農(nóng)村灰水收集-處理-回用系統(tǒng)現(xiàn)狀及應(yīng)用建議

隨著農(nóng)村污水治理工作的推進和污水資源化理念的推廣，農(nóng)村生活污水的分質(zhì)收集與資源化成為重要的研究和應(yīng)用方向。農(nóng)村灰水的收集-處理-回用模式逐漸受到重視。

農(nóng)村灰水是指除廁所污水以外的農(nóng)村生活污水，具體包括農(nóng)戶日常生活產(chǎn)生的洗浴污水、洗漱污水、洗滌污水及餐廚污水等。灰水水量占生活污水總量的70%左右，開展灰水收集、處理與回用不僅可降低污水收集和處理系統(tǒng)的水量負荷，還可減少水資源消耗。

灰水基本不含糞污，污染物濃度較低且致病菌較少，適宜在收集處理后進行資源化利用。與農(nóng)村生活污水的收集處理模式不同，為便于回用，農(nóng)村灰水的收集-處理-回用模式以村落集中收集處理和分散收集處理為主，很少采用納入城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)的模式。常用的回用方式包括農(nóng)業(yè)灌溉、室外沖洗、景觀用水及室內(nèi)沖廁等。

我國農(nóng)村灰水資源化工作仍處于起步階段，灰水收集-處理-回用系統(tǒng)技術(shù)及運行方面仍存在許多問題。

為推進農(nóng)村灰水的高效收集處理和安全回用，提升灰水收集-處理-回用系統(tǒng)的集成科學(xué)性和可靠性，筆者對農(nóng)村灰水收集-處理-回用系統(tǒng)的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀進行分析，剖析農(nóng)村灰水系統(tǒng)存在的問題，提出針對性的優(yōu)化建議并對未來農(nóng)村灰水系統(tǒng)的發(fā)展趨勢進行展望。

1 農(nóng)村灰水系統(tǒng)現(xiàn)狀

根據(jù)子系統(tǒng)功能的不同，農(nóng)村灰水系統(tǒng)可分為收集系統(tǒng)、處理系統(tǒng)及回用系統(tǒng)3部分，如圖1所示。

1.1 收集系統(tǒng)

灰水收集是灰水處理與回用的前提，也是整個農(nóng)村灰水系統(tǒng)建設(shè)成本最高、運維問題最多的環(huán)節(jié)。常用的收集系統(tǒng)分為管道系統(tǒng)和溝渠系統(tǒng)兩大類。

（1）管道系統(tǒng)。管道系統(tǒng)由多級灰水管道、檢查井、隔油池、沉泥井等設(shè)施組成，以重力流管道為主。與溝渠系統(tǒng)相比，灰水管道系統(tǒng)在收集效率、污染控制、防止致病菌擴散及提升村容村貌等方面具有明顯優(yōu)勢，但其建設(shè)和運行過程存在成本較高、堵塞頻發(fā)、亂接錯接的問題。排水管道的建設(shè)成本一般占排水系統(tǒng)總投資的70%以上，目前農(nóng)村灰水管道設(shè)計過程中往往套用城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，導(dǎo)致設(shè)計管徑過大，增加了管道建設(shè)成本。同時過大的管徑致使開挖道路面積增大，給農(nóng)村狹窄街道的施工造成困難，也嚴重影響居民正常生活。在灰水管道運行過程中，有的農(nóng)戶自行拆除下水道濾網(wǎng)，將菜葉、濕巾、包裝袋等雜物沖入下水道，易造成管道堵塞。個別農(nóng)戶自行改造接戶管道，將化糞池黑水接入灰水管道，影響末端處理與回用。

（2）溝渠系統(tǒng)。溝渠系統(tǒng)是低收入農(nóng)村地區(qū)普遍采用的灰水收集系統(tǒng)。排水溝渠建設(shè)成本低廉，具有一定污染物去除效果，且對水力條件、異物的適應(yīng)能力高于管道系統(tǒng)。但溝渠內(nèi)的灰水直接暴露在空氣中，夏季易散發(fā)異味，且流速較低易滋生蚊蟲，冬季易結(jié)冰。灰水溝渠在雨季匯入大量泥沙和雨水，一方面泥沙會堵塞灰水處理設(shè)施，另一方面雨水稀釋了污染物，造成進水濃度過低，影響處理設(shè)施的正常運行。

