方案，利于发展中国家获得充分和公平的卫生设施以及安全的废水回收和再利用，节约土地资源[86-87]。此外，结合模糊综合评价法对五种典型农村生活污水处理技术分析亦表明，生物膜技术的综合评价最好，为3.566 9；其次是化粪池处理技术和土地处理技术，分别为2.882 9和2.842 2[88]。对处理酒厂废水的人工湿地碳足迹（CFP-Carbon Footprint，包括能源物耗的间接碳排放和处理系统的直接碳排放）的研究表明，其CFP远低于活性污泥处理系统，分别为1.2 kgCO2e/m3和4.5 kgCO2e/m3，且其投资和运行成本可分别节省50%和98%[89]。对通过科学（Science）网以“污水处理人工湿地”为索引查的2019年和2020年上半年发表的近700篇研究论文分析表明，有132篇涉及CW新填料、植被作用、微生物学、GHG排放以及可持续性等内容，表明CW的研究得到了全方位的快速发展[90-95]。因而自然就成为符合厕所污水分离后的农村生活污水处理和利用的最佳选择。由此提出农村生活污水集群分散性处理的适宜工艺技术（见图9）。

图9 农村生活污水集群分散性处理（CDWT）的适宜工艺技术

目前，以改进复合（固定生物膜载体）型厌氧折流板反应器（ABR）和垂直折流人工湿地（VBCW）为典型工艺单元组成的农村生活污水CDWT技术的研究正得到加速增长（图10为笔者用“ABR+CW”在Elsevier查阅得到的ABR-CW处理农村污水的英文论文年数量变化，截止2021年8月17日）。研究表明，该组合工艺，不仅低碳绿色，而且具有较高的抗冲击负荷能力，COD和氮、磷等可分别在ABR和CW中通过不同的除污机理得到有效去除（或转化），实现功能的互补和分工合作，技术可行、成本低廉、具有可持续性[96-103]。可持续性是基于处理过程中生物化学过程的生态约束为前提的，并据此在CW之前设置ABR，并与之串联运行是“最有意义的”[104]。

图10 1994—2021年间发表的英文“ABR+CW”的研究论文数量变化

但凡事有理有节。笔者无意将此工艺绝对化，具体工艺的选择应始终坚持低碳绿色的原则，强化总体规划，做到“量村定制”[105-106]，通过经济技术和生命周期评价而优选[18，28，42，107-111]。 但对于以乡村村落为单位的CDWT，此工艺是值得推荐研究和应用实践的。但在实际应用过程中，务须做到技术下乡、责任落实、维护有方、操作规范、监管到位。此外，因地制宜十分重要，工艺不可不论场合，标准不应千篇一律[29，36，112-113]。如北方寒冷缺水地区，应合理设计人工湿地模块[114-115]、充分考虑处理出水的资源农业回用（因而无需机械地追求对氮、磷的达标处理），并根据规模大小采用绿色能源（如光能、如光伏、暖棚等）以稳定运行效能[116]；南方温湿丰水地区，则可应强化CW对氮、磷等的吸收转化（成植物，用于沼气生产），并适当将工艺延伸至具有景观特色的沼泽型CW，以保证出水排放水质[97]。同时，应杜绝以落后的沟渠方式收集污水（严控污水溢流或雨水进入），而以高标准高质量的建设，既确保污水收集和处理系统的长期稳定可靠性，又防止“生态的不卫生”造成对环境和人体健康的危害[117]。此外，在加强技术操作和管理人员能力提升的同时，推进系统监管的信息化和智能化和长效管理机制，亦应写入议事日程并加以稳步推进[118]，对经济发达地区，更是如此。

4 结语

农村生活污水的处理与利用，已受到世界各国的高度重视和广泛推进。作为我国生态宜居美丽乡村建设的一项十分重要的任务，我国的农村生活污水处理，在政府的大力推动下，经多年的发展，已有良好的进展、广阔的基础和明确的方向。应该说，农村生活污水处理的工艺方法和技术已经基本成熟，但广大农村乡村（除建制镇以外）的生活污水处理率尚有很大的差距，与生态宜居的美丽乡村建设发展要求尚不相适应，任务还很艰巨。更为重要的问题还在于，是否基于低碳绿色的理念、按照因地制宜的原则、本着循环利用的目标，采取正确的技术策略和技术路线。但目前，除需要进一步加大规划治理力度、提高污水的收集和处理率外，存在的主要问题仍然是重设施建设轻运行管理、重技术含量轻技术能力、重处理净化轻资源利用。因而，从技术角度而言，必须合理地定位农村生活污水处理利用的适度分散性，并根据农村的基本特点、建设发展要求及其生活污水的特征，将农村沼气生产、农村厕所革命、垃圾分类以及污水资源农业利用等作为一个系统，加以整体规划，优选生态绿色的适宜工艺技术，并由此更快地推进以集群式分散性处理（CDWT）为主要模式、资源化充分利用为核心目标、规范化运行管理为长效机制的因地制宜“三位一体”的技术策略和技术路径的有效实施。