1、 “十三五”可持續(xù)農(nóng)村生活污水處理新思路論農(nóng)村生活污水處理是否需要考核氮磷？作者：裴廷權(quán) 高級工程師 博士后1前言隨著人口的增長和社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國水環(huán)境污染的問題越來越突出。尤其是在廣大的農(nóng)村地區(qū)，污水處理基礎(chǔ)設施建設落后，大量的生活污水沒有經(jīng)過任何處理就直接排入河流、湖泊，嚴重污染受納水體及周邊生態(tài)環(huán)境。據(jù)估算，全國農(nóng)村每年產(chǎn)生的生活污水量為80多億噸，已成為廣大農(nóng)村地區(qū)面源污染的重要來源。農(nóng)村生活污水具有量少、分散、遠離排污管網(wǎng)、水環(huán)境容量小、污水處理率低和管理水平低等特點，已成為農(nóng)村發(fā)展的主要難題。“十三五”規(guī)劃強調(diào)農(nóng)村是重中之重，環(huán)境是突出短板。農(nóng)村環(huán)境既是最薄弱的難點，也是最

2、有潛力的突破點和創(chuàng)新點。隨著城鄉(xiāng)統(tǒng)籌步伐加快和新農(nóng)村建設的全面推進，農(nóng)村污水治理取得了一定進展，我國各地陸續(xù)建設了一批鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村污水處理設施，大幅度提高了農(nóng)村污水治理水平。但目前尚無針對農(nóng)村污水處理的國家標準，各地污水處理執(zhí)行城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準(GB18918-2002)。執(zhí)行上述標準意味著農(nóng)村污水處理需要實現(xiàn)氮和磷的去除。然而，氮和磷本身作為化肥的主要組成元素，若能加以回收利用，不僅可以降低污水處理能耗，同時又能實現(xiàn)變廢為寶，對于廣大農(nóng)村的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。2 農(nóng)村生活污水可持續(xù)處理的必要性我國農(nóng)業(yè)整體水平發(fā)展不高，氮肥、磷肥和鉀肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最主要的化肥。“以增產(chǎn)為核心”的

3、農(nóng)業(yè)發(fā)展模式導致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中過量依賴化肥。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，2015年我國氮肥和磷肥的使用量分別將達到6000萬噸和2400萬噸，且有逐年增加的趨勢。表1為氮、磷肥的主要介紹。表1 氮肥、磷肥介紹肥料存在形式功能氮肥尿素、氨水、銨鹽（碳酸氫銨、硫酸銨和氯化銨）和硝酸鹽等。促使作物的莖，葉生長茂盛，葉色濃綠。磷肥(1)水溶性磷肥，如過磷酸鹽(普鈣)、重過磷酸鹽(重鈣)；(2)枸溶性磷肥，如沉淀磷酸鈣、鋼渣磷肥等。促使作物根系發(fā)達,增強抗寒抗旱能力；促進作物提早成熟,穗粒增多,籽粒飽滿。污水中的總氮包括硝酸鹽、銨態(tài)氮等無機氮以及蛋白質(zhì)、氨基酸和有機胺等有機氮，在污水處理過程中微生物通過氨化反應將其轉(zhuǎn)化為氨

4、氮(游離氨態(tài)氮NH3和銨態(tài)氮NH4+)，這是氮肥的主要存在形式，若直接實現(xiàn)利用，將無需固氮或者通過曝氣作用實現(xiàn)氮元素的回用。另外，污水中以磷酸根形式存在的磷也是磷肥的重要組成部分，而且在地球上是一種稀缺元素，如何在處理過程中考慮磷的回用或回收成為全世界相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點。 農(nóng)村生活污水中含有大量氮、磷，若未經(jīng)處理排放，一方面造成環(huán)境污染，另一方面也是嚴重的資源浪費。目前，農(nóng)村污水處理率僅為8%，若按污水中N和P的含量分別為50mg/L、4mg/L計算，則每年農(nóng)村未經(jīng)處理排入自然水體中N為36.8萬噸，P的含量為2.94萬噸，相當于78.8萬噸尿素和24.54萬噸磷肥，因此農(nóng)村生活污水可謂是豐富

