各国因地制宜治理农村污水 灵活选择处理工艺

2020年02月26日 10:15 来源: 环境与生活杂志 作者: 刘国伟

在2020年开篇之际,《环境与生活》杂志聚焦农村生活污水治理问题,介绍发达国家在农村污水治理中采取的技术、管理手段和标准法规等,以供国内同行参考、借鉴。

中央农村工作领导小组办公室、农业农村部和生态环境部等九部门于2019年7月联合印发了《关于推进农村生活污水治理的指导意见》,该意见按照区片为2020年国内农村生活污水治理制定了目标。在2020年开篇之际,《环境与生活》杂志聚焦农村生活污水治理问题,介绍发达国家在农村污水治理中采取的技术、管理手段和标准法规等,以供国内同行参考、借鉴。

01 日本:用补助推广净化槽安装

东亚国家日本在地理、气候、农业和文化上与我国有颇多共性。日本从明治时代开始,以外国人居住区为中心,冲水厕所开始普及,在西洋文化的影响下,从明治时代后期开始,日本人的住宅里也开始设置水冲厕所。1944 年,日本制定了建筑物用地卫生设施标准,其中首次使用了“污物净化槽”一词。二战后,日本开始推动污物治理工作,1950 年制定了建筑标准法,将全国都道府县各自制定的条例进行统一,制定了污物处理槽的构造标准。1954 年制定了清扫法,将此前的“污物处理槽”更名为“粪便净化槽”,规定了设置的申请方法、维护管理标准。

在二战后快速的城市化进展中,当局多次制定、修改生活污水处理方面的相关法规和标准。1980 年,日本在污水处理方式中,引入了旋转板接触法及接触曝气法的生物膜法。从 1989 年开始,日本道府县/市町村的负担额的 80%由特別地方交付税支付,日本农村污水治理的负担得以大幅减轻,其后的预算额也增加得很快。

2005 年,日本对《净化槽法》进行了修订,明确规定了净化槽的水质技术标准。

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净化槽是用来处理包括粪便污水和其他生活污水的分散型污水处理设施,广泛应用于日本乡村地区。净化槽主要是利用生息在槽里的各种细菌和原生动物等微生物对有机污染物进行生物降解,以达到净化污水的目的。因此,净化槽的结构主要是为了最大限度地发挥微生物的生物降解功能来设计的。此外,净化槽还有固液分离功能,污泥浓缩和储留功能,以及消毒功能。

净化槽的处理能力,处理工艺以及壳体的材料等,可根据建筑物的使用用途、所处理污水的水量和水质、排放水体的环境标准来决定。根据净化槽处理能力的大小,可分为以下三类:

1、小型净化槽:

用于独户住宅的家庭用小型净化槽,以及50人槽(日均污水量10立方米)以下的小规模污水处理设施。其壳体材料一般采用玻璃钢或工业塑料,基本上在工厂批量生产。

2、中型净化槽:

51人槽以上至500人槽(日均污水量 100立方米)以下的中规模污水处理设施。在工厂生产的产品,其壳体一般采用强化塑料FRP,在现场施工的设施一般采用钢筋混凝结构。

3、大型净化槽:

501人槽以上的大规模污水集中处理设施,一般设施采用钢筋混凝结构,在现场施工安装。

为了推进生活污水的治理,日本环境省于1987年创建了“净化槽安装建设事业”制度,由国家补助个人部分净化槽安装费用。在1994 年,又创建了“市町村净化槽建设推进事业”制度,针对市町村实施的净化槽建设事业(设施为市町村所有),由国家补贴部分安装费用的。例如,假设安装家用净化槽(5人槽),其费用为 84万日元(1 元人民币约合16日元),如果由个人依据“净化槽安装建设事业”安装,只需负担50.4 万日元,国家和地方政府的补贴为 33.6 万日元;如果由个人依据“市町村净化槽建设推进事业”安装,只需负担8.4万日元,国家和地方政府的补贴为75.6万日元。这些由国家制定的补助制度,成为推动净化槽在乡村地区普及的重要推手。

