一、中國農村水環境汙染現狀
農村水環境是指分布在廣大農村的河流、湖沼、溝渠、池塘、水庫等地表水體、土壤水和地下水體的總稱。我國總計有鄉鎮45412個，村民委員會739980個，鄉村戶數23692.7萬戶，鄉村人口達91960萬人。農村人口分散，人口數量多，沒有任何生活汙水的收集和處理設施，這使農村生活汙染源成為影響水環境的重要因素。據測算，全國農村每年產生生活汙水80多億噸，而96%的村莊沒有排水渠道和汙水處理系統，生活汙水隨意排放，嚴重汙染了農村地區居住環境，農村大部分地區河、湖等水體普遍受到汙染，飲用水水質安全受到嚴重威脅，直接危害農民的身體健康，嚴重影響農村地區的環境衛生，極易導致一些流行性疾病的發生與傳播。據估算，農村環境問題每年造成的經濟損失已超過千億元，我國農村環境與生態狀況令人擔憂。
一些人口密集的欠發達地區也認識到，如果不對農村生活汙水採取有效處理，會觸發農村醫療和經濟建設等方面的系列問題，甚至造成傳染病的產生與擴散。鑑於農村生活汙水的問題日益嚴重，迫切需要採取積極的措施。近年來，隨著地方經濟實力的增強，尤其是發達省份在經濟發展到一定階段以後，逐步認識到農村生活汙水處理問題的重要性，並開始採用一些實用、合理、低能耗和低運行費用的技術來處理汙水。
二、中國農村汙水主要特點
我國農村生活汙水有以下特徵：
(1)面廣且分散：村莊分散的地理分布特徵造成汙水分散，難於收集。
(2)來源多：除了來自人糞便、廚房產生的汙水外，還有家庭清潔、生活垃圾堆放滲濾而產生的汙水。例如，太湖洗衣廢水佔生活汙水的21.6%，巢湖、滇池大約為17.9%。
(3)增長快：隨著農民生活水平的提高以及生活方式的改變，生活汙水的產生量也隨之增長。
(4)處理率低：96%的村莊沒有排水渠道和汙水處理系統。
三、國外鄉村汙水處理技術
(1)澳大利亞 「FILTER」(非爾脫) 汙水處理及再利用系統
澳大利亞科學和工業研究組織的專家於最近幾年提出一種「過濾、土地處理與暗管排水相結合的汙水再利用系統，稱之為(非爾脫)汙水灌溉新技術。這個系統一方面可以滿足農作物對水分和養分的要求，一方面能降低汙水中氮、磷等元素的含量，使之達到汙水排放標準。其特點是過濾後的汙水都匯集到地下暗管排水系統中，並設有水泵，可以控制排水暗管以上的地下水位，以及處理後汙水的排出量。
該系統利用汙水灌溉達到汙水處理的目的，能有效實現汙染物去除和汙水減量的雙重目標，既可滿足作物對水分與養分的需求，又可降低汙水中的氮、磷、鉀含量，避免汙水直接排入水體後，導致水體富營養化。該系統對總磷(TP)、總氮(TN)、生物需氧量(BOD5)和化學需氧量(CODcr)的去除率分別能達到97%~99%、82%~86%、93%和75%~86%。
(2)土壤毛管滲濾系統
該系統將汙水投配到土壤表面具有一定構造的滲濾溝中，汙染物通過物理、化學、微生物的降解和植物的吸收利用得到處理和淨化。美國、日本、澳大利亞、以色列、俄羅斯和西歐等國一直十分重視該系統的研究和應用，在工藝流程、淨化方法和構築設施等方面做到了定型化和系列化，並編制了相應的技術規範。該技術對懸浮物、有機物、氨氮、總磷和大腸桿菌的去除率均較高，一般可達70%~90%，而且基建投資少、運行費用低、維護簡便，整個系統埋在地下，不會散發臭味，能保證冬季較穩定的運行，便於汙水的就地處理和回用。因此，對於水資源供需矛盾日益緊張、生活汙水汙染日趨嚴重的廣大農村，該技術具有很強的技術和經濟優勢。
(3)人工溼地處理系統
該系統一般由人工基質(多為碎石)和生長在其上的沼生植物(蘆葦、香蒲、燈心草和大麻等)組成，是一種獨特的「土壤-植物-微生物」生態系統，利用各種植物、動物、微生物和土壤的共同作用，逐級過濾和吸收汙水中的汙染物，達到淨化汙水的目的。該技術在歐洲、北美、澳大利亞和紐西蘭等國家得到了廣泛應用，其缺點是需要大量土地，並要解決土壤和水中的充分供氧問題，以及受氣溫和植物生長季節的影響等問題。
(4)生物膜技術
