柴喜林:乡村振兴战略下农村生活污水治理模式优选之思考

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柴喜林（中南大学 江西省万年中南环保产业协同研究院有限公司）

  1、农村生活污水治理现状
  近些年各级政府采取多种措施, 开展农村环境综合整治、秀美乡村建设等工作, 着力治理农村环境“脏、乱、差”现象[1], 农村环境大有改善。但由于农村经济条件限制以及居民环境保护意识的缺乏, 且农村生活污水治理尚处于起步阶段, 存在的问题不少, 治理现状不容乐观, 主要表现在如下方面:
  1.1 污水收集不彻底
  农村生活污水主要包括冲厕水、洗涤用水、餐厨废水等。通过新农村建设, 如今部分乡村已将旱厕改为水冲厕所, 但缺乏完善的污水收集系统, 污水收集仍不彻底, 粗放式的排放方式使大部分生活洗涤用水和餐厨废水以及部分散养禽畜的粪尿直接渗入地下或排入沟渠。由此引发的生活污水露天径流和地下渗漏等问题, 不但导致了农村生活环境的恶化, 而且易对地表及地下水造成污染。
  1.2 化粪池防渗漏不规范
  目前不论是旱厕还是卫生厕, 污水直排现象普遍, 特别是修建较早的房屋, 均未建化粪池;新建的房屋虽有化粪池, 但大部分没有三格设计, 防渗漏效果差, 即使是采用标准的三格式化粪池, 也因为化粪池储存容量不足, 冲厕时产水量大, 若未有管网收集和污水处理系统, 也一样会渗漏或溢出。
  1.3 管网设置不合理
  部分乡镇、村虽然建有污水管网收集系统, 但普遍存在如下问题:雨污不分流;沉淀池、检查井标高及位置设置不规范, 下雨涨水季节出现倒灌现象;管网坡度设计套用城市排水设计标准, 未能因地制宜, 使得管径过大或坡度过小, 导致污水无法顺利排出, 排水管道变成了储水池, 管内的污泥厌氧发酵产生恶臭。
  1.4 治理设施不健全
  目前农村生活污水处理设施缺失, 据统计, 全国仅有不到10%的农村建设了污水处理设施, 而设施正常运行的比例更小, 几乎大部分的农村生活污水未经处理, 直接排入水体或渗入地下。有些已建的农村污水处理系统, 因基建投资大、运行费用较高、专业技术力量不足以及日常维护跟不上等, 处于闲置状态, 治理效果不理想。比如, 人工湿地因占地面积大, 为减少占地设计负荷过高, 运行时间很短就出现堵塞现象;传统活性污泥系统则经常需要根据污泥状态及时调整工艺参数[2], 一旦无专业技术人员值守, 就容易出现处理不达标现象;移动式一体化MBR膜处理系统因设备运行、膜清洗和更换成本费用较高, 大多数地区难以承受, 导致大部分污水处理站成了“晒太阳”工程等等。
  1.5 工艺设计与排放要求不匹配
  很多敏感地带水质要求比较高的区域, 选择生态处理, 认为生态处理投资低、运行管理简单、处理效果好。比如, 国家自然保护区、饮用水源保护地、重点保护的江河流域地带大多采用人工湿地、氧化塘工艺处理设施, 这实际上是把一个末端处理单元当成了全流程工艺。该类处理工艺只能作为生物处理后的末端深度处理单元, 用来进一步降低氮磷等无机营养指标, 若直接处理生活污水, 则不能满足水体污染物排放标准。因此生态处理在这些重点地段绝不能作为整套污水处理工艺, 更不能成为农村污水治理的主流技术[2]。
  2、农村生活污水的主要特点
  农村生活污水成分复杂, 除居民的生活用水外, 还混有高浊度的雨水以及散养畜禽的排泄物等[3], 具有单个处理量小、日变化系数大、可生化性较好、收集难度大等特点。
  2.1 单个处理量小
  农村居民居住相对分散, 单户人口数较少, 生活污水人均排放量较小 (80～100kg/d) 、污水处理量也不是很大。一个200户、1000人左右的自然村, 即使全部收集出水量, 也就100t/d左右。
  2.2 日变化系数大
  农村以农村居民为主、工矿企业少, 村民的生活规律相近, 污水的排放在清晨、中午、傍晚三个时间段水量相对较大, 而夜间的排水量小, 甚至可能断流。污水排放具有水量变化幅度大、排水不连续的特点, 日变化系数为3.5～5.0。污水量季节变化也很明显, 夏季污水排放量远高于冬季。
  2.3 可生化性较好
  农村用水大部分是居民用水, 除粪尿、洗涤水、餐厨水外, 还有少许畜禽废水, 基本上没有化学成分污染物, 各种污染物的浓度较低, 污水可生化性也较强, 含营养物多。
  2.4 收集难度大