5、的二次資源。污水中蘊含的巨大資源不禁讓我們?nèi)ニ伎既绾文芤院侠淼姆绞綄崿F(xiàn)資源回收利用，同時也讓我們反思城鎮(zhèn)生活污水排放標準這種“一刀切”的方式對于農(nóng)村生活污水是否適用？3農(nóng)村可持續(xù)污水處理新思路（1）基于排放對象，考量排放標準。對于自然保護區(qū)、飲用水源地和重點水庫、湖泊等特殊保護水體的上游農(nóng)村排水，需要嚴格的控制水體中N、P的排放是毋庸置疑的。然而對可用于農(nóng)田灌溉的上游農(nóng)村排水，是否必要通過執(zhí)行相關(guān)標準值得商榷。污水處理脫氮是通過氨化細菌將有機氮轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮，隨后通過硝化和反硝化轉(zhuǎn)變?yōu)榈獨猓怀讋t是通過聚磷菌的厭氧釋磷、好氧吸磷將磷轉(zhuǎn)移到污泥中。對于農(nóng)田灌溉，排水中以適當形式存在的N（游離氨態(tài)氮

6、NH3和銨態(tài)氮NH4+）和P（PO43-）可作為一種肥料，從而減少農(nóng)民化肥的使用量，這種情況下可考慮不限制出水中N和P的排放。（2）完善工藝過程，實現(xiàn)高效節(jié)能。傳統(tǒng)的脫氮處理工藝，是通過曝氣使得污水中的氨氮等轉(zhuǎn)換為硝態(tài)氮，然后通過反硝化菌實現(xiàn)硝態(tài)氮向氮氣的轉(zhuǎn)移，這過程中曝氣將產(chǎn)生一定的能耗。若通過氨化細菌將氮更多的轉(zhuǎn)化為氨氮，無需后續(xù)的脫硝過程，能大大減少污水處理過程由于曝氣產(chǎn)生的能耗，并且氨氮更是化肥的主要存在形式，可以直接作為廢料實現(xiàn)回用，在減少能耗的同時產(chǎn)生經(jīng)濟效益，一舉多得。（3）結(jié)合最新技術(shù)，發(fā)展氮磷回收。對于需要嚴格控制N和P排放的重點保護區(qū)域，是否能以更加合理的方式來實現(xiàn)資源的回

7、收而非去除也是目前污水可持續(xù)處理領(lǐng)域研究的熱點，在國內(nèi)外也有相關(guān)的一些嘗試，如表2。表2 磷回收工藝現(xiàn)狀磷回收工藝原理特點鳥糞石法當溶液中含有Mg2+、NH4+、HnPO4n-3且離子濃度積大于鳥糞石的溶度積常數(shù)時便會出現(xiàn)自發(fā)沉淀。鳥糞石是一種緩釋肥，其磷含量比其他含磷化合物高。強化生物除磷(EBPR)與化學沉淀結(jié)合工藝聚磷菌(PAOs)將污水中磷酸鹽積聚到微生物體內(nèi)，以剩余污泥形式予以排除。對于污水中低碳源情況，可通過抽取一定量厭氧池上清液，以側(cè)流方式將其中部分磷酸鹽沉淀回收后再引回主流線。利用了化學沉淀效果好的特點，而且上清液回收磷相對提高了進水的C/P比，對生物除磷微量效果好的特點得以充

8、分利。結(jié)晶法從主流厭氧池上清液、污泥消化上清液或污泥脫水上清液中進行結(jié)晶磷回收。減少沉淀反應所需藥劑投加量，提高富磷溶液濃度，減少結(jié)晶反應器容積，從根本上降低生產(chǎn)成本。吸附/解吸附法通過選擇合適的吸附劑對富磷溶液進行磷回收的一種物理化學過程。依靠其中的基團和腐殖酸等活性基團與磷酸根離子發(fā)生化學沉淀反應，去除污水中的磷，后經(jīng)酸或堿處理而回收其中的磷。（4）探索工藝路線，發(fā)展分散式一體化污水處理設備農(nóng)村生活污水的治理是今后發(fā)展的重點。目前有一些較為成熟的設備對污水中總氮、總磷進行一定程度的處理，但是處理的效果并不是非常理想。隨著對農(nóng)村污水治理的關(guān)注，涌現(xiàn)了一批高科技型的環(huán)保公司，它們不僅關(guān)注于農(nóng)村

