鄉村振興戰略是黨的十九大報告提出的重要戰略, 指出“要像對待生命一樣對待生態環境”。隨著社會的不斷進步, 農村經濟水平迅速發展, 農民生活質量也逐步提高, 然而伴隨而來的農村經濟與環境建設不協調發展導致的問題也日漸凸顯, 其中以水環境汙染問題最為嚴重。因此, 優選農村生活汙水治理適用技術, 優化農村生活汙水治理方式, 全面提高農村水環境質量, 是農村振興戰略的迫切需要, 也是全面建成小康社會的主題。
1 農村生活汙水治理現狀
近些年各級政府採取多種措施, 開展農村環境綜合整治、秀美鄉村建設等工作, 著力治理農村環境“髒、亂、差”現象, 農村環境大有改善。但由於農村經濟條件限制以及居民環境保護意識的缺乏, 且農村生活汙水治理尚處於起步階段, 存在的問題不少, 治理現狀不容樂觀, 主要表現在如下方面:
1.1 汙水收集不徹底
農村生活汙水主要包括衝廁水、洗滌用水、餐廚廢水等。通過新農村建設, 如今部分鄉村已將旱廁改為水沖廁所, 但缺乏完善的汙水收集系統, 汙水收集仍不徹底, 粗放式的排放方式使大部分生活洗滌用水和餐廚廢水以及部分散養禽畜的糞尿直接滲入地下或排入溝渠。由此引發的生活汙水露天徑流和地下滲漏等問題, 不但導致了農村生活環境的惡化, 而且易對地表及地下水造成汙染。
1.2 化糞池防滲漏不規範
目前不論是旱廁還是衛生廁, 汙水直排現象普遍, 特別是修建較早的房屋, 均未建化糞池;新建的房屋雖有化糞池, 但大部分沒有三格設計, 防滲漏效果差, 即使是採用標準的三格式化糞池, 也因為化糞池儲存容量不足, 衝廁時產水量大, 若未有管網收集和汙水處理系統, 也一樣會滲漏或溢出。
1.3 管網設置不合理
部分鄉鎮、村雖然建有汙水管網收集系統, 但普遍存在如下問題:雨汙不分流;沉澱池、檢查井標高及位置設置不規範, 下雨漲水季節出現倒灌現象;管網坡度設計套用城市排水設計標準, 未能因地制宜, 使得管徑過大或坡度過小, 導致汙水無法順利排出, 排水管道變成了儲水池, 管內的汙泥厭氧發酵產生惡臭。
1.4 治理設施不健全
目前農村生活汙水處理設施缺失, 據統計, 全國僅有不到10%的農村建設了汙水處理設施, 而設施正常運行的比例更小, 幾乎大部分的農村生活汙水未經處理, 直接排入水體或滲入地下。有些已建的農村汙水處理系統, 因基建投資大、運行費用較高、專業技術力量不足以及日常維護跟不上等, 處於閒置狀態, 治理效果不理想。比如, 人工溼地因佔地面積大, 為減少佔地設計負荷過高, 運行時間很短就出現堵塞現象;傳統活性汙泥系統則經常需要根據汙泥狀態及時調整工藝參數[2], 一旦無專業技術人員值守, 就容易出現處理不達標現象;移動式一體化MBR膜處理系統因設備運行、膜清洗和更換成本費用較高, 大多數地區難以承受, 導致大部分汙水處理站成了“曬太陽”工程等等。
1.5 工藝設計與排放要求不匹配
很多敏感地帶水質要求比較高的區域, 選擇生態處理, 認為生態處理投資低、運行管理簡單、處理效果好。比如, 國家自然保護區、飲用水源保護地、重點保護的江河流域地帶大多采用人工溼地、氧化塘工藝處理設施, 這實際上是把一個末端處理單元當成了全流程工藝。該類處理工藝只能作為生物處理後的末端深度處理單元, 用來進一步降低氮磷等無機營養指標, 若直接處理生活汙水, 則不能滿足水體汙染物排放標準。因此生態處理在這些重點地段絕不能作為整套汙水處理工藝, 更不能成為農村汙水治理的主流技術[2]。
