在农村污水处理市场大火的背后,我们也看到目前农村污水处理已经迫于眉睫。“我国250万个自然村,6.7亿农村人口,处理率不到10%,大量农村生活污水未经处理直接排放,严重影响当地的饮用水安全和水生态环境。”在“2017(第三届)环境施治论坛”现场,中国人民大学环境学院副院长、中国人民大学低碳水环境技术研究中心主任王洪臣指出,农村生活污水已成为重要的污染源之一。在美国,乡村地区生活污水是目前第三大地下水污染源。他表示,如果农村污水处理没有做好,要把中国的水环境治理好是不可能的。
中国人民大学环境学院副院长、中国人民大学低碳水环境技术研究中心主任王洪臣做主题分享
以下根据王洪臣教授现场发言整理,未经本人审阅:
目前,在农村污水处理领域,关于设施规划、建设与管理等方面,行业内还存在截然不同的看法和观点。而看法和观点的不一致,也在一定程度上阻碍了农村污水处理的推进。对这些问题的探讨和分析显得尤为关键。
规划
最合适的排水模式是什么?水冲厕所、黑黄灰水一起收集处理,这是大势所趋
关于农村排水模式,争论非常大。王洪臣提到,第一种模式是“旱厕+灰水直排或下渗。”在我国北方许多地区较为常见的是污水不出户。灰水直接院内泼洒,粪尿(黑水+黄水)直接还田施肥。
第二种模式是“节水型水冲厕所+灰水收集处理”。在经济相对发达地区,普遍推行灰水、黑水分离,资源利用。
第三种模式是“水冲厕所+统一收集处理”。卫生健康,环境友好。这个模式目前争论非常多,是否适合国情?但是不容质疑的是,这是发达国家普遍采取的模式。
第四种模式是“污水源分离”。源分离可以从根本上消除污水末端处理靠自来水稀释、输送、处理污染物,浪费大量水资源并使所含营养物难以回归土地的不可持续性弊端。
那么哪一种模式最适合农村污水处理?王洪臣认为,要根据经济状况,因地制宜。他建议,条件允许的情况下,一定要做水冲厕所、黑黄灰水一起收集处理,这是大势所趋。
规模如何确定?需要综合计算
农村污水处理设施规模如何确定?水量衡算首先要考虑的因素是人,人是污染物产生的主体。其次要考虑管网问题,管网的渗漏或入渗影响都不容忽视,这些影响远比在城市里大。王洪臣指出,污水处理设施进水水量=原生污水量(用户排水)+管网入渗量-管网溢流量。
在农村污水处理中,要高度关注常住人口、流动人口、尤其是流动规律等情况进行全面了解。下图为不同地区的用水规模:
据普查资料显示,北、上、广是人口流动的聚集地。全国的流动人口主要是农村剩余劳动力,迁入地主要是城镇;东部人口流入多而流出少,中部恰恰相反。
王洪臣总结认为,农村污水处理规模的确定,应依据,常驻人口数量、流动人口及流动规律、排水系数、地下水入渗以及污水渗漏,综合计算,不要拍脑袋。
分散还是集中?要做技术经济比较
目前,做农村污水处理,行业内有的提倡分散式,即家家户户各上一套设备。有的提倡综合收集后统一处理。针对这些争议,西方已经做了大量的比较研究。
比如美国经过大量研究总结认为,户与户之间超过50米,易选择分散式。户与户之间小于50米,集中起来更加经济有效。
日本则从行政职权上就把集中和分散分得清清楚楚。比如规定城镇污水处理由国土交通省主管,地方政府负责管理。农村污水处理由农林水产省主管,地方政府负责维护管理。单个住户的净化槽处理,由环境省主管,住户个人负责维护管理。什么时候集中,什么时候分散,日本做了详细的测算(如下图):
王洪臣指出,我国农村普遍以群居为主。这种群居的社会性质,为我国农村污水处理提供了比西方更为优越的条件,可以进行集中处理,这就意味着效益的提升和成本的降低。
但王洪臣还强调,综合西方经验,分散还是集中应做技术经济比较。一般来说,户与户居住分散,或地形复杂不易集中,或处理标准不高,这样的村庄可以分散处理;户与户集中居住,基于经济考虑,或基于处理效果考虑,这样的村庄必须集中处理。中国平原地区几乎所有的村庄都属于后者,应进行集中处理。
建设
农村排水体制的选定。王洪臣指出,针对这个问题,规划部门、建设部门、工程实施部门都在争论,到底是分流制好还是合流制好。分流制顾名思义雨污分开,合流制就是雨污合在一起。工程界普遍认为,在农村,大污水、小雨水,采用合流制;大雨水、小污水,采取分流制。由于农村人口密度低,即使在降水量不大的地区,绝大多数农村仍属于大雨水、小污水,因此,农村地区一般应采用分流制排水体制。雨污分流以后,雨水可通过明沟直接汇水并排放,降低建设成本。如果合流制就要建管道。
王洪臣表示,对于农村地区,合流制是暂时之策,总体上应采用分流体制,建设分流制排水系统。
