農村水污染不僅嚴重影響和制約了農業的發展,農民的增收和農村的現代化進程,而且對廣大農村地區的人居環境,經濟與社會的發展都產生了較大的消極影響,已經成為新農村建設的重要制約因素。
我國有19000多個建制鎮,60多萬個行政村,250多萬個自然村(統稱為村鎮),其污水排放量約占我國生活污水總排放量的55%。村鎮污水來源分散,難於集中,只能通過建設小規模污水處理設施(日處理數噸至數千噸)就近處理。目前,我國村鎮生活污水處理率很低,已成為區域水環境的重要污染源。其主要原因除了經濟發展不平衡、村鎮污水處理設施建設投入較少外,更重要的是現有分散污水處理工藝不符合中國國情,致使已建成的污水處理設施的正常運行率很低。
首先是總量不足, 影響到農村污水治理的整體推進速度。目前,我國農村污水治理的投入主要來源於縣級政府財政,但長期以來我國所實行的城鄉二元發展模式嚴重製約了縣域經濟和社會發展, 縣級公共財力不足, 農村居民支付能力有限且缺乏為污水治理付費的意願, 致使農村污水治理面臨投入不足、投資分散的尷尬局面, 農村污水治理不能得到大面積開展。
其次是資金供給的強度不足。農村污水治理屬於基礎設施建設的範疇, 設施壽命應能達到 30 年以上,由於客觀上受到資金供給總量的限制,主觀上收到決策者的錯誤觀念導向, 我國當前的農村污水治理工程普遍存在片面追求不切實際的低成本的傾向, 部分工程預算資金不能及時到位或被任意截留, 不僅導致大量的半拉子工程和無效建設,同時也使得已投資建成的工程因運行費用不能落實使實施效果大打折扣。
再次是資金供給的可持續性較差。我國當前的農村污水治理投入大多依賴於領導的意志和突發性的環境事件, 缺乏制度性的、可持續性的安排,是制約農村污水治理最主要的結構性問題。這不僅導致所謂的 「重建設、 輕管理」、「重建設、 輕運行」 的現象, 而且也使我國農村污水治理管理能力和技術能力建設不能獲得良性的發展環境。
2016-2021年中國污水治理行業市場需求與投資諮詢報告表明,為了便於維護和降低污水處理廠運營的人力成本,我國城市污水處理廠的規模往往很大(日處理數10萬噸,甚至過百萬噸)。而我國鎮級污水處理廠的日處理規模一般為數百噸至數千噸,一座日處理2000噸的污水廠的運行費用約為100-150萬元/年。經驗表明,如將這類工藝用於村鎮污水處理,由於其運行費用高 、管理維護難度大,我國大部分村鎮將難以承受,會導致採用這類技術建成的村鎮污水處理設施普遍閒置。因此,目前我國村鎮污水處理中大量採用土地生態處理技術,其中以人工濕地應用最廣。
人工濕地 是一種工程方案,利用地下人工介質中棲息的植物、植物根系、微生物,以及填料介質所具有的物理、化學特性,將污水淨化的技術工藝。我國現有的人工濕地污水處理系統以潛流式為主,由於沒有動力曝氣,氧氣在水中的溶解度很低、擴散速率小,主要依靠植物根系泌氧(≤3g/m2濕地),供氧能力很差。國內外大量研究和實踐證明,日處理1噸生活污水需濕地面積10m2以上。以人工濕地應用案例較多的捷克為例,195個人工濕地的平均占地面積為5.1m2/PE(populationequivalent,人口當量)。美國環保署則建議日處理1噸生活污水採用15m2—20m2人工濕地。然而,為了減少用地和降低投資,我國大部分現有人工濕地案例的用地僅為2m2—3m2/噸水•天,有的甚至更少。其後果是這些濕地系統僅可在運行初期短暫正常運行(除非實際污水量很小),大部分系統因為氧氣供應不足、厭氧菌大量繁殖而變成黑臭污水潭。此外,人工濕地對磷的去除效果較差,在低溫條件下不能正常運行甚至失效。
