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王洪臣:怎样破解农村污水治理技术瓶颈?

时间:2016-10-13

(本文根据“第六届中国农村和小城镇水环境治理论坛”演讲资料整理

“十三五”环保大幕已经开启,村镇水环境治理作为环保的重中之重,已引起全社会多方关注,行业发展潜力巨大,市场前景广阔。2016922-23日,由中国国际贸易促进委员会建设行业分会、住建部农村污水处理技术北方研究中心主办,《水工业市场》杂志承办的第六届中国农村和小城镇水环境治理论坛在北京新疆大厦隆重举办。村镇水环境领域众多专家与企业大咖围绕村镇水环境治理产业政策、适用技术、市场焦点等问题精彩“论道”。中国人民大学环境学院副院长王洪臣围绕“中国农村污水治理技术瓶颈及对策”发表了主题演讲,《水工业市场》杂志编辑整理了他的演讲内容,期望提供有益借鉴。


王洪臣 中国人民大学环境学院副院长

中国农村污水处理无法复制西方的污水分散治理技术及经验,需要基于中国国情探索创新。
中国农村污水处理技术需满足三个条件:免运行、低维护;抗水量和水质变化;低能耗。

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。


一、技术瓶颈在哪里?


1、污水分散治理与农村污水处理的关系

污水分散治理指的是小股污水的治理,也就是我们通常看到的高速公路服务站、度假村、远离城区的机构、一些不能接入管网的企业,还有远离市政集中处理设施的居住区(中国农村;西方社区),使用就地原位收集处理的污水处理系统。

西方的农村几十年前就完成了城镇化,在西方语境中现在没有“农村污水处理”这个词,西方叫“乡村地区的污水处理”。西方污水分散治理主要的任务是在社区,但中国有很多农村,中国污水分散治理主要的任务在农村。

在西方,通常是有钱人在社区住。这些社区的市政基础设施的标准和管理的水平比城市还要高。再者,在居住空间上,西方人更加注重私密性,处于散住的状态,户与户之间都有土地,相隔几十米。像美国25%的人不住在城里,住在社区,也就是所谓的乡村地区,但他们不是农民。美国社区的污水处理分以下五类建设管理体制,前四类为集中建设,其余为原位建设。


1)管理实体所有制:适用于高环境敏感度且对出水水质要求严格的地区。与管理实体运行维护制不同的是,管理实体拥有分散处理设施,并且对分散处理设施的规划、管理、运行、维护全面负责。


2)管理实体运行维护制:适用于建有许多分散处理装置的高环境敏感度(饮用水源地)的地区,为了达到水质要求,必须保证频繁而可靠的运行和维护。与运行许可制不同,政府将运行许可证颁发给管理实体而非设施所有者,以保证运行的效果。


3)运行许可制:适用于需要持续保持出水水质的地区,政府将一定期限的运行许可证颁发给设施的所有者,若设施运行情况良好,许可证的年限可以延长。为了达到出水标准,设施的所有者应雇佣专业的维护和运行者。


4)维护合同制:通常用在稍微复杂一些的处理系统,比如需要进行预处理的系统。这种模式下,业主需通过合同雇佣专业的操作人员来完成必要的维护工作。


5)业主自觉制:最低层次的管理,适合用于周围没有饮用水源或地下水埋藏较深的低环境敏感区域、私人拥有和运行的污水处理系统。


和西方不同,中国农村是群居社会,在北方户与户之间只隔一堵墙,在南方户与户之间只隔很短的一段距离,这为我们解决农村污水治理问题降低了难度。从成本方面考虑,农村污水处理设施可以全部集中建设。但中国共有270万个自然村,60万个行政村,粗略估计只建成了5000多座城镇污水处理设施。而美国已全部建设了社区集中处理设施,共13950座,相当于中国13950个村庄的设施数量;日本已建成75%的社区集中处理设施,共3600座, 相当于中国3600 个村庄的设施数量(见图1)。

1 中、美、日农村污水集中处理设施数量比较


2、中国农村的污水处理无法复制西方的污水分散治理技术及经验

通过中西方的比较我们可以得出如下结论:


1)西方污水分散治理主要任务是社区污水治理,而中国主要是农村污水治理。中国城乡接合部的治理任务也比较重,但是比例比较小。


2)西方社区污水治理的主要方式是原位就地治理,中国可以把村庄家家户户的污水集中治理。


3)美国OWTS、日本的净化槽等原位治理技术不适合中国。


4)西方社区污水集中处理数量很少,可采用较高标准的技术,中国农村污水需要集中治理的数量巨大,需要研究适宜的技术。


5)西方社区污水集中处理数量很少,收集管网建设量不大,中国农村污水集中治理需要建设大量的管网,需要研究适宜的管网建设方式。


6)分散社区的市政建设及管理水平高于城市,中国农村建设及管理水平落后。中国农村污水处理无法复制西方的污水分散治理技术及经验,需要基于中国国情探索创新。


二、农村污水处理主流适用技术可能是什么?

