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生活污水收集困难、处理效果差一直是农村环境管理面临的问题。数据显示，截至2016年底，中国共有污水处理厂2039座，年污水处理量448.8亿立方米，处理率93.44%。然而，在农村地区，只有20%的行政村处理生活污水。由于缺乏资金和专业的管理维护人员，一些农村污水处理设备无法正常运行。然而，大部分农村污水仍是就地排放，黑水外溢现象并不少见，水环境明显遭到破坏，制约了农村地区的发展。

农村生活污水处理问题的重要原因之一是缺乏可行有效的技术支持。近年来，随着公民环保意识的逐步增强，农村生活污水处理逐渐进入了公众的视野。然而，现有技术大多集中于城市污水处理技术和管理技术，移植到农村地区容易“水土不服”。与城市污水相比，农村生活污水排放分散，基础设施落后，缺乏技术储备。同时，农村生活污水处理工艺不仅要保证稳定性和高效性，还要做到“低成本、易管理”，才能真正可行。

东南大学牵头的“珠山湾农村分散式生活污水处理技术综合研究与工程示范项目(2012zx07101-005)”是“十二五”期间以农村生活污水处理技术为重点的重大科技专项。针对小规模分散式农村生活污水处理、村(保留村)生活污水处理和村乱排污水处理三种排放类型，课题组创新性地提出了生物生态组合工艺，形成了“工艺简单、操作管理方便、氮磷化、整体景观、园艺化”的“污染净化型农业”农村生活污水处理系统。同时，课题组选择太湖流域作为典型区域进行研究，并建设了一批示范项目，为太湖流域水污染防治提供了科技支撑。

污水无序排放，多级拦截取得显著成效

与城市相对完善的污水管网系统不同，农村的基础设施建设，尤其是管网建设相对落后，不具备城市雨污分离的处理条件。降雨与无序排放的生活污水自然混合，或者农田中的非点源污染物溶解，形成无序排放的污水，进入当地水环境。卢锡武教授介绍，无序排放的污水一般富含氮和磷，直接排入河流会对水环境产生不利影响。通过种植蔬菜和水生植物可以变废为宝，发展污水净化农业而不留下一条尾巴进行处理。

为了解决这一问题，课题组以“截留、净化和利用”为研究理念，以改良的o-a-o水生蔬菜人工湿地为核心技术，成功开发了“村庄乱排污水收集处理及氮磷资源利用技术”。该技术充分利用农村地形和地域特点，构建了由地表径流生态拦截沟、生态净化池、水生蔬菜人工湿地等组成的多级拦截系统。通过生物和生态的多重作用，可以有效降低村庄无序排放的污水、有机物、氮磷的污染负荷，同时实现部分氮磷的资源化利用。

这个项目的诞生得益于研究小组扎实的研究和灵活的思维。研究小组发现，运河通常出现在纵横交错的农村地区，用于农田灌溉。因此，巧妙地利用现有渠道，将其改造成生态沟渠，在集中降雨初期拦截径流，作为一级拦截。生态截水沟技术采用生态护坡，重建植物群落，恢复水生植物的生物多样性，通过生物和生态效应实现水体净化。从生态拦截沟流出的污水进入生态净化池进行进一步拦截处理。生态净化池包括挺水植物、生态浮床和沉水植物，层次丰富，能有效调节和预处理雨水。生物单元作为第三级拦截装置，一方面可以利用蔬菜吸收水中的氮和磷，另一方面通过建立“好氧/厌氧/好氧三级基质型水生蔬菜人工湿地”为蔬菜提供必要的营养。

根据研究组的示范工程数据，总的来说，生活污水无序排放和降雨初期径流经收集和生物生态处理后，cod、tp和tn的去除率达到62%左右。当o-a-o水生蔬菜湿地水力负荷为0.3 m3/(m2·d)时，cod、tn和tp的去除率分别达到51%、69%和76%。

高效脱氮除磷，集中村处理

随着太湖流域城市化水平的提高和乡镇合并进程的加快，村庄等集中居住社区和城镇等保留村发展迅速，但生活污水收集处理率较低。然而，现有的城市污水处理技术和管理技术已不能满足乡村、保留村等农村社区的发展需求。主要原因是城市污水处理厂工艺复杂，需要专业化管理，不能照搬和应用到农村生活污水的处理中。