生物膜法是分散生活汙水處理主要應用的一種人工處理技術，包括厭氧和好氧生物膜兩種。厭氧或好氧微生物附著在載體表面，形成生物膜來吸附、降解汙水中的汙染物，達到淨化目的。該方法設備簡單、運行成本較低，處理效率高。反應器一般由填料(載體)、布水裝置和排水系統三部分組成，採用的填料有無機類(陶粒、礦渣、活性炭等)和有機類(PVC、PP、塑料、纖維等)。目前，新型的生物膜反應器和固定化微生物技術也得到了廣泛的研究。
日本「石井法」生物膜技術：日本石井勳教授發明的「石井法」，是利用使用過的乳酸飲料瓶作曝氣池填料，採用的是生物膜技術原理。生物膜技術利用微生物具有氧化分解有機物的功能，採取人工措施來創造更有利於微生物生長和繁殖的環境，使微生物大量繁殖，以提高對汙水中有機物的氧化降解效率。
(5)穩定塘工藝
該技術主要是利用菌藻的共同作用來去除汙水中的汙染物，具有基建投資少、運轉費用低、維護簡單、便於操作、能有效去除汙水中的有機物和病原體以及無需汙泥處理等優點。德國和法國分別有各類穩定塘3000座和2000座，而美國已有各類穩定塘上萬座。
美國高效藻類穩定塘：美國加州大學伯克利分校提出並研發的高效藻類塘是對傳統穩定塘的改進，最大限度地利用了藻類產生的氧氣，其充分利用菌藻共生關係，對汙染物進行高效處理。高效藻類塘較傳統的穩定塘停留時間短，佔地面積少;建設容易，維護簡便，基建投資少，運行費用低。
(6)一體化集成裝置處理技術
發展集預處理、二級處理和深度處理於一體的中小型汙水處理一體化裝置，是國內外汙水分散處理發展的一種趨勢。日本研究的一體化裝置主要採用「厭氧-好氧-二沉池」組合工藝，兼具降解有機物和脫氮的功能，其出水BOD5<20毫克/升、TN<20毫克/升，近年來開發的膜處理技術，可對BOD5和TN進行深度處理。歐洲許多國家開發了以SBR、移動床生物膜反應器、生物轉盤和滴濾池技術為主，結合化學除磷的小型汙水處理集成裝置。
(7)法國的蚯蚓生態濾池
法國開發了蚯蚓生態濾池新技術。這項技術根據蚯蚓具有提高土壤通氣透水性能和促進有機物質的分解轉化等功能而設計，是一種既可高效、低能耗地去除城鎮汙水中的汙染物質，又大幅度降低了剩餘汙泥處理和處置費用的、全新概念的汙水處理工藝。這套處理系統大幅度簡化了汙水處理流程，運行管理簡單方便，並能承受較強的衝擊負荷;處理系統基本不外排剩餘汙泥。
四、中國鄉村汙水處理技術路線選擇
目前汙水處理系統主要是根據汙水處理水平的要求，採用一種或幾種處理技術或工藝聯合處理汙水。按照汙水處理技術的適用條件，農村地區生活汙水處理系統可分為集中處理和分散處理兩大類。
我國從上個世紀80年代開始開展生活汙水分散處理技術的開發和研製工作，許多形式各異的無動力或微動力的低能耗型一體化汙水處理裝置得到應用，但目前該分散技術的使用率較低，還存在許多問題。一方面，生物處理效率較低，尤其表現為氮磷去除率很低。氮磷汙染是導致水體富營養化的主要原因，如果在此技術上不能取得突破，這類技術的應用前景必然會受到限制。另一方面，目前實施的分散汙水處理只是初步實現了分散汙水的收集、處理和排放，遠未實現分散處理的真正目的—再利用(Reuse)，即將汙水就地處理和就地回用，實現汙水資源化。
(1)集中處理系統。集中處理系統主要是指(小型化)汙水處理廠、人工溼地系統或土地處理系統等，通過一系列的物理、化學以及生物措施減少汙水中的汙染物，從而達到汙水淨化和資源化利用的目的。
(2)分散處理系統。分散處理系統是一個高度濃縮的微型化汙水處理廠。它採用各種物理、化學或生物措施組合工藝，將各種處理技術高度集成在一個較小的空間範圍內。隨著各種工藝和技術的發展，分散處理系統的產品種類和型號越來越多。
(一)集中處理系統
1. 技術路線：
主要是指(小型化)汙水處理廠、人工溼地系統或土地處理系統等，通過一系列的物理、化學以及生物措施減少汙水中的汙染物，從而達到汙水淨化和資源化利用的目的。汙水處理廠是目前集中處理汙水的主要方式之一，是傳統二級生化處理系統。
人工溼地汙水處理技術通過物理過濾、生物降解和植物截留等作用機理除去有機質，並通過水生植物與微生物的協同作用除去N和P，特別適用於生活汙水、河道和自然湖泊水系的處理與回用等。
2.關鍵技術環節：