2 農村生活汙水的主要特點
農村生活汙水成分複雜, 除居民的生活用水外, 還混有高濁度的雨水以及散養畜禽的排洩物等[3], 具有單個處理量小、日變化係數大、可生化性較好、收集難度大等特點。
2.1 單個處理量小
農村居民居住相對分散, 單戶人口數較少, 生活汙水人均排放量較小 (80～100kg/d) 、汙水處理量也不是很大。一個200戶、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 日變化係數大
農村以農村居民為主、工礦企業少, 村民的生活規律相近, 汙水的排放在清晨、中午、傍晚三個時間段水量相對較大, 而夜間的排水量小, 甚至可能斷流。汙水排放具有水量變化幅度大、排水不連續的特點, 日變化係數為3.5～5.0。汙水量季節變化也很明顯, 夏季汙水排放量遠高於冬季。
2.3 可生化性較好
農村用水大部分是居民用水, 除糞尿、洗滌水、餐廚水外, 還有少許畜禽廢水, 基本上沒有化學成分汙染物, 各種汙染物的濃度較低, 汙水可生化性也較強, 含營養物多。
2.4 收集難度大
農村村莊地形複雜, 坡度不一致, 戶與戶之間落差大, 加大了管網收集難度, 有的一個村管網收集需要跨橋、穿洞、泵引。大部分農村地區由於政府財力和家庭支付能力嚴重不足導致缺乏相應的管網建設, 而由政府出資建設的汙水處理設施也常常存在“重建設、輕管理”的現象[3]。由於缺乏長期穩定的資金來源作為運行及維護費用, 汙水處理設施逐漸被停用。汙水處理系統維護管理資金投入不足和專業技術人員的缺乏是造成農村汙水處理設施不能長期穩定、有效運行的重要因素[4]。
3 農村生活汙水處理工藝比較
隨著科學技術的發展, 人工溼地、生物接觸氧化、一體化膜生物反應器 (以下簡稱MBR) 、高負荷地下滲濾複合技術、土壤型高負荷微生物濾床技術等一批生態物化工程技術應運而生, 依據原理主要分為生化、物化、生態和多種組合處理技術。當前有代表性、較為成熟的農村生活汙水處理工藝有以下幾種:
3.1 人工溼地
人工溼地是通過人為設計與建造, 模擬自然溼地的生態環境, 使其形成由基質、水體、微生物、植物組成的複合系統, 利用“植物—微生物—基質”複合生態處理汙水[5], 是一種既傳統又新穎的汙水處理工藝。其優點是建設和運營成本較低, 也可以通過合理設計進一步發揮溼地系統的景觀、生產和儲蓄功能, 使人工溼地成為一個綜合八大功能、具有良好內部循環機制和抵抗外部環境變化能力的穩定可持續的生態系統, 能實現經濟、環境生態和社會三重效益相結合的目標[6]。其缺點是處理能力和效果較差。目前研究的重點和難點在於減少溼地面積, 提高溼地在低溫環境下的運行能力, 增強脫氮效果, 優化溼地基質填料等方面。
3.2 生物接觸氧化
生物接觸氧化也稱為“淹沒式生物濾池”[7], 是由生物膜法衍生而來的一種汙水生物處理法。汙水通過與池內生物膜相接觸, 在附著在生物膜上的微生物的作用下, 發生生化反應, 並使水體得到淨化。
該工藝採用類似於曝氣池曝氣的方法為微生物提供其生存所需要的供氧量, 同時也起到充分混合和攪拌的作用, 並通過在池內投加填料, 促使微生物附著在填料上生長, 因此又稱為接觸曝氣法, 是一種介於活性汙泥法與生物濾池兩者之間的生物處理法。它兼具兩者的優點, 是具有活性汙泥法特點的生物膜法。