地下滲濾污水處理技術,又稱為化糞池系統(Septictank systems),因其突出的經濟和環境優勢,是北美、澳洲等地污水分散處理的首選技術。然而,由於 設計欠佳、未考慮不同土壤類型差異、缺少維護 等原因,部分地下滲濾系統處理效果較差;同時,由於非飽和帶中缺少碳源,從而抑制了反硝化脫氮,最終導致硝酸鹽滲入地下水,這被認為是正常運行的地下滲濾系統最為普遍的環境危害。此外,傳統地下滲濾技術用地面積很大(>20m²/噸水•天),難以在我國推廣應用。為了減少用地面積,人們採用人工土填料代替原生土壤,使日處理1噸污水的占地面積減少到10—15m²。即使這樣,其占地面積仍然很大,並且還增加了工程建設成本。
穩定塘技術 是由若干自然或人工挖掘的池塘組成,通過菌藻、水生生物等綜合作用而實現污水淨化的目的,其具有 基建投資少、運行費用低、維護簡單、不產生污泥 等優點,但傳統穩定塘 占地面積大、受氣候影響大,出水水質一般也不能達到較嚴的污染物排放標準。
生物接觸氧化法 在我國部分地區應用較多,兼有活性污泥法及生物膜法的特點,該法在池內設置填料,進行淹水曝氣,污水與填料表面的生物膜充分接觸,使污水得到淨化。生物接觸氧化法 占地面積小,但能耗較高、管理維護複雜、對總氮和總磷去除效果較差。
「非爾脫」(FILTER)污水處理系統 源自澳大利亞,是一種「過濾、土地處理與暗管排水相結合的污水處理與再利用系統。其原理類似於種植農作物的垂直流人工濕地,由於以 土壤做濾料,水力停留時間較長,對生活污水的處理效果好,適用於土地資源豐富、可以輪作休耕的地區。該系統 受氣候和作物生長季節限制,水力負荷低、用地面積大,此外還需修建控制排水量的泵站,成本較高。為了克服單一技術的不足,有些採用組合工藝處理農村生活污水。例如生物接觸氧化+人工濕地、厭氧處理+人工濕地等,組合工藝能夠獲得更好的處理效果,但是建設和運行費用往往更高,使其在我國推廣受限。
由於我國土地資源珍貴、經濟欠發達(村鎮的經濟承受能力更小)、缺少小規模污水處理設施的運行保障機制、氣候條件的地域性和季節性變化大,上述技術均不能滿足國情要求,在我國適用性差。因此,亟需研發和推廣 占地面積小、投資小、運行費用低、管理維護簡便、處理效果好的小規模污水處理技術。
隨著農村生活水平的提高,農戶水沖式廁所和生活洗滌用水大量增加,不少村莊的污水因為沒有收集處理設施只能就地排放。隨意流淌的污水中含有氮磷、有機類污染物,不僅污染了農民的居住環境、村容村貌,還破壞了農業、農村的生態環境。
在人類發展進程中,污水處理需求伴隨著城市的誕生而產生,在百年來的發展變革中,污水處理技術對改善人居環境,推動社會發展產生了巨大影響。在新形勢下,面對日益嚴峻的環境污染問題,探索創新改進技術方法是必經之路。
城市發展中,形成了集中式污水處理模式,但污水集中處理強烈依賴於排水收集管網系統,且投資大運行成本高,對於大部分小城鎮和農村地區並不適合,故此分散式處理在農村污水處理中被推崇。不少業內專家指出,農村污水處理要與低碳、循環、增產、生態要求相融合,以分散式處理為基礎;要更新轉變理念,創新建設模式。
2016-2021年中國污水治理行業市場需求與投資諮詢報告表明,就城市與農村來講,因具體情況不同,針對污水處理路線不明、糞尿污水對污水處理設施造成較大負荷、運行成本較高且對人員值守操作存在要求等難題,農村污水處理不能照抄照搬城市集中處理模式,對此,分散式處理在農村污水處理中被推崇。
城市發展中,形成了集中式污水處理模式,但污水集中處理強烈依賴於排水收集管網系統,且投資大運行成本高,對於大部分小城鎮和農村地區並不適合。