在給定汙染物負荷(單位時間單位面積上輸入的汙染物數量)和水力負荷(水力停留時間)條件下，影響二級汙水處理出水質量的關鍵因素是微生物細菌對有機汙染物降解的有效性。不論是厭氧處理還是好氧處理，良好的菌種及其生存環境影響微生物的降解效果。三級處理主要與所選擇的深度處理技術有關。土壤質地及水文地質條件影響土地處理系統的處理效果。填料和植被性質以及氣溫等因素影響人工溼地處理系統的處理效果。
3.主要性能參數：
汙水處理廠的出水質量一般按《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》(GBl8918-2002)一級A設計，人工溼地處理系統按《城市汙水再生利用景觀環境用水水質》 (GB/T18921-2002)、《地面水環境質量標準》(GB3838-1996)Ⅳ類或《汙水綜合排放標準》(GB8978-1996)中的城鎮二級汙水處理廠一級標準設計。潛流式溼地系統的一般水力負荷為2～15釐米/天。生活汙水經溼地系統處理後其出水BOD5<10毫克/升。
4.推廣中需要注意的事項：
汙水處理廠佔地面積大，一次性投資高，汙泥處理困難。人工溼地將汙水處理工程與生態環境綜合治理有機地結合起來，且工程投資和運行成本低，出水水質穩定，易於管理和維護，是一種較為適宜我國農村地區的汙水處理技術。
5.工程應用情況：
集中汙水處理系統一般自動化程度高、便於管理，出水水質好且穩定，滿足國家的排放要求。除土地處理方式外，各種集中汙水處理方式在國內都有較多的工程實例，已積累了一定的建設和管理經驗。
(二)分散處理系統
1.技術路線：
分散處理系統是一個高度濃縮的微型化汙水處理廠。它採用各種物理、化學或生物措施組合工藝，將各種處理技術高度集成在一個較小的空間範圍內。隨著各種工藝和技術的發展，分散處理系統的產品種類和型號越來越多。
與集中處理系統相比，分散汙水處理系統較多地採用了一些高新技術，從而使得汙水處理設備的體積相對較小。
2.關鍵技術環節：
分散汙水處理系統的關鍵部件是設備採用的具體處理技術及工藝，系統處理效率的高低和出水水質的穩定性主要由其關鍵組件如(生物)膜和活性炭的性能決定。
3.主要性能參數：
分散汙水處理系統的性能參數一般按《汙水綜合排放標準》(GB8978—1996)中的城鎮二級汙水處理廠一級標準設計。
4.工程應用情況：
目前分散汙水處理設備的價格相對較高，較適合於小型企事業單位、餐館和經濟較發達地區的農村小型居民點使用
(三)具體技術工藝
1.地下土壤滲濾技術
地下土壤滲濾淨化系統是一種基於自然生態原理，予以工程化、實用化而創造出的一種新型小規模汙水淨化工藝技術，是將汙水有控制地投配到經一定構造、距地面約50 cm深和具有良好擴散性能的土層中。投配汙水緩慢通過布水管周圍的碎石和砂層，在土壤毛管作用下向附近土層中擴散。表層土壤中有大量微生物，作物根區處於好氧狀態，汙水中的汙染物質被過濾、吸附、降解。所以地下滲濾的處理過程非常類似於汙水慢速滲濾處理過程。由於負荷低，停留時間長，水質淨化效果非常好，而且穩定。地下土壤滲濾淨化系統建設容易、維護管理簡單，基建投資少，運行費用低。整個處理裝置放在地下，不損害景觀，不產生臭氣。
地下土壤滲濾法在我國日益受到重視。中科院瀋陽應用生態所「八五」、「九五」期間的研究表明，在我國北方寒冷地區利用地下土壤滲濾法處理生活汙水是可行的，且出水能夠作為中水回用;1992年北京市環境保護科學研究院對地下土壤毛管滲濾法處理生活汙水的淨化效果和綠地利用進行了研究;清華大學在2000年國家科技部重大專項中，首先在農村地區推廣應用地下土壤滲濾系統，取得了良好效果：對生活汙水中的有機物和氮、磷等均具有較高的去除率和穩定性，CODcr、BOD5、NH3-N和TP的去除率分別大於80%、90%、90%和98%。
除此以外，浙江、廣東、天津和江蘇等地還分別在無動力、地埋式厭氧處理系統、雨汙分離管網輸送集中處理和生物投菌等技術進行了探索與嘗試，也都取得了一定的進展。分散的幾戶或十幾戶人家適合採用地下土壤滲濾淨化系統。
2.好氧生物處理系統