9、城鎮(zhèn)低成本一體化污水處理設備的研發(fā)、生產(chǎn)，而且根據(jù)實際需求控制氮磷的去除情況。例如深圳合續(xù)環(huán)境科技有限公司，作為一家專注于農(nóng)村、城鎮(zhèn)環(huán)境治理系統(tǒng)解決服務的高科技環(huán)保企業(yè)，提倡農(nóng)村生活污水可采用分戶或戶聯(lián)的方式就地處理、就地回用，從治污走向節(jié)水的環(huán)保理念。該公司潛心研發(fā)的耐斯污水凈化箱采用多段“厭氧+好氧”的生物降解技術(shù)，通過使用高效改性生物填料，使出水水質(zhì)穩(wěn)定達到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002）一級排放標準（其中總磷除外，即處理后的水更適合農(nóng)村使用），見其中耐斯-600重力自流型，運行功率17瓦，可服務1-2戶1，耐斯-900重力自流型，可服務2-3戶，運行功率35瓦（

10、見下圖1）。更可與雨水收集系統(tǒng)合二為一，實現(xiàn)水資源化利用。圖1單戶及多戶處理模式4總結(jié)從可持續(xù)發(fā)展的理念來看，每一種污染物在適當?shù)臈l件下可轉(zhuǎn)變?yōu)橘Y源，這種思想的轉(zhuǎn)變可實現(xiàn)經(jīng)濟效益與環(huán)境效益的雙贏。在資源與能源高度緊缺的時代，只有搶占從廢棄物中回收二次資源的先機，才能在世界能源這場硬戰(zhàn)中取得勝利。農(nóng)村生活污水處理是否需要考核氮磷，這是個見仁見智的問題。無論答案肯定與否，都需要基于目前農(nóng)村生活污水的特點，以及國家政策、技術(shù)手段下而進行論證。農(nóng)村的現(xiàn)狀與城鎮(zhèn)的現(xiàn)實有很大差別，要綜合考慮技術(shù)的同時兼顧農(nóng)村的發(fā)展思路，尋求一種可持續(xù)農(nóng)村污水處理處置的全新方案。對于未來農(nóng)村污水處理氮磷的發(fā)展，立足于“十三

11、五”的具體規(guī)劃，提出以下幾點思路：（1）出水水質(zhì)標準應滿足水環(huán)境變化和水資源可持續(xù)循環(huán)利用的需要出水水質(zhì)標準是根據(jù)受納水體的水質(zhì)要求，結(jié)合環(huán)境特點和社會、經(jīng)濟、技術(shù)條件，對排入環(huán)境的廢水中的水污染物和產(chǎn)生的有害因子所作的控制標準，其應包含面向水環(huán)境保護需求和面向水資源可持續(xù)循環(huán)利用的兩類標準。其中，第一類是指根據(jù)當?shù)丨h(huán)境和社會可持續(xù)發(fā)展要求而需達到的出水水質(zhì)標準，應在頂層設計、長遠規(guī)劃的基礎(chǔ)上提出。第二類是滿足農(nóng)村水資源循環(huán)利用，針對農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展水平、污染物排放特征和環(huán)境影響評價等因素，科學確定污染控制指標和排放限值，制定地方農(nóng)村排放標準，這類標準可考慮其用途放寬N、P的排放要求。（2）追求資

12、源合理回收，實現(xiàn)變“廢”為“寶”農(nóng)村污水處理過程的資源回收應該引起重視，未來農(nóng)村生活污水的處理應成為資源的重要載體。除水資源循環(huán)利用外，污水處理過程還應實現(xiàn)有機質(zhì)、氮、磷的循環(huán)利用。特別是磷，我國的磷儲量也只能有效供給2050年，因此，構(gòu)建磷的持續(xù)循環(huán)體系在農(nóng)村生活污水的處理中需要引起重視。（3）追求高效節(jié)能低成本一體化技術(shù)的研發(fā)，推進農(nóng)村環(huán)境連片整治我國農(nóng)村生活污水的處理尚處于起步階段，發(fā)展空間大。對農(nóng)村生活污水的處理尤其是對氮和磷等資源的回收與利用應立足長遠，制定適合我國農(nóng)村生活污水處理的方案。同時，完善政策措施，狠抓項目建設和管理，促使農(nóng)村環(huán)境綜合整治取得明顯成效。在未來的發(fā)展中應著重尋求具有高效節(jié)能的分散式污水處理新工藝、低成本處理新技術(shù)、一體化新裝備以及運營模式在農(nóng)村生活污水處理中的應用。（4）繼續(xù)加大“以獎促治”政策的落實，加快農(nóng)村試點示范建設由于我國農(nóng)村居民對污水處理技術(shù)及污水資源化處理了解的不多