1.2 處理系統(tǒng)

灰水處理工藝復(fù)雜多樣，生物、生態(tài)及物化等工藝均有廣泛研究和應(yīng)用。常用的灰水處理系統(tǒng)如表1所示。

（1）生物處理系統(tǒng)。生物處理系統(tǒng)是農(nóng)村污水的主流處理系統(tǒng)，在灰水處理中也有廣泛應(yīng)用，主要分為厭氧系統(tǒng)和好氧系統(tǒng)兩大類。常用的厭氧系統(tǒng)包括厭氧沉淀池、厭氧濾池等，由于對有機物去除能力有限且異味明顯，通常作為好氧生物處理或生態(tài)處理的預(yù)處理系統(tǒng)，不單獨使用。好氧系統(tǒng)對有機物去除率高、出水水質(zhì)好，根據(jù)處理原理不同分為生物膜法和活性污泥法。

生物膜法的有機物處理效果好、運維便利且一般無需二沉池，占地面積和建設(shè)成本均較低，以生物轉(zhuǎn)盤（RBC）、曝氣生物濾池（BAF）和移動床生物膜反應(yīng)器（MBBR）應(yīng)用較多。上述3種工藝正常運行時的出水水質(zhì)基本可達到或優(yōu)于當?shù)剞r(nóng)村污水處理設(shè)施的排放標準要求，可滿足農(nóng)田灌溉、室外沖洗及景觀用水等回用需求。但RBC因直接暴露在空氣中不易采用地埋等方式有效保溫，冬季其生物膜活性降低，處理效果下降，在北方冬季甚至因結(jié)冰而無法正常運行。BAF及MBBR可以地埋，對低溫承受力相對較好，但BAF需定期反沖洗避免堵塞，而MBBR好氧段的曝氣機需長期運行，運維成本較高。

農(nóng)村灰水系統(tǒng)采用的活性污泥法基本為無需建設(shè)二沉池的系統(tǒng)，如膜生物反應(yīng)器（MBR）和序批式活性污泥反應(yīng)器（SBR）。

其中MBR處理效果好、出水水質(zhì)優(yōu)良且對病原微生物的去除效果顯著，適合在以室內(nèi)回用為主要資源化利用方式的地區(qū)應(yīng)用。MBR成本較高且運維復(fù)雜，不適合經(jīng)濟條件較差的地區(qū)。SBR工藝運行時為間歇進水，適于處理農(nóng)村灰水等排水量有明顯時間變化特征的污水。SBR工藝對灰水的處理效果穩(wěn)定，但常需要配套自控裝置以適應(yīng)農(nóng)村灰水排放特征，建設(shè)和運維成本相對較高?；宜緵]有高效脫氮除磷的需求，混合生活污水處理中常用的A/A/O、氧化溝等工藝在農(nóng)村灰水處理中應(yīng)用較少。

（2）生態(tài)處理系統(tǒng)。生態(tài)處理系統(tǒng)具有造價低廉、運維便利、能耗低的優(yōu)勢，逐漸成為農(nóng)村灰水處理的主流工藝。當灰水回用方式為農(nóng)田灌溉時，處理設(shè)施出水水質(zhì)僅需滿足《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》（GB 5084—2021）的要求，無需深度處理，適合采用生態(tài)處理系統(tǒng)。人工濕地（CW）、生態(tài)濾池和土地滲濾是常用的灰水生態(tài)處理系統(tǒng)，其中以CW應(yīng)用最為廣泛。

CW可通過土壤和濾料的吸附過濾、微生物的代謝以及濕地植物的吸收作用去除灰水中的懸浮物、有機物、氮、磷等污染物，分為表面流CW、水平潛流CW及垂直流CW，其中垂直流CW對污染物的綜合去除效果較好。因大部分CW為露天運行，其在北方地區(qū)的冬季容易凍結(jié)，導(dǎo)致處理效果下降，因此冬季嚴寒地區(qū)不適合采用CW等生態(tài)工藝作為核心灰水處理工藝。

（3）物化處理系統(tǒng)。農(nóng)村灰水物化處理系統(tǒng)可分為物理過濾系統(tǒng)、混凝過濾系統(tǒng)、電絮凝系統(tǒng)、膜分離系統(tǒng)及高級氧化系統(tǒng)等。物理過濾系統(tǒng)在實際工程中應(yīng)用較多，其他物化處理系統(tǒng)因建設(shè)成本和運維費用高，實際應(yīng)用少。