  农村村庄地形复杂, 坡度不一致, 户与户之间落差大, 加大了管网收集难度, 有的一个村管网收集需要跨桥、穿洞、泵引。大部分农村地区由于政府财力和家庭支付能力严重不足导致缺乏相应的管网建设, 而由政府出资建设的污水处理设施也常常存在“重建设、轻管理”的现象[3]。由于缺乏长期稳定的资金来源作为运行及维护费用, 污水处理设施逐渐被停用。污水处理系统维护管理资金投入不足和专业技术人员的缺乏是造成农村污水处理设施不能长期稳定、有效运行的重要因素[4]。
  3、农村生活污水处理工艺比较
  随着科学技术的发展, 人工湿地、生物接触氧化、一体化膜生物反应器 (以下简称MBR) 、高负荷地下渗滤复合技术、土壤型高负荷微生物滤床技术等一批生态物化工程技术应运而生, 依据原理主要分为生化、物化、生态和多种组合处理技术。当前有代表性、较为成熟的农村生活污水处理工艺有以下几种:
  3.1 人工湿地
  人工湿地是通过人为设计与建造, 模拟自然湿地的生态环境, 使其形成由基质、水体、微生物、植物组成的复合系统, 利用“植物—微生物—基质”复合生态处理污水[5], 是一种既传统又新颖的污水处理工艺。其优点是建设和运营成本较低, 也可以通过合理设计进一步发挥湿地系统的景观、生产和储蓄功能, 使人工湿地成为一个综合八大功能、具有良好内部循环机制和抵抗外部环境变化能力的稳定可持续的生态系统, 能实现经济、环境生态和社会三重效益相结合的目标[6]。其缺点是处理能力和效果较差。目前研究的重点和难点在于减少湿地面积, 提高湿地在低温环境下的运行能力, 增强脱氮效果, 优化湿地基质填料等方面。
  3.2 生物接触氧化
  生物接触氧化也称为“淹没式生物滤池”[7], 是由生物膜法衍生而来的一种污水生物处理法。污水通过与池内生物膜相接触, 在附着在生物膜上的微生物的作用下, 发生生化反应, 并使水体得到净化。
  该工艺采用类似于曝气池曝气的方法为微生物提供其生存所需要的供氧量, 同时也起到充分混合和搅拌的作用, 并通过在池内投加填料, 促使微生物附着在填料上生长, 因此又称为接触曝气法, 是一种介于活性污泥法与生物滤池两者之间的生物处理法。它兼具两者的优点, 是具有活性污泥法特点的生物膜法。
  3.3 一体化MBR
  MBR水处理技术是一种高效污水处理技术, 其结合了传统的污泥法和膜分离技术的优点。通过生物膜的过滤作用, 微生物完全被截留在反应器中, 部分难于降解的大分子有机物也可以被截留, 实现了水力停留时间和污泥停留时间的彻底分离[8], 使生物反应器内保持较高的污泥浓度, 具有较强的硝化能力, 提高了污染物去除效率。
  3.4 高负荷地下渗滤复合技术
  该生物滤池技术是由碎石、砂土、透水性好的颗粒型填料等组成的生物处理构筑物, 通过模仿自然生态系统的原理, 利用生物膜、人工填料和微生物的协同作用实现污水的净化, 其中污水中的可溶性物质主要通过生物膜和微生物的作用去除, 而污水中的颗粒物则主要通过人工填料截留。目前, 高负荷生物滤池、曝气生物滤池等各种类型的生物滤池污水处理技术正被广泛应用于农村生活污水治理中[9]。高负荷地下渗滤复合技术是在生物滤池的基础上增加预处理和末端深度处理系统, 其中的地下湿地与地下渗滤单元是处理系统的核心, 以好氧处理技术为主[10]。污水首先经过沉淀、厌氧处理, 然后通过埋在地下的散水管散布到高负荷地下渗滤单元, 具有较强的抗冲击负荷能力, 出水水质稳定, 其出水水质可达到GB18918—2002规定的一级B排放标准, 但对总氮和总磷的去除效果不明显, 若终端结合厌氧滤池或人工湿地, 可达到一级A排放标准。
  3.5 土壤型高负荷微生物滤床技术
  该技术通过微生物地球化学过程, 筛选和培育出高效矿化填料和高效功能微生物, 通过富集培育使功能微生物与矿化填料融为一体, 形成具有超大的阳离子交换容量和微生物亲和性的“微生物菌团” (“填料—菌种”复合体) , 同时, 将“微生物菌团”和“生物滤床多床层结构”技术紧密结合, 形成高效的微生物载体单元及好氧、兼氧、厌氧多个床层, 经过同步硝化反硝化过程, 达到深度去除废水中COD、氨氮等污染物的效果[11], 其出水水质可达到GB18918—2002规定的一级A排放标准。
  该工艺特点在于设施规模可大可小、可分散可集中、可拼装可扩建, 其设计理念可归结为“三低一广一简单”, “三低一广一简单”即投资建设成本低、维护及运行成本低、可辐射面广、操作简单易行。同时可结合秀美乡村建设的要求, 融入生态理念, 将农村生活污水治理设施与农村秀美环境有机结合, 实现人与自然的和谐共处。