3.3 一體化MBR
MBR水處理技術是一種高效汙水處理技術, 其結合了傳統的汙泥法和膜分離技術的優點。通過生物膜的過濾作用, 微生物完全被截留在反應器中, 部分難於降解的大分子有機物也可以被截留, 實現了水力停留時間和汙泥停留時間的徹底分離[8], 使生物反應器內保持較高的汙泥濃度, 具有較強的硝化能力, 提高了汙染物去除效率。
3.4 高負荷地下滲濾複合技術
該生物濾池技術是由碎石、砂土、透水性好的顆粒型填料等組成的生物處理構築物, 通過模仿自然生態系統的原理, 利用生物膜、人工填料和微生物的協同作用實現汙水的淨化, 其中汙水中的可溶性物質主要通過生物膜和微生物的作用去除, 而汙水中的顆粒物則主要通過人工填料截留。目前, 高負荷生物濾池、曝氣生物濾池等各種類型的生物濾池汙水處理技術正被廣泛應用於農村生活汙水治理中[9]。高負荷地下滲濾複合技術是在生物濾池的基礎上增加預處理和末端深度處理系統, 其中的地下溼地與地下滲濾單元是處理系統的核心, 以好氧處理技術為主[10]。汙水首先經過沉澱、厭氧處理, 然後通過埋在地下的散水管散佈到高負荷地下滲濾單元, 具有較強的抗衝擊負荷能力, 出水水質穩定, 其出水水質可達到GB18918—2002規定的一級B排放標準, 但對總氮和總磷的去除效果不明顯, 若終端結合厭氧濾池或人工溼地, 可達到一級A排放標準。
3.5 土壤型高負荷微生物濾床技術
該技術通過微生物地球化學過程, 篩選和培育出高效礦化填料和高效功能微生物, 通過富集培育使功能微生物與礦化填料融為一體, 形成具有超大的陽離子交換容量和微生物親和性的“微生物菌團” (“填料—菌種”複合體) , 同時, 將“微生物菌團”和“生物濾床多床層結構”技術緊密結合, 形成高效的微生物載體單元及好氧、兼氧、厭氧多個床層, 經過同步硝化反硝化過程, 達到深度去除廢水中COD、氨氮等汙染物的效果[11], 其出水水質可達到GB18918—2002規定的一級A排放標準。
該工藝特點在於設施規模可大可小、可分散可集中、可拼裝可擴建, 其設計理念可歸結為“三低一廣一簡單”, “三低一廣一簡單”即投資建設成本低、維護及運行成本低、可輻射面廣、操作簡單易行。同時可結合秀美鄉村建設的要求, 融入生態理念, 將農村生活汙水治理設施與農村秀美環境有機結合, 實現人與自然的和諧共處。
4 農村生活汙水處理工藝選擇原則
農村生活汙水的處理技術種類較多、工藝成熟, 但只有通過對農村汙水排放特點及現狀、農村現有財力和籌資方式等多種因素的綜合考慮, 因地制宜合理選擇汙水處理技術, 才能達到改善和控制農村水環境汙染的目的。農村生活汙水處理工藝選擇應遵循以下四個原則:
4.1 運營維護簡單
農村生活汙水處理並非量越大越難處理, 水量越小意味著水質水量波動越大, 設施規模越小越難以穩定運行。一個日處理上萬噸的汙水處理廠, 每天進水量相對均勻、濃度相對穩定, 一旦穩定運行起來, 慣性很大, 不容易出問題。因此與市政汙水處理廠相比, 日處理量僅為數十噸的農村生活汙水處理站若要穩定運行, 則更需要優選工藝, 不能套用市政汙水處理工藝, 應以方便日後運營維護為主要考量。
4.2 抗衝擊負荷強