我國村莊多且分散,污水排放波動性大、產生源分散,故而不能照搬城市污水集中處理的老套路,為此,不少學者和業內人士反思集中式污水處理這種末端處理在回收污水中資源與能源方面存在的不足,繼而將研發和應用的方向轉向對廢水的就地處理、源頭控制、就地回用,各種分散式處理技術及小型化設備應運而生。
不少業內專家指出,農村污水處理要與低碳、循環、增產、生態要求相融合,以分散式處理為基礎;要更新轉變理念,創新建設模式。
對此,不少環境企業針對我國農村實際情況,設計研發了多項適用於分散式處理的工藝及設備,諸如小編發現微水會嘉賓均有詳細分享的集預處理、二級處理與深度處理於一體的小型污水淨化設備,集就地處理與景觀打造為一體的鄉鎮處理技術等。
200年前,為改善供水沖水馬桶出現,隨即有了管網建設並混合排入下水道,繼而城市污水廠出現,但因受納了黑水和黃水,脫氮除磷提標難度大,大量消耗能源並浪費了農業需要的氮磷等營養物,至今因抽水馬桶、管網系統的改造困難,難以改變現狀。這種複製於已開發國家早期城市化「常規模式」帶來的弊端,引起了業界思考,上世紀90年代歐洲首先開始反思並探索,源分離、生態排水、以資源回收為導向的排污衛生系統等新概念出現。
對於我國的水環境問題,一些專家觀點:
環保部部長陳吉寧的觀點:
「水大規模進入城市之後,以水做介質,不僅是飲用、使用,還把水作為傳輸工具,把污染物帶出去。氮和磷是在農田裡面通過植物把它帶到城市裡面,人排泄之後還有相當一部分進入到環境中。從上百年的歷史看,這是一個非常非常大的問題。」
「我國在解決資源環境問題的同時,必須考慮,不能以高代價的方式來解決自身的資源環境問題,否則的話是不可持續的。我國今天的模式基本上是複製歐洲和美國的方式來解決水的問題、環境的問題等等。問題是,這種模式是不是可持續的?可不可行?能不能解決我們的問題?」
「源分離…這個變革是非常革命性的,這會取代我們30年到50年以後的設施。」
國務院參事,原住建部副部長仇保興指出,城市農村是夫妻,任何東西來自土地、回到土地,這是一種原始形態,儘管時間超過5萬年,中國農耕文明歷史最歷久,但是整個農耕文明對地球沒有多大的變化。新型城鎮化要遵循生態文明的發展規律去探索、去實踐,生態文明是小型的,分散的,分布式的,充滿彈性的,與自然和諧相處的文明。
「世界銀行給我國開出的藥方往往是建立大規模的集中式污水處理廠,用管網把所有的污水輸送到幾十公里外的大型污水處理廠中,再將尾水排入江河湖海。然而事實上,如果每個社區單元都採取污水就地收集、處理、就地回用的做法,城市的污水處理成本就會大大降低。」
故應在我國現有的城市集中處理設施基本建設的基礎上,再採用分散式的循環降解辦法來拾遺補缺,優化系統的整體可靠性。
現今急需解決的問題是發展綠色建築,倡導黑水和灰水分離。
所謂分散式想必大家並不陌生,那麼出現的源分離具體是什麼呢?其是採用在源頭對污水進行分別的方式收集和處理污水,該方式有利於將氮、磷元素進行徹底的回收,同時緩解污水末端處理過程中產生的運輸以及生產化肥產生的能源消耗、污染排放等問題。
北京建築大學郝曉地教授有談及過污水處理最終要回歸原生態,進行糞尿返田;萬若環境董事長張健認為,「如果人的糞尿不再進入下水道,而是返回到田地里,作為生態農業的支撐;糞尿輸送不再進入污水管網,而是就地處理,碳排放將大為降低。」
隨著我國環保壓力加大,鞭策環保工作者在理念和技術上升級,在總結已開發國家治水得失的基礎上尋找更加有效和經濟性的可持續方式。那麼,構建資源型排水系統,採用源分離實現水文循環恢復、能源利用、農業營養物循環,和經濟性;做到農村污水處理過程中的資源和能源回收,以解決農村排水問題,實現美麗鄉村建設;進行一場顛覆性革命,構建低碳微循環和資源回收的水處理模式是大勢所趨。