好氧生物處理法：就是通過風機等設備給汙水輸氧，培養生物菌種和微生物，通過菌種和微生物把汙水中的大部分有機物分解為無汙染的二氧化碳、水等物質，少部分合成為細胞物質，促使微生物增長，並以剩餘汙泥的形式排出，使汙水得以淨化排放。如SBR法，集曝氣、沉澱、排水功能於一體，不斷地轉換，省去了傳統的汙泥回流設備，大大降低了建設費用;A2O法具有脫氮、除磷功能，還有如生物轉盤處理工藝、膜生物反應器處理工藝等。
好氧生物處理系統是新農村汙水處理中最常用的一種處理技術。好氧生物處理工藝眾多，各有優缺點，選擇時要根據實際情況仔細論證和比選，注重經濟適用。
好氧生物處理法和自然處理系統比較， 佔地面積小，抗氣候等外界影響的能力強，建設的地點選擇範圍大，處理穩定，處理效率高。但基建投資、運行成本要高於自然處理系統。
3.厭氧生物處理系統
我國從上個世紀80年代開始開展生活汙水厭氧生物法的開發和研製工作，許多形式各異的無動力或微動力的低能耗型一體化汙水處理裝置得到應用。如無動力地埋式生活汙水處理裝置採用無動力厭氧生物膜技術，工藝流程簡單，無耗能，全部埋於地下，也無需專人管理。與好氧生物處理相比，無動力地埋式生活汙水處理裝置技術的基建投資略高於好氧處理，無日常運行費用的支出。
厭氧生物法目前技術上還存在一些問題，主要表現在生物處理效率較低，尤其表現為氮磷去除率很低，在一定程度上限制了其應用。
4.人工溼地處理技術
目前，北京、深圳等城市都採用了這一技術處理生活汙水。雲南省澂江縣撫仙湖邊的馬料河溼地工程於2003年10月建成運行，每天可淨化汙水4萬多立方米，淨化後的水質優於地表水三類標準。有關研究表明，在進水汙染物濃度較低的條件下，人工溼地對BOD5的去除率可達85%~95%，對CODcr的去除率可達80%以上，對磷和氮的去除率分別可達到90%和60%。
人工溼地汙水處理系統的工程投資和運行費一般分別為傳統二級處理工藝的1/3～2/3和1/6～1/3。
5.穩定塘處理技術
在我國特別是在缺水乾旱地區，穩定塘是實施汙水資源化利用的有效方法，近年來成為我國著力推廣的一項技術。與傳統的二級生物處理技術相比，高效藻類塘具有很多獨特的性質，對於土地資源相對豐富，但技術水平相對落後的農村地區來說，是一種較具推廣價值的汙水處理技術。李旭東等採用高效藻類塘系統處理太湖地區農村生活汙水， CODcr的平均去除率70%以上，氨氮(NH3-N)的平均去除率高達93%，磷的平均去除率為55%;陳鵬採用高效藻類塘處理城市生活汙水，取得了穩定的處理效果：CODcr、BOD5、NH3-N 和TP的平均去除率分別達到75%、60%、91.6%和50%。
6.暗河式無動力誘導高負荷處理技術(UNHS)
暗河式無動力誘導高負荷汙水淨化系統(UNHS) 是針對於中國中小城鎮、鄉村汙水處理現狀專門研發的新興技術。該技術所解決的主要技術問題包括：提高汙水處理效率，增強系統耐負荷衝擊性，減少動力消耗，提高穩定性與適應性，維護管理簡單，佔地面積少，降低投資與運行成本等。
該技術主要原理是通過暗河式移動懸浮膜(SMBM)、微生物/微電解(MOME)、深層生物氧化(DSBO)、無動力誘導供氣供氧(NIAA)等工藝技術，當汙水流經各功能層或單元時，汙水被多梯度逐級降解處理。從而有效地保證了整個系統的高負荷運行與抗衝擊能力。該技術採用高負荷設計與運行，容積設計負荷可高達：3~10kg COD/(m3˙d)。該系統出水可達國標一級A標準，同時也滿足相關中水回用的標準。
由於採用暗河式地下工藝(Under-Ground)，地域與氣候適應性強，工程運行穩定可靠;而且，採用無動力誘導通風器供氧，不耗任何電能實現通氣與供氧，綠色節能環保。
該技術投資運行成本低、處理效率高、設計負荷高、抗衝擊能力強、適應性強，操作管理簡易，故障率很低，可實現現場無人值守。該技術有效地解決了現存工藝技術缺陷，所以十分符合我國對中小城鎮、鄉村等小水量分散式汙水處理的發展要求,以及河道水質淨化等。
實踐證明，以上方法是解決農村生活汙水治理的可能技術，但在運用中要考慮到建設與運行成本等費用，要根據實際情況因地制宜地加以選擇。
編輯：李丹