02 韩国:湿地治污系统受青睐

上世纪70年代之前的韩国,城乡差别巨大。为改变农村落后面貌,韩国开展了“新农村运动”, 把农村开发建设列为国家发展战略任务。在村庄水环境整治方面,第一阶段的主要任务是进行村庄污水排水系统及处理设施等基础设施的建设。在法律上,韩国制定一系列的法律法规。作为韩国农村污水治理投资的主体,政府根据水环境保护要求,逐步推进该项工作。针对农村所在地的水环境保护重要程度,当局将新建农村排水系统的顺序标准划分为5个等级,将改造已有农村下水道的顺序标准划分为8个等级,并依此制定相应的建设计划。

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在污水处理工艺方面,针对农村污水水质特点和水量,韩国农村地区选择了多样的污水处理工艺,按采用数量多少排序分别为:生物膜法、高效组合工艺、深度处理工艺、SBR法(序批式活性污泥法)、A/O 法(厌氧好氧工艺法)和土地处理工艺,其中生物膜法以及以其为核心的高效组合工艺是韩国农村污水处理工艺中的最常用工艺。

韩国的湿地污水处理系统,造型简易、操作方便、耗能少、维护成本低,很适合农村污水处理。湿地污水处理系统的机理是基于“土地-植物系统”的生态作用。韩国利用湿地处理后的污水再浇灌水稻,可取得较理想的净化效果。常用的湿地植物有香蒲、灯芯草等,去污能力强,对病原体去除效果好。

韩国还把农业环境补贴作为推动农村环境治理的一项重要工作,韩国以价格调控的形式保护农村环境,对环境敏感的部分农村地区采用直接补贴,并计划把直接补贴的比例调到20% 以上。在运维管理方面,当局致力于建立完善的民间专业组织,同时调动群众参与的积极性。韩国在农村污水设施方面也有不少教训:由于设施选择没有因地制宜,专业管理人员配备无法满足需要,韩国的多数日处理规模小于50立方米的污水处理设施,水处理达标率较低。

03 美国:乡村污水处理水平较高

美国城市化的历史长,乡村卫生建设起步早,城乡差别不像中国这样大,而且乡村居民都比较富裕,总的来说乡村污水处理水平较高。据统计,农、林、渔业人口只占美国总人口的约 0.7%,农村很少,分散的小型社区较多。因此,在污水排放要求方面,美国乡村和城市使用相同的排放标准,即达到美国《联邦水污染防治法》规定的经二级处理的出水限值。

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美国分散式污水的立法工作历时较长。美国定义的分散污水处理适用于农村地区或人口低密度发展区和人口少于1万人的小型社区。美国分散住户原先采用化粪池处理污水,并没有受到严格意义的政府管理。1997年,美国环保局(EPA)向国会提交了关于使用分散式污水处理系统的文件,第一次阐述了美国环保局对分散污水处理系统的立场。2001年政府出了导则,要求要有污水排放许可证。2002年发布了《分散污水处理系统手册》,用于指导地方管理分散污水处理。2003年发布了《分散污水处理系统管理指南》,用以引导地方政府和群众在适当的地方安装分散式污水处理系统,并配合管理、维护。

美国的分散式污水处理设施重要性等同于城市污水处理厂,作为永久性的设施来建设,服务了约1/4的美国人口。20世纪80年代,美国政府为生活污水分散系统建立了从州政府、地方政府,到企业、社区和个人的融资体系,保障了建设及运营维护的资金来源。

美国政府还高度重视分散式污水处理系统的运营管理问题,美国国家环保局分别在2003年、2005年发布了《分散式污水处理系统管理指南》《分散式污水处理系统管理手册》,并根据环境敏感程度、公共健康、污水特征、处理复杂程度这四个因素的风险性,建立了五种管理模式。五种运营管理模式适合不同的区域,在运营成本、管理难度、处理效果等方面各有优缺点,且相互补充,为美国乡村污水的治理提供了重要的保障。

04 欧盟:可持续治理手段方兴未艾

英国大力实行农村环境保护补贴措施。英国政府每年应用于农村环境保护的补贴约15亿英镑(一英镑约合9元人民币),且未来有继续增加的趋势。英国政府为了解决农村居住区及水质污染问题制定了《河流盆地计划》,计划规定政府对每公顷土地每年的财政补贴约为 175 英镑。此外,英国政府还规定农民要对其农场附近的植被及河沟进行有计划的保护,养殖场要列出对农场进行环境保护的具体计划书并按照计划书执行,凡遵守上述规定的农民,政府将给予105英镑的补贴。此外,英国政府还对农场在土地使用过程中的氮肥施用量给予不同的补贴标准,如在氮污染严重的区域,对每公顷氮肥用量低于 150公斤的农场将给予65英镑的补贴。

