国外农村黑臭水体处理现状及进展

国外农村黑臭水体处理现状及进展

1.引言：全球视野下的农村黑臭水体挑战

农村黑臭水体，通常指在农村地区，因生活污水、农业面源污染等未经处理直接排放，导致水体缺氧、富营养化，呈现颜色发黑、散发臭味的劣质水体。这类水体不仅破坏了乡村的自然景观，更是病原体滋生的温床，对居民健康构成直接威胁。与城市黑臭水体相比，农村地区的治理面临着污染源分散、管网建设滞后、资金投入有限、专业运维人员缺乏等独特挑战。因此，国外在探索农村黑臭水体治理路径时，尤其注重技术的经济性、稳定性和易维护性。本报告将重点剖析两种主流技术路线——生物膜技术和基于自然的解决方案——在不同区域的应用现状和最新进展。

2. 主流技术路径分析：

生物膜反应器生物膜技术通过为微生物提供附着生长的载体，形成高浓度的生物膜，从而高效降解水中的污染物。其占地面积小、抗冲击负荷能力强、污泥产量少等优点，使其成为农村分散式污水处理的理想选择之一 。

（1） 在发展中地区（以东南亚为例）的应用与探索

在东南亚等发展中国家，农村污水处理系统设计的核心考量是低成本和低维护 。尽管未能提供针对泰国、印尼、越南、柬埔寨或菲律宾农村地区“黑臭水体”治理的已验证生物膜反应器项目报告 (Query for Thailand/Indonesia, Malaysia/Vietnam, Cambodia, Philippines)，但从大量针对农村生活污水或灰水处理的研究中，我们可以窥见其应用潜力与性能表现。污染物去除效率：多项研究表明，各类生物膜反应器对常规污染物具有出色的去除效果。

化学需氧量 (COD)：去除效率普遍较高。例如，侧向回流一体化生物膜反应器的COD去除率可达94% 藻类-细菌生物膜反应器（ABR）在批次研究中对COD的去除率为81.81% ，序批式生物膜反应器（SBBR）对灰水的COD去除率高达94% 。这些数据表明生物膜技术能有效削减水体中的有机物负荷，这是消除黑臭现象的基础。 

氨氮 (NH?-N)：去除效果显著。侧向回流一体化生物膜反应器的氨氮去除率高达98.25% 某些系统也能达到95% 。高效的氨氮去除有助于减轻水体富营养化和异味。 

硫化物 (Sulfide)：作为黑臭水体恶臭的主要来源之一，硫化物的去除至关重要。研究显示，上流式厌氧污泥床（UASB）反应器出水中的硫化物，可在后续的固定膜反应器中被有效氧化为硫酸盐，从而根除恶臭 。这直接证明了生物膜技术在处理恶臭污染物方面的潜力。

运营成本：研究普遍倾向于开发低能耗、低成本的系统。例如，无动力厌氧处理技术（UUAR）几乎无需日常操作费用 。一种专为山区设计的厌氧-好氧生物反应器（AOBR），在无电力地区可依靠重力流运行，吨水电费仅为0.03元；在平原地区，吨水电费也仅为1.5-2元 。这些低成本方案大大提高了技术在经济欠发达农村地区的可行性。

本土化创新：部分研究注重利用本地材料降低成本。例如，有研究使用竹子作为载体 ，柬埔寨一家初创公司甚至开发了基于椰壳的生物滤膜用于污水处理 。这些创新实践体现了技术与当地实际情况相结合的趋势。

（2） 应用挑战

尽管潜力巨大，但在东南亚农村地区的推广仍面临挑战。最主要的问题是缺乏专门针对“黑臭水体”这一复杂对象的、经过长期验证的工程案例和监测报告。现有研究多集中于处理强度较低的生活污水或灰水，而黑臭水体成分更复杂、处理难度更大。此外，菲律宾环境与自然资源部等官方机构的文件中，也未见关于此类项目的记录 (Query for Philippines Department of Environment and Natural Resources documented biofilm reactor projects)。

3. 主流技术路径分析：

基于自然的解决方案 (NBS)

基于自然的解决方案（NBS）利用或模拟自然生态过程来处理水污染，因其成本低、能耗少、维护简单且兼具生态景观功能，在农村水环境治理中备受青睐。人工湿地和生态浮岛是其中的典型代表。

（1） 人工湿地 (Constructed Wetlands, CW)

人工湿地是通过构建基质-植物-微生物复合生态系统来净化污水的技术 。它被认为是低成本、环境友好的生物系统，尤其适合农村地区 。

与厌氧折流反应器 (ABR) 的性能比较：ABR作为一种高效的厌氧预处理技术，常与人工湿地联用，形成所谓的分散式污水处理系统（DEWATS）。

 脱氮性能：ABR本身脱氮能力有限，总氮（TN）去除率通常不高，一项研究显示仅为28.78% 。然而，当ABR作为预处理单元，后接人工湿地时，整个系统的总氮去除率能得到极大提升，可超过75% 。这是因为人工湿地内部存在好氧-缺氧微环境，能通过硝化-反硝化、厌氧氨氧化（ANAMMOX）等多种途径高效脱氮 。 