物理過濾系統(tǒng)主要以石英砂、碎石、活性炭等作為過濾介質(zhì)，通過濾料的物理過濾作用及活性炭等多孔材料的吸附作用攔截灰水中的污染物。物理過濾系統(tǒng)對懸浮物的去除效果良好，但濾料需反沖洗，活性炭需定期更新，一般在單戶或聯(lián)戶灰水處理裝置中應(yīng)用較多，在村集中灰水處理工藝中一般不作為主體工藝，而是設(shè)置在生物或生態(tài)處理設(shè)施之后，作為深度處理設(shè)施進一步去除懸浮物，保障消毒工藝的可靠運行。

1.3 回用系統(tǒng)

農(nóng)村灰水回用系統(tǒng)主要分為消毒系統(tǒng)、儲水系統(tǒng)和輸配系統(tǒng)，其中以消毒系統(tǒng)最為關(guān)鍵。

灰水中含有大量致病微生物，因此回用時應(yīng)關(guān)注致病風險。相關(guān)研究證實，CW等常用灰水處理工藝對致病菌的去除效果有限，為實現(xiàn)灰水回用安全應(yīng)消毒處理。消毒系統(tǒng)分為加氯消毒系統(tǒng)、紫外消毒系統(tǒng)和臭氧消毒系統(tǒng)等，其中加氯消毒系統(tǒng)和紫外消毒系統(tǒng)應(yīng)用較多。

加氯消毒系統(tǒng)主要采用次氯酸鹽消毒劑，成本低廉且余氯可持續(xù)保持消毒效果，缺點在于會產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物以及氯元素在農(nóng)業(yè)灌溉時可能對土壤和植物造成不利影響。

紫外消毒不產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物且不會增加灰水鹽分，但不具有持續(xù)消毒效果，易造成消毒不徹底。加氯消毒和紫外消毒對進水的懸浮物濃度和濁度要求較高，需在消毒前降低進水的懸浮物濃度和濁度，才能實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的消毒效果。

2 優(yōu)化建議

農(nóng)村灰水收集-處理-回用系統(tǒng)的技術(shù)類型多樣，應(yīng)結(jié)合當?shù)靥攸c與需求，科學(xué)設(shè)計、規(guī)范建設(shè)并保障運維效果，從技術(shù)、管理和制度層面科學(xué)推進農(nóng)村灰水的資源化利用，如圖2所示。

2.1 技術(shù)層面

在有條件的地區(qū)優(yōu)先推行管道排水，條件尚不充分的地區(qū)推行管渠結(jié)合的排水系統(tǒng)，利用管道衛(wèi)生條件較好和溝渠成本低廉的優(yōu)勢，提高灰水收集系統(tǒng)的經(jīng)濟可行性。

合理優(yōu)化灰水管徑，優(yōu)先采用小管徑排水系統(tǒng)（干管管徑<200 mm的重力流排水管道系統(tǒng)），其成本低廉、開挖道路面積小，適合現(xiàn)行條件下的農(nóng)村灰水收集，且在優(yōu)化管道運維和削減處理設(shè)施污染負荷方面有積極意義。

因地制宜，合理集成生物、生態(tài)和物化處理工藝，避免盲目追求MBR等先進處理工藝，造成資金浪費。避免在冬季嚴寒地區(qū)使用生態(tài)處理工藝為主的處理系統(tǒng)，集成生物處理和物化處理系統(tǒng)保障冬季的灰水處理效果。

在條件允許的地區(qū)利用風能和太陽能等清潔能源為灰水處理設(shè)施供能，降低運行能耗和費用?；宜赜霉喔葧r進行低劑量加氯或紫外消毒處理，隨后采用滴灌等非噴灑型輸配系統(tǒng)，避免形成微生物氣溶膠。再生水灌溉可能造成土壤鹽分的累積，消毒時應(yīng)控制含氯消毒劑的用量。灰水回用于沖洗和景觀時，在生物/生態(tài)處理后采用砂濾+加氯消毒方式進行消毒，保證儲水和輸配水系統(tǒng)中含有適宜濃度的余氯。