1、现有技术


1)生物处理工艺:活性污泥法(传统法、SBR)、生物接触氧化、膜生物反应器、自然曝气生物膜法。


2)生态处理工艺:人工湿地、稳定塘、土地处理、生态河道。


2、西方采用的主流技术


1)美国:以生物接触氧化为主,辅以SBR活性污泥法、传统法活性污泥法。


2)日本:目前以生物接触氧化为主,SBR活性污泥法正在快速增加。


3)德国:以SBR活性污泥法为主,膜生物反应器逐步增加。


我们总结一下,西方国家采用的主流技术无非就是生物接触氧化、SBR和膜生物反应器。这些国家采用以上技术的背景是总体数量不多。我们难以想象中国 270 万个自然村都采用生物接触氧化、SBR活性污泥法或MBR膜生物反应器。如果是这样的话,将需要投资3000-4000亿元人民币,年耗电200-250亿千瓦时。另外,鼓风机、曝气器、填料、滗水器、膜组件……污泥量大,工艺控制,谁来运行维护?如不能正常运营,将造成巨大的社会资源浪费。


3、中国农村污水处理的主流适用技术分析


1)我国农村污水处理特点


① 缺少运行人员

处理规模小、数量多且高度分散,难以为每个站点配备足够的专业运营人员。

由于偏远,设施设备的维护、维修和更新等也会受到较大限制。


② 水量水质变化大

农村规模较小,高峰排水会短时间内对处理设施造成水量水质的冲击。

农村居民生活规律高度一致,农村水量水质时变化较大。


③ 单位能耗较高

农村污水处理设施规模小,加之农村远离电厂,在远距离输配中损失大(约损失1/2),单位电耗高。


2)我国农村污水处理技术需满足的条件


①免运行、低维护

免调节工艺参数、免设备调度、免日常巡检,且不以自控为手段,周期简单巡检,低维护频率。


② 抗水量和水质变化

能够高度适应水量和水质的变化,保证出水水质的稳定。


③ 低能耗

规模小、单耗高、输配电路损失大。目前典型的农村污水生物处理工艺,单位电耗数倍于城市污水处理,全部处理,年耗电达到数百亿度。


3)循环生物滤池技术


循环生物滤池(WRBFR)是由尚川水务自主研发的一款创新型污水分散治理技术(ZL201310007074.3)。该技术仅通过一台泵,耦合了集约和生态两种技术路线的各自优势,自如地应对农村地区复杂的排水情况,保证出水水质的稳定(见表1)。

1 WREF工艺综合量化评价


循环生物滤池技术非常适合我国广大农村地区,已成功应用于多个项目中。


① 北京市通州区管头村污水处理设施建设项目

处理工艺:循环生物滤池(WRBF)

处理规模:110t/d

占地面积:300m2

出水水质:北京市地标村庄B类;

运行电耗:0.5kwh/t


② 湖北省恩施自治州建始县XX村污水处理站建设项目

处理工艺:循环生物滤池(WRBF);

处理规模:36t/d

占地面积:150m2

出水水质:国标一级B

运行电耗:0.5kwh/t


③ 内蒙古准格尔旗XX村生活污水处理项目

处理工艺:循环生物滤池(WRBF)

处理规模:6t/d4t/d

占地面积:30m224m2

出水水质:国标一级B

运行电耗:0.5kwh/t0.75kwh/t


三、家家户户的污水怎么收集?


1、农村排水体制


家家户户的污水如何收集起来?我有两个观点:大污水、小雨水,采用合流制;大雨水、小污水,采用分流制。


1)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。


2)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。


2、农村污水收集管线的管径问题


农村污水量很小,按经济流速计算,管径很小,管子很细,极易堵塞;如果按室外排水设计规范设计,管径太大,流速太小,最终因泥沙沉积而堵塞,且考虑坡降,须增加埋深。


3、一种新型的污水管网系统


我们在湖北省恩施自治州建始县一个村建设了新型的管网系统(见图2)。与传统管网比较,新型管网系统优势非常突出。(1)管理简便:出户接固液分离池,只允许清液流入管网系统;(2)防止渗漏:PE管无缝连接,防止污水渗漏。(3)节省投资:坡降小,埋深浅,工程量小,造价降低;(4)降低负荷:可以大大降低后续预处理设施的负荷。

2 一种新型的污水管网系统


四、其他热点问题


1)排放标准:不可太严格,尤其是TN TP。有的地方对水质水量变化很大的小流量污水要求严格的脱氮除磷,从水处理原理上看,是很荒唐的,无异于皇帝的新衣。


2)一体化设备:为何非要一体化?必要性何在,无形中增加了维护难度。


3)地埋式:相比城市,农村用土没那么紧张,污水处理设备不必非要埋在地下。


4)微动力:城镇污水单位能耗为0.2-0.3/立方米,农村小规模设施的单位能耗一定远高于城镇污水处理。一定不要轻言无动力,不可能天上掉馅饼。湿地、稳定塘勉强算是微动力,也需要用泵。


5)关于生态处理工艺:生态工艺在中国有蔓延之势。但是,生态工艺会是农村污水处理的主流技术吗?根据中国农村现状,生态工艺适合作为其他工艺的有效补充。


责任编辑:网站管理员

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