 脱硫性能：对于黑臭水体中的硫化物，人工湿地同样表现出优势。一项对比研究指出，在处理皮革废水时，人工湿地对硫化物的去除率为51%，高于ABR的41% 。另一项研究也证实，人工湿地在去除硫化物和硫酸盐方面表现出比其他单元操作更高的效率 。这表明，对于以消除恶臭为主要目标的治理工程，人工湿地是比单一厌氧反应器更有效的选择。

热带地区应用：较高的环境温度通常会促进人工湿地和ABR中的微生物活性，从而提升处理效率，这使得这两种技术在热带农村地区具有良好的应用前景 。

（2） 生态浮岛 (Ecological Floating Islands)

生态浮岛技术是在水面上构建漂浮的人工基盘，种植水生或陆生喜水植物，利用植物根系吸收营养盐并为微生物提供附着场所，共同净化水体 。

在发达国家（以欧洲为例）的应用现状：

尽管生态浮岛技术原理清晰，但在本次研究的搜索范围内，未能找到在2020-2025年间，德国、荷兰、丹麦、瑞典、芬兰或挪威等欧洲国家，针对农村黑臭（或富营养化）水体治理应用生态浮岛技术的具体工程案例、验收报告或详细的水质监测数据(Query for Germany/Netherlands, Denmark/Sweden, Finland, Norway)。 这并不意味着这些国家完全没有应用该技术，但至少表明它可能不是主流或被广泛记录的治理方案，或者相关报告未被公开或索引。 然而，从这些国家的常规水质监测活动中可以看出其对水体富营养化问题的高度关注。例如，瑞典的水质监测数据显示，部分湖泊（如Hammarsj?n）处于“富营养化”状态 ，挪威也建有完善的淡水水质监测网络，长期跟踪营养物等指标 。这些完善的监测体系为评估任何治理技术（包括生态浮岛）的效果提供了基础，但具体到浮岛技术的应用报告则存在信息空白。

技术通用性要点：

生态浮岛适用于水体较深、水动力较弱的坑塘型水体 。为达到净化效果，浮岛覆盖面积通常建议在水域面积的5%至40%之间 。植物的选择需兼顾净化能力和景观效果，在气候寒冷的地区还需考虑植物的耐寒性 。

4. 主要挑战与未来发展趋势

（1）面临的共同挑战

*数据与案例缺乏：

本报告的研究过程清晰地揭示了一个核心问题——国外，无论是发达国家还是发展中国家，专门针对“农村黑臭水体”这一概念的、系统性的、公开的治理案例和监测数据都非常有限。国外的研究文献更倾向于使用“富营养化水体”、“高度污染生活污水”或“缺氧水体”等术语。这为跨国比较和经验借鉴带来了一定障碍。

*技术适用性与成本：

尽管生物膜反应器等工程技术效率高，但其初始投资和对专业维护的需求，在许多发展中地区的农村仍然是推广的瓶颈 。而人工湿地等自然解决方案虽然成本较低，却需要相对较大的土地面积，在土地资源紧张的地区受到限制。

*长期运维保障：“重建轻管”是农村环境治理的普遍难题。任何技术方案的成功，最终都依赖于稳定、有效的长期运营和维护机制，而这在许多农村地区恰恰是薄弱环节。

（2） 未来发展趋势

*技术集成与杂合化：单一技术往往难以应对复杂的农村黑臭水体问题。未来趋势是向着多种技术的集成发展，如“ABR+人工湿地”模式 ，或将生物膜技术与人工湿地结合的“强化型湿地” ，以实现优势互补，达到更优的综合处理效果。

*资源化与循环利用：未来的水处理将不再仅仅是“去除污染”，而是转向“资源回收”。例如，处理后的出水用于农业灌溉 ，人工湿地或生态浮岛的植物生物质可被用作肥料或能源。

*智能化与低能耗：随着技术进步，更加节能、智能的系统将得到应用。例如，利用太阳能驱动的智能移动生态浮岛 ，或完全依靠重力流运行的无动力处理系统 ，将极大地降低农村水处理设施的运营门槛。

*对基于自然的解决方案的再认识：随着全球对可持续发展和生态系统服务价值认识的加深，人工湿地、生态浮岛等NBS方案因其多重效益（水质净化、生物多样性保育、景观美化、气候调节等）将受到更多重视。

5. 结论

国外在治理农村黑臭水体方面，已形成以高效生物反应器和基于自然的解决方案为核心的两大技术路线。生物膜反应器在有机物和氨氮去除方面表现优异，且占地紧凑，但在发展中地区的应用需重点关注成本和维护问题。人工湿地在脱氮和脱硫方面优于单一厌氧系统，成本低廉，生态效益显著，但受土地资源限制。生态浮岛作为一种水体原位修复技术，原理上可行，但在欧洲等发达国家的农村地区，其大规模工程应用的公开记录和数据尚不充分。未来的发展方向将更加侧重于技术的因地制宜、多重技术的优化组合、资源循环利用以及智能化、低成本的运营模式。对于任何计划借鉴国外经验的地区而言，关键在于清醒认识到不同技术方案的适用边界和潜在挑战，并结合本地的自然条件、经济水平和社会文化，探索出一条可持续的农村水环境治理之路。