2.2 管理層面

關(guān)注灰水收集和回用系統(tǒng)的維護，定期巡視灰水管道和溝渠，及時排查檢修淤積和堵塞問題，強化消毒系統(tǒng)和儲水系統(tǒng)的運行維護，以保證灰水回用安全。建立考核機制、健全考核體系、明確責任到人，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將灰水集中處理及回用系統(tǒng)的運行和水質(zhì)數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)公示，建立公眾監(jiān)督與投訴平臺，鼓勵農(nóng)村居民參與灰水收集-處理-回用系統(tǒng)的運行監(jiān)督。

加強宣傳教育，號召農(nóng)村居民養(yǎng)成良好的排水習(xí)慣，避免大塊異物進入灰水管道，杜絕將黑水接入灰水管道的行為，并引導(dǎo)居民積極采取相應(yīng)防護措施，接觸灰水后勤洗手，降低室外灰水回用的風險。

2.3 制度層面

拓展融資渠道，創(chuàng)新收益模式，采用多種方式鼓勵社會資本參與農(nóng)村灰水系統(tǒng)的建設(shè)和運維。在經(jīng)濟條件允許的地區(qū)對農(nóng)村灰水系統(tǒng)的建設(shè)運維提供專項資金支持。在有條件開展灰水回用的地區(qū)建立灰水回用經(jīng)濟補償機制，對優(yōu)先開展灰水回用的農(nóng)村在財政支持上予以傾斜，定期組織灰水回用優(yōu)秀案例評選并進行推廣。

在推進鄉(xiāng)村振興的過程中，逐步在地方規(guī)劃和各項行動計劃中對灰水回用率提出要求。目前我國尚無針對農(nóng)村灰水收集-處理-回用的技術(shù)標準，各地在灰水系統(tǒng)設(shè)計時缺乏有效參考，應(yīng)推進相關(guān)標準的制定工作。市場上灰水設(shè)備類型多樣，選型困難，應(yīng)推進標準化認證工作，保障設(shè)施質(zhì)量與運行效果，形成規(guī)范化的灰水技術(shù)系統(tǒng)和設(shè)備體系。

3 發(fā)展趨勢

農(nóng)村灰水系統(tǒng)的科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)和工藝應(yīng)用發(fā)展趨勢可總結(jié)為4個方面：

（1）在物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化及調(diào)控方面，研究灰水系統(tǒng)中持久性有機污染物等新興污染物的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，以保障回用安全，同時研究鹽分及氮、磷元素的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律以提升農(nóng)業(yè)灌溉回用效益。

（2）在微生物特征解析及風險控制方面，探明灰水系統(tǒng)是否具有致病微生物的傳播和富集風險，并開發(fā)相應(yīng)的微生物風險控制技術(shù)。

（3）在低溫處理可靠性提升及配套技術(shù)研發(fā)方面，研發(fā)能夠適應(yīng)低溫的灰水處理技術(shù)及設(shè)備，并提出系統(tǒng)低溫運行解決方案。

（4）在管道和溝渠收集系統(tǒng)決策方面，基于我國農(nóng)村復(fù)雜多樣的地理環(huán)境和社會經(jīng)濟現(xiàn)狀，通過全生命周期的效益評估實現(xiàn)灰水收集系統(tǒng)選型的科學(xué)決策。

4 結(jié) 論

（1）農(nóng)村灰水收集系統(tǒng)分為管道系統(tǒng)和溝渠系統(tǒng)，處理系統(tǒng)以RBC、BAF、MBR等生物處理工藝、CW等生態(tài)處理工藝、物理過濾等物化處理工藝為主，回用系統(tǒng)的消毒方式以加氯消毒和紫外消毒應(yīng)用較多。

（2）灰水管道造價過高和處理設(shè)施冬季運行效果差是常見問題。技術(shù)上應(yīng)因地制宜，優(yōu)化灰水收集管道管徑，強化處理與回用技術(shù)集成并推進科學(xué)消毒；管理上應(yīng)強化運維、量化考核并加強宣傳；制度上應(yīng)保障資金、鼓勵回用并制定標準，統(tǒng)籌推進農(nóng)村灰水的資源化利用。

（3）應(yīng)開展新興污染物、鹽分、致病微生物等在灰水系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律和環(huán)境影響研究，研發(fā)能夠適應(yīng)低溫環(huán)境的農(nóng)村灰水處理技術(shù)和設(shè)備，并科學(xué)評估管道系統(tǒng)和溝渠系統(tǒng)的綜合效益。