在充分调研的基础上，研究组准确确定了当地村庄(保留村)生活污水相对集中处理的需求，有针对性地开发了“功能强化生化处理+阶梯式生物生态氧化塘的村庄污水组合处理技术”，有效整合了生物处理和生态处理技术，采用了“农村污水-格栅-一沉调节池-生物处理-功能强化阶梯式生物生态氧化塘”的工艺流程。利用功能强化生物处理单元去除有机物和部分氮磷，出水立即进入功能强化阶梯生物生态氧化塘，在微生物硝化反硝化和植物的作用下，氮磷等污染物进一步减少。

虽然它是生物和生态手段的结合，但该技术不同于农村地区的小规模分散式生活污水处理技术。该技术的生物处理单元采用改进的a2/o一体化活性污泥工艺或改进的氧化沟工艺，并将改进的a2/o一体化工艺与同步硝化反硝化脱氮除磷技术相结合，可实现“一碳两用”，有效降低污水处理能耗；改进后的氧化沟工艺在一体化氧化沟的基础上，通过控制溶解氧浓度，在“厌氧-缺氧-缺氧-好氧”等不同条件下形成反应区，从而提高脱氮除磷效率。工艺流程短，不需要设置一级沉淀池、污泥消化池和二级沉淀池，节省了土地和投资。生态处理单元通过多种技术的优化组合，逐步构建功能明确的生物生态氧化塘，如兼氧塘、好氧塘、水生植物塘，达到深度脱氮除磷的目的。

该技术在环保、成本控制和处理效果方面也很突出。与传统生化工艺相比，该工艺更安全、更环保，无需添加化学药剂，基本无污泥排放。处理费用主要是生态塘内动力设备的能耗，平均每吨水处理费用为0.104元。虽然成本较低，但治疗效果不会受到影响。水力停留时间为两天时，出水cod、tn和tp的平均去除率分别为生物处理尾水的30%、40%和37%。出水可达到《城市污水处理厂污染物排放标准》(gb18918-2002)的甲类标准至少8个月，其余时间可达到乙类标准，可更好地实现污水净化、节能降耗的目标。

生物与生态相结合建设污染净化农业

该研究组的标志性成果之一是成功研发了“厌氧-好氧-湿地生物生态组合技术”，为解决农村生活污水分散处理问题提供了思路。

该项目负责人卢锡武教授介绍说，太湖流域的村庄比较分散，农村人口比较分散。与城市相比，污水不应集中收集和处理，这就是所谓的分散生活污水。随着人口和用水量的增加，大量分散的生活污水被直接排放，导致流域污染负荷增加，加速了流域水环境的恶化。污水中的氮磷加剧了湖泊水体的富营养化，对流域水环境质量有很大影响。因此，有效处理农村分散生活污水势在必行。

中国不是唯一面临农村生活污水处理问题的国家。纵观国际社会，有许多国家和地区拥有成熟的技术，但它们的技术都有局限性。国际技术主要分为生物处理和生态处理。以日本净化池为代表的生物技术是大规模污水处理工艺的小规模集约化应用技术，但其建设和运行成本高，管理人员专业素质也高，且不具备除磷功能，现阶段难以在我国广大农村地区大规模推广应用。生态处理技术主要应用于澳大利亚、美国等土地资源丰富、环境容量大的地区，因为它需要较大的土地面积，其处理效果明显受季节影响。但是，我国相当一部分农村地区受到土地资源和地理位置的限制，不具备申请条件。

基于“因地制宜、高技术、低投资和运营成本、资源利用”的可持续发展原则，研究小组开发了可避免国外方案弊端的新技术。大型城市污水处理厂在保证出水稳定达标的基础上，需要专业化管理，这不适合农村分散式污水处理。为解决这一问题，课题组坚持“生物单元集中处理有机污染物，生态单元利用氮磷资源”的理念，采用“农村污水-格栅-厌氧-缺氧-好氧-经济型人工湿地”的工艺流程。生物单元不设计除磷脱氮功能，充分发挥其简单高效降解有机物的功能。生态单元通过开发氮磷吸收能力强、适合人工湿地种植的经济作物，实现氮磷资源化，建设污染净化型农业。

该方案分工明确，流程调整灵活，既能解决农村复杂的社会、经济、环境等基础条件问题，又能在控制成本的情况下取得良好的处理效果，并以较高的性价比带来一定的经济效益。

经计算，采用“厌氧-好氧-湿地生物生态组合技术”处理农村小型分散生活污水后，cod、bod5、ss、nh4+-n、tn和tp的去除率分别达到85%、90%、95%、80%和85%以上。治理费用主要包括建设、治理和运营，建设费用低于10000元/吨；直接水处理成本低于0.15元/吨；整个工艺系统只需一台水泵自动运行，无混合液回流和污泥回流，无机械曝气。与传统的生活污水处理工艺(以a/a/o工艺为例)相比，节能50%以上，污水处理装置可节约土地20%以上。如果使用地形条件，水泵甚至可以省略，直接运行成本可以进一步降低。