污水收集系统的选择。这是目前,我们认知相对较薄弱的地方。王洪臣考察过一百多个村的污水处理情况,他指出,这些村基本上都在执行《室外排水设计规范》,规定排水管径不低于300mm。因此,农村污水管网不管是干线还是支线都超过300mm,有的高达600mm。试想,每天几十吨污水在这么大的管网里,还有流速吗?实际上成了沉淀池,时间长了一定堵,一定厌氧产生臭味。这就是许多村庄,越搞污水越臭的原因。针对这些问题,尚川(北京)水务有限公司开发了新型小口径农村污水收集管网系统,获得了专利。要点是按照实际水量计算管径。但考虑到管道小一定会堵,在家家户户的分界点安装固液分离系统,每隔一定距离设置一处检查井以保证管网正常运行。每户出水由支管汇入干管,以一定的坡度导向污水处理设施。有了流量和流速,就不会沉淀,就不会产生异味。王洪臣介绍,这种污水管网系统与传统管网比较,管理简便、防止渗漏、节省投资、降低负荷。
王洪臣总结认为,农村污水收集,强烈推荐采用小口径污水收集系统。在城市排水使用的《室外排水设计规范》,不能简单套用到农村。
排放标准的讨论。这也是争论比较多的话题,不仅地方上争论,在不同程度上部委层面也有争论。随着国家对农村水环境治理的重视,农村污水治理要求也在不断提升,但目前我国农村生活污水处理设施建设还处在起步阶段,并且缺乏统一的农村生活污水排放标准,这使得地方制定标准比较混乱,一些地区制定过于严格,使得治理成本加大,并难以达标;还有一些地区过于宽泛,失去保护环境的作用。
其实,针对农村污水处理,在国际上,也很少有专门的标准文件。在美国,农村生活污水经化粪罐处理后,水质达到美国《联邦水污染防治法》规定的二级水质即可排放。敏感水域周边,农村污水排放需满足TMDL 的要求,实行总量控制。
王洪臣认为,在我国,农村污水治理的标准制定时,要因地制宜,充分结合当地水环境状况、经济情况以及已有的处理技术等,提出合理的按照环境容量对农村地区的分类,运用科学的满足农村现有处理技术的算法确定排放限值,制定适合农村发展的排放标准。
技术边界条件。农村污水处理领域,如何收集、如何建设、如何合理规划,应该是需要重点思考的问题。但目前最大的分歧点却是处理技术的选择。王洪臣指出,任何技术的选择一定与规模高度相关,规模越大的污水处理厂对技术路线的选择争论越小。相反,规模越小的污水处理厂,对技术的争论越大。一个日处理几十万吨的污水处理厂,一旦稳定运行起来,惯性很大,想让它不达标都难。但必须清楚认识到,一个日处理只有几十吨的农村污水处理设施,要实现稳定运行,对工艺是要有严格要求的。
王洪臣认为,农村污水处理技术的选择应该满足三个边界条件:由于农村地区技术、管理力量薄弱,要求处理工艺尽量简单,便于维护管理;水量昼夜变化大,污水排放呈不连续状态,水量变化系数远大于城市,因此要求污水处理工艺需抗水量负荷的冲击;农村污水处理设施往往处理规模较小,导致单位运行能耗较高,产生“建的起,运行不起”的问题,王洪臣指出,按照质量守恒和能量守恒基本原理,人工曝气的好氧处理技术,村级规模的吨水电耗一定超过1度电。王洪臣指出,农村污水处理必须要走创新道路。
王洪臣介绍,在总结了乡镇污水的特点基础上,尚川(北京)水务有限公司依循“因地制宜”的技术路线,在众多的污水处理技术中凝练加工创新技术,构成适合我国乡镇污水处理的“SQAM”四维技术体系。
“SQAM”四维村镇污水处理技术体系
污泥处理处置问题。王洪臣表示,污泥问题一般在大城市比较突出,农村污泥处理问题还不明显。农村污泥的处理方法应考虑污泥处理规模、设施的经济性、维护管理性、地区的选址条件、农业经营状况、农田的需求量等,预测污泥还原农田的发展趋势,进行综合研究后决定。
污水再生利用。农村没有太多的中小企业,完全可以实现全生命周期尺度上的资源循环利用,未来需要把每个农村构建成一个资源循环的小社会。
王洪臣介绍,陕西省大荔县就是污水再生利用的典型案例之一。该县所采取的对策为“一村一涝池”,。将全村的水、垃圾统一处理,把“一村一涝池”变成村的资源循环枢纽中心,实现雨污分流,雨水全部进入全村地势最低处的涝池,并作为水源涵养起来,同时通过污水管网将污水引至建于涝池旁的污水处理站,污水经处理后排入涝池。
管理
目前,我国农村污水处理在监管和运维上还存在突出问题。首先,由于建设部门多,监管部门不明确,容易出 现排水设施后续监管不到位的局面。另外,如果存在农村污水处理设施数量多,地点分散的情况,水务、环保部门对其进行全面运行监管难度较大。其次,运行管理人员大多是村内人员, 缺乏污水处理设施管理的专业知识, 难以胜任污水设施的专业系统维护工作。 同时, 农村自 身存在的管理特点, 也给农村污水处理设施工作带来了较大的影响, 容易导致设施管理不到位、运行效率低, 成本较高等问题。
针对这些问题,王洪臣提出了三点管理模式:村落自我管理模式、专业化社会化管理模式、政府或主管部门统一管理模式。
“任何一个好的规划,任何一个好的建设,如果管理不到位都将功亏一篑。”王洪臣指出,我国有250万个自然村,综合农村污水处理的不同方式,如果通过机制创新吸引户、村、镇都积极参与到污水处理工作中,解决农村污水问题是肯定行不通的。