  4、农村生活污水处理工艺选择原则
  农村生活污水的处理技术种类较多、工艺成熟, 但只有通过对农村污水排放特点及现状、农村现有财力和筹资方式等多种因素的综合考虑, 因地制宜合理选择污水处理技术, 才能达到改善和控制农村水环境污染的目的。农村生活污水处理工艺选择应遵循以下四个原则:
  4.1 运营维护简单
  农村生活污水处理并非量越大越难处理, 水量越小意味着水质水量波动越大, 设施规模越小越难以稳定运行。一个日处理上万吨的污水处理厂, 每天进水量相对均匀、浓度相对稳定, 一旦稳定运行起来, 惯性很大, 不容易出问题。因此与市政污水处理厂相比, 日处理量仅为数十吨的农村生活污水处理站若要稳定运行, 则更需要优选工艺, 不能套用市政污水处理工艺, 应以方便日后运营维护为主要考量。
  4.2 抗冲击负荷强
  农村生活污水排放主要分布在早、中、晚三个高峰期, 污水量和浓度变化大, 决定了农村生活污水治理应当选择抗冲击负荷能力强的工艺, 宜选择固体材料作为载体, 如人工湿地、生物接触氧化、一体化MBR膜、高负荷地下渗滤复合技术和土壤型高负荷微生物滤床技术。不宜采用传统的工业、城市污水处理的活性污泥曝气法工艺。
  4.3 技术经济性好
  可生化性较好, 说明适合采用技术经济性较好的生物法处理, 考虑到农村财力薄弱、收费难、自运维管理缺乏等因素, 可按照“三低一广一简单”的设计原则, 选择投资建设成本低、运行费用低、维护成本低、可辐射面广、操作简单易行的处理工艺。不宜采用MBR、超滤、纳滤、反渗透等膜处理工艺 (水质标准要求特别高的区域除外) 。
  4.4 可分散可集中
  农村生活污水收集难度大, 村与村之间无法集中收集, 甚至一个自然村都很难做到统一收集, 所以, 最好选择设施规模可大可小、可分散可集中、可拼接可扩建的处理工艺, 这样既可大量节约管网建设投资, 也不用为了考虑后期人口增长因素超前建设过大的处理设施。
  当然, 最后还需因地制宜。对排放要求低、居住特别分散、户与户之间高差大、人烟稀少的地段, 可采用原位四格净化床处理工艺;对排放要求高、水量相对较大的敏感地带, 除一体化膜处理工艺外, 还可采用“生物+生态”的耦合工艺, 将传统生化工艺与生态工艺的优势进行互补, 一方面可以提高污染物负荷;另一方面可以提高脱氮、除磷效果。
  5、对农村生活污水治理的几点建议
  农村生活污水的治理要从农村实际出发, 结合当地的自然地理环境、经济发展水平, 建立健全投资、运行和监督管理制度[15], 应采用经济、简易、节能和有效的处理技术, 真正使农村生活污水治理设施能够“建得起、用得上、管得好”。
  (1) 加强宣传, 增强农村污水治理意识
  充分利用各种宣传工具和渠道, 开展多种形式的农村环保知识宣传教育活动, 使村民充分认识到生活污水治理的必要性和紧迫性, 提高村民的生态环保意识, 改变“垃圾一埋 (倒) 了之, 污水一排了之”的老习惯, 把绿色发展理念贯穿于经济社会发展全过程, 使农村生活污水治理工作成为全社会的行动自觉, 促进人与自然的和谐相处。
  (2) 完善规划, 因地制宜地选择污水治理模式
  按照十九大报告提出的“乡村振兴战略”总要求, 针对农村地形多样, 村庄规模、污水量大小不一, 经济状况各异等特点, 从实际出发, 坚持因地制宜、分类处置的原则, 依据村落的布局, 科学制订、完善农村生活污水治理计划, 明确治理目标、时序、措施。在污水治理技术上, 要积极推广“三低一广一简单”的生活污水处理模式。目前, 农村用电还不是很稳定, 在建设污水处理设施时最好要增设太阳能, 既可以节省运营成本, 又能保障污水处理设施的正常用电。对于新建或改建的农村住房或拆迁安置房, 要配套完善周边污水管网和设施, 做到管网雨污分流, 防止先建后治、建后再改, 扎实推进农村污水治理工作, 促进农村生态文明建设。
  (3) 多措并举, 加快污水治理设施建设步伐
  农村生活污水治理是一项系统工程, 需要多措并举。如拓宽社会融资渠道, 基础设施投资应从单纯依靠财政性资金向多元化投资、融资还贷、多方参与转变[16], 鼓励和引导各种社会力量和资金投入农村生活污水治理。另外, 项目选址多为农用地, 建议国土部门针对农村建设的基础设施项目适当简化用地审批程序, 尽量缩短项目审批时限。