“经济效益主要取决于种植的植物。以空大白菜和水芹轮作为例，项目负责人卢锡武教授介绍，空大白菜年产量可达8000公斤/亩，水芹年产量可达1000公斤/亩，经济效益不低于1万元。

真金不怕火，结果被广泛使用

太湖流域农村生活污水污染负荷高，收集处理率低。据统计，太湖流域水环境治理区农村污染排放占所有排放源的比例为化学需氧量23%，氨氮38%，总氮40%，总磷38%，且呈逐年上升趋势。

课题组选择太湖流域作为典型区域进行研究，围绕有效降低农村生活污水污染负荷，建设示范项目，为太湖流域乃至全国农村生活污水处理提供技术支持。

项目示范工程按照“污染物排放特性-氮磷减排-资源利用-优化整合-技术设备标准化-管理机制保障”的总体思路，建立了小规模分散生活污水、相对集中的农村污水、无序排放污水等不同类型污水的节能高效处理技术体系。

据了解，太湖流域已建成近272个小型分散式农村生活污水处理示范工程，总规模为5230 m3/d，其中常州市武进区建成30套生物生态联合处理设施，总规模为892 m3/d；南京市高淳区建成216套生物生态复合处理设施，总规模3715 m3/d；无锡市江阴市已建成4套小型分散式农村生活污水处理设施，规模为155 m3/d；无锡市宜兴市已建成22套小型分散式农村生活污水处理设施，规模为468 m3/d；

针对小规模分散生活污水，课题组选择常州绿色建筑博览园未来住宅建设生活污水处理工程，解决未来住宅10户居民的生活污水问题。针对单户生活污水时间分布不均匀的特点(污水主要来自一日三餐，晚上耗水量大)，课题组提出了“高效折板厌氧反应器-调节池-水滴氧化接触氧化-景观人工湿地”的组合污水处理工艺。日处理量为2.2 m3，处理后的出水符合《城市污水处理厂污染物排放标准》(gb18918-2002)，同时污水中的碳源产生沼气，氮、磷作为肥料用于建设生态景观，使各种污染物作为资源得到充分利用。

与小规模分散生活污水不同，农村污水集中处理技术更为复杂。目前，课题组已建成27个示范项目，总规模3066 m3/d，分别位于常州武进区和南京高淳区，服务近4万人。其中，常州市武进区横山桥镇新安社区生活污水处理工程于2014年11月30日竣工，处理单元处理规模为480m3/d，建成后，新安社区及周边村庄的1300多名村民受益约5000人，改善了人民的生活环境，增加了人民的幸福感。

同时，结合太湖流域村庄污水无序排放的情况，研究小组选择了宜兴市周铁镇和昆山市八城镇建设了三个示范工程，集成了生态截水沟、生态净化池、水生蔬菜人工湿地、泵房、计量罐等技术，形成了一个具有节能、节地、高效、低维护、景观和园艺特色的可选工艺组合过程。 这不仅可以有效减少从农村面源流入太湖的氮磷负荷，昆山市小小桥湾村的村民实际上也享受到了污水乱排示范工程带来的好处。 根据当地情况，针对目前农村污水处理技术存在的无法有效收集和截留村庄无序排放的污水、净化效果差、氮磷资源流失等缺点，课题组整合了自行设计的生态沟渠和新型水生蔬菜湿地，污染物截留效率高、净化效果好，实现了污水中氮磷的循环利用，氮磷资源利用率高，建设成本低，适合在农村地区推广、建设和运行。

“十五”至“十二五”期间，课题组进行了十多年的连续研究和工程应用，申请了50多项发明专利(授权30项)和5项授权实用新型；全国共建成568个项目，设计水处理能力为14630吨/日，每年可减少化学需氧量、总氮和总磷1869.0吨、160.2吨和18.7吨。该项目在建设成本低、运行成本低、易于维护的前提下，实现了污水处理的生态化、景观化、园林化和氮磷资源化，为太湖流域水质改善乃至我国农村生活污水处理提供了技术支持。(记者李童克南)

编者:张嘉诚