荷兰则是从畜禽养殖环境污染治理入手治理乡村地区污水。在畜禽粪便污染治理方面,荷兰采取了一系列措施,并且自1984 年起限制畜禽养殖户养殖规模继续扩大,采用立法程序把养殖规模限定在每公顷225个畜单位以内,对超过该限制规模的农场主将收取相应的畜禽粪便处置费,把畜禽粪便排量与税费收取挂钩。为了减轻部分农场主的畜禽粪便负担,荷兰政府出资把农场粪便运到周边贫瘠地区,实现土壤的营养均衡。

以蚯蚓生态滤池为代表的可持续绿色治理手段,近年来在法国和英国部分乡村地区得到了发展。该滤池利用蚯蚓吞食有机物的功能,设计出的污水处理技术具有高效去污能力,同时还能降低剩余污泥量。蚯蚓生态滤池处理系统同时集初沉池、曝气池、二沉池、污泥回流设备以及曝气设备等于一体,大幅度简化了污水处理流程。其优势是抗冲击负荷强,运行管理简便,不易堵塞等。

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在技术手段上,德国较为常用的农村污水处理方法是分流式污水处理系统。它在没有接入排水网的偏远农村,建造先进的膜生物反应器,平时把雨水和污水分开收集,然后通过先进的膜生物反应器净化污水。德国乡村普遍使用的另一种分流式污水处理方法是介质复合型人工湿地污水处理系统。该工艺主要将农村生活污水通过管道汇集,流入沉淀池,经过沉淀池的4层筛选之后,再经湿地净化处理,然后达标排放或用于农田灌溉。

实践启示:灵活选择处理工艺

综上所述,在农村污水处理方面,笔者获得如下四方面的启示:

第一,因地制宜选取农村污水处理方式。

从国外发达国家农村污水设施建设运营情况来看,欧洲等部分国家,如意大利由于基础设施比较完善,建立了依托公路网络的农村污水收集处理系统,实现了农村污水的集中处理;而美国、韩国、日本部分农村分散居住,管网不健全,则主要以分散式处理系统为主。我国经济社会总体还处在发展阶段,考虑到建设成本和后期运营维护费用,建议结合不同农村地区人口、用地、水环境等特征,按照因地制宜、经济高效的原则合理选取农村污水处理方式。

第二,健全的法规标准体系不可或缺。

从国外发达国家农村污水设施建设运营情况来看,欧洲等部分国家,如意大利由于基础设施比较完善,建立了依托公路网络的农村污水收集处理系统,实现了农村污水的集中处理;而美国、韩国、日本部分农村分散居住,管网不健全,则主要以分散式处理系统为主。我国经济社会总体还处在发展阶段,考虑到建设成本和后期运营维护费用,建议结合不同农村地区人口、用地、水环境等特征,按照因地制宜、经济高效的原则合理选取农村污水处理方式。

第三,灵活选择处理工艺。

具体到国内,在污水处理工艺选择方面,建议遴选一批低成本污水处理工艺,并由政府主导颁布适合该地区的农村污水处理技术规范,从工艺源头规范污水厂建设。在运维方面,考虑到我国南北地理环境和气候差异较大,建议由地方政府部门有针对性地制定适合本地区实际的污水处理设施运行管理指南,并根据工程规模、工艺复杂性、项目所在地敏感程度等做好设施分类管理。根据上述分类,分级引入志愿者、公益组织、市场化运作公司等负责其运营,具体费用可以由项目所在地基层组织和相关单位市场化谈判确定,政府给予一定的补贴或税收优惠。

第四,用市场化管理的方式实现社会与市场的双赢。

鉴于农村地区厕所建设和管理是农村环境和污水治理中的痛点和难点,而我国目前农村卫生设施改造过程的市场化程度还远远不够。我国可以学习其他国家市场化运作的先进管理方式,如可以采取在公共厕所设施外围进行一定的广告投放,逐步实现“以厕养厕”。另外,由于我国耕地面积广大,对肥料的需求也十分丰富,当地政府可以和一些有机肥公司合作,通过科学卫生的方式,实现废弃物的循环再造,从而把“厕所革命”推向深入。

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