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探索农村污水治理的中国之路—浅议农村污水治理设施的规划、建设与管理

时间:2018-05-08 09:25

来源:《给水排水》

作者:王洪臣

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目前,我国农村污水治理还未全面展开,农村污水处理率在个位数。污水治理不好,农村卫生状况就无法改善,水污染治理总体目标也难以实现。过去的二十多年,中国城市污水治理循着发达国家的路径快速推进,虽有不足,但成效卓著。早在半个世纪前,发达国家就已完成了城市化进程,没有中国这样的农村。发达国家部分人口分散居住在城郊,污水进行分散治理,但污水分散治理不同于农村污水治理。总体而言,西方没有系统的农村污水治理经验可供借鉴,中国需要基于国情探索自己的农村污水治理之路。

宏观层面,首先需要把握中国农村污水治理的三个特点,也是难点。一是量大,几亿人口分布在200多万个自然村,是个庞大的系统工程。二是地区差异大,各地气候、地貌、文化以及经济状况千差万别,直接间接都会影响到污水治理效果。三是不可能大量投入,每个自然村投入100万元建设费用、每年支出10万元运行费用,全国总建设费用就是2万亿,每年运行费用就是2千亿,这是不现实的。我国需要在把握这三个特点的前提下谨慎展开农村污水治理设施的规划、建设与管理,并不断总结完善,最终探索出一条正确的农村污水治理路径。

1 农村污水治理设施规划

农村污水治理设施规划包括户内收集模式与建设布局两个问题。

1.1 农村污水户内收集模式

户内收集模式与厕所改造紧密相关。第一种是旱厕模式。最初,农村厕所普遍是旱厕,清掏的粪尿直接还田,生活杂排的灰水泼在院内直接渗入地下,污水不出户,也不出村。这一原生态模式持续了千百年,虽然受到一些专家的推崇,但卫生状况差,污染地下水,应该在新农村建设中逐步予以治理。第二种是节水厕所模式。所谓节水厕所,就是在旱厕上设置水冲装置,用少量水将粪尿冲到化粪池,再用抽粪车定期将化粪池存储的粪尿抽取还田。这种模式的关键是控制冲厕用水量,否则化粪池需要做大或抽粪车频繁抽取。采用这种模式,好处是不需要专门建设污水收集处理设施,投资低,有一定的治理效果,但卫生状况仍未根本改善。第三种是卫生厕所模式,采用与城市一样的抽水马桶。这种模式将根本上改变农村的卫生状况,但污水量也大了,化粪池存储容量不足,必须建设污水收集处理设施,同时将灰水一并纳入处理。抽水马桶被公认为人类最伟大发明之一,早在1848年英国议会通过的“公共卫生法令”就规定,凡新建房屋住宅,必须辟有厕所并安装抽水马桶。当今世界上已将抽水马桶普及程度作为卫生状况的重要指标,在新农村建设中,普及抽水马桶、实现卫生改厕,是一个必然的方向。不同的发展状况下可采用不同的模式,但户内实现黑水、黄水、灰水统一收集处理应是最终标准模式。

1.2 农村污水治理设施建设布局

建设布局包括原位、小集中和大集中三种,具体取决于居住密度、村庄规模以及地形地貌等因素。原位是指每户单独建设处理装置,污水就地处理;小集中是将几户、十几户或几十户的污水收集起来,建设处理设施就近处理,每村可能建设多座设施;大集中是将全村污水统一收集进行集中处理。采用哪种布局是个技术经济问题。发达国家城近郊区人口居住密度很低,每户之间相隔几十米,采用原位治理最经济。美国25%的人口居住在城近郊区,约2 000万个家庭采用原位治理方式,全国小集中或集中处理设施只有约10 000座。日本约800万个家庭采用原位治理方式,全国小集中或集中处理设施只有约3 600座。原位治理节约了收集管网的投资,但增加了处理设施的管理难度。我国农村居住集中,户与户之间普遍一墙相隔或相距很近,较易集中收集,没有必要采用原位治理方式。规模较大的村庄,可分成若干片区,每片采用小集中;规模较小的村庄,可直接采用大集中。山区或丘陵地区,当建设收集管网难度较大时,可视情况采用原位治理。

2 农村污水治理设施建设

农村污水治理设施建设包括排水体制、处理工艺选择与排放标准等问题。

2.1 农村排水体制及小口径污水收集

农村地区排水体制应采用分流制。在农村地区,污水量比雨水量小很多,且雨水常采用明渠或盖板暗渠排除,如采用合流制,污水在沟渠内没有流速,雨水沟渠成了停留时间很长的沉淀池,沉下的污泥厌氧发臭。当雨水沟渠建设标准较低时,还将导致污水下渗。另外,农村地区污水收集应采用小口径收集系统。 现在建设的一些农村污水收集管网仍采用城市排水设计规范,管径过大、坡度过小,使污水管道变成了沉淀池。小口径收集系统是一套技术体系,既有措施防止堵塞,又使管径大大降低,在保证收集功能前提下节约了投资。

2.2 农村污水处理工艺选择

农村污水处理工艺选择应遵循三个基本原则。

第一个原则是选择抗冲击负荷能力强的工艺。自然村的日污水量通常在100 m3以下,这么少的水量主要分布在早、中、晚三个高峰时段产生,日变化系数高达5~10。污水量季节变化也很明显,冬季污水量远低于夏季,随着污水量变化,污水浓度变化也很大。水量水质大幅度变化的特点,决定了农村污水治理应首先选择生物法等固着类生物处理工艺,不宜采用活性污泥法等悬浮类工艺。对于活性污泥系统,污水量太小会由于过曝气导致污泥解体,污水量太大则会直接导致污泥冲刷,两种情况都将造成系统崩溃。如果采用大调节池匀和水量水质,则必需设置机械搅拌防止悬浮物沉积,建设及运行费用都将大大增加。

第二个原则是选择运行维护简单的工艺。运行维护简单可定义为“免操作、低维护”,所谓“免操作”就是不需要设专人经常性进行工艺检测或调节,为农村处理站配备足量懂工艺的专业人员,即使在发达地区,目前也不存在普遍可行性,可以设专人定期巡视但无法经常性操作。生物膜法可以实现免操作,传统活性污泥系统则需要经常性基于污泥性能及时调节曝气量、回流比和排泥量等工况参数。日本把生物膜法叫“设施依赖型”工艺,意思是该工艺主要依赖设施运行,把活性污泥法叫“运行依赖型”工艺,意思是该工艺对运行要求较高。所谓“低维护”就是维护量少且维护难度低,如果工艺中采用了鼓风曝气,维护难度就必然加大。曝气头堵塞了,曝气效率降低,充氧量降低,就必须清洗或清理,曝气头破损了,则必须停产更换,无论是清洗还是更换,都是一件很麻烦的事情,都不属于低维护工艺。生物膜法可以“抗冲击、免操作”,可否不设鼓风曝气,进一步满足“低维护”要求呢?事实上,传统的生物滴滤池、生物塔滤池以及生物转盘就是这类工艺,西方国家目前仍有一大批小型污水处理设施采用这些工艺。应该关注的是,这类非鼓风曝气的传统生物膜工艺出水水质较差,技术上存在通过结构优化提升水质的潜力。尚川水务对传统生物滴滤池的优化,桑德环境对传统生物转盘的优化,都大大提升了水质,取得了较好的效果。

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编辑:汪茵

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