農村生活汙水排放主要分佈在早、中、晚三個高峰期, 汙水量和濃度變化大, 決定了農村生活汙水治理應當選擇抗衝擊負荷能力強的工藝, 宜選擇固體材料作為載體, 如人工溼地、生物接觸氧化、一體化MBR膜、高負荷地下滲濾複合技術和土壤型高負荷微生物濾床技術。不宜採用傳統的工業、城市汙水處理的活性汙泥曝氣法工藝。
4.3 技術經濟性好
可生化性較好, 說明適合採用技術經濟性較好的生物法處理, 考慮到農村財力薄弱、收費難、自運維管理缺乏等因素, 可按照“三低一廣一簡單”的設計原則, 選擇投資建設成本低、運行費用低、維護成本低、可輻射面廣、操作簡單易行的處理工藝。不宜採用MBR、超濾、納濾、反滲透等膜處理工藝 (水質標準要求特別高的區域除外) 。
4.4 可分散可集中
農村生活汙水收集難度大, 村與村之間無法集中收集, 甚至一個自然村都很難做到統一收集, 所以, 最好選擇設施規模可大可小、可分散可集中、可拼接可擴建的處理工藝, 這樣既可大量節約管網建設投資, 也不用為了考慮後期人口增長因素超前建設過大的處理設施。
當然, 最後還需因地制宜。對排放要求低、居住特別分散、戶與戶之間高差大、人煙稀少的地段, 可採用原位四格淨化床處理工藝;對排放要求高、水量相對較大的敏感地帶, 除一體化膜處理工藝外, 還可採用“生物+生態”的耦合工藝, 將傳統生化工藝與生態工藝的優勢進行互補, 一方面可以提高汙染物負荷;另一方面可以提高脫氮、除磷效果。
5 對農村生活汙水治理的幾點建議
農村生活汙水的治理要從農村實際出發, 結合當地的自然地理環境、經濟發展水平, 建立健全投資、運行和監督管理制度[15], 應採用經濟、簡易、節能和有效的處理技術, 真正使農村生活汙水治理設施能夠“建得起、用得上、管得好”。
(1) 加強宣傳, 增強農村汙水治理意識
充分利用各種宣傳工具和渠道, 開展多種形式的農村環保知識宣傳教育活動, 使村民充分認識到生活汙水治理的必要性和緊迫性, 提高村民的生態環保意識, 改變“垃圾一埋 (倒) 了之, 汙水一排了之”的老習慣, 把綠色發展理念貫穿於經濟社會發展全過程, 使農村生活汙水治理工作成為全社會的行動自覺, 促進人與自然的和諧相處。
(2) 完善規劃, 因地制宜地選擇汙水治理模式
按照十九大報告提出的“鄉村振興戰略”總要求, 針對農村地形多樣, 村莊規模、汙水量大小不一, 經濟狀況各異等特點, 從實際出發, 堅持因地制宜、分類處置的原則, 依據村落的佈局, 科學制訂、完善農村生活汙水治理計劃, 明確治理目標、時序、措施。在汙水治理技術上, 要積極推廣“三低一廣一簡單”的生活汙水處理模式。目前, 農村用電還不是很穩定, 在建設汙水處理設施時最好要增設太陽能, 既可以節省運營成本, 又能保障汙水處理設施的正常用電。對於新建或改建的農村住房或拆遷安置房, 要配套完善周邊汙水管網和設施, 做到管網雨汙分流, 防止先建後治、建後再改, 紮實推進農村汙水治理工作, 促進農村生態文明建設。
(3) 多措並舉, 加快汙水治理設施建設步伐
農村生活汙水治理是一項系統工程, 需要多措並舉。如拓寬社會融資渠道, 基礎設施投資應從單純依靠財政性資金向多元化投資、融資還貸、多方參與轉變[16], 鼓勵和引導各種社會力量和資金投入農村生活汙水治理。另外, 項目選址多為農用地, 建議國土部門針對農村建設的基礎設施項目適當簡化用地審批程序, 儘量縮短項目審批時限。
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