目前,我國農(nóng)村污水治理還未全面展開,農(nóng)村污水處理率在個位數(shù)。污水治理不好,農(nóng)村衛(wèi)生狀況就無法改善,水污染治理總體目標也難以實現(xiàn)。過去的二十多年,中國城市污水治理循著發(fā)達國家的路徑快速推進,雖有不足,但成效卓著。早在半個世紀前,發(fā)達國家就已完成了城市化進程,沒有中國這樣的農(nóng)村。發(fā)達國家部分人口分散居住在城郊,污水進行分散治理,但污水分散治理不同于農(nóng)村污水治理?傮w而言,西方?jīng)]有系統(tǒng)的農(nóng)村污水治理經(jīng)驗可供借鑒,中國需要基于國情探索自己的農(nóng)村污水治理之路。
宏觀層面,首先需要把握中國農(nóng)村污水治理的三個特點,也是難點。一是量大,幾億人口分布在200多萬個自然村,是個龐大的系統(tǒng)工程。二是地區(qū)差異大,各地氣候、地貌、文化以及經(jīng)濟狀況千差萬別,直接間接都會影響到污水治理效果。三是不可能大量投入,每個自然村投入100萬元建設(shè)費用、每年支出10萬元運行費用,全國總建設(shè)費用就是2萬億,每年運行費用就是2千億,這是不現(xiàn)實的。我國需要在把握這三個特點的前提下謹慎展開農(nóng)村污水治理設(shè)施的規(guī)劃、建設(shè)與管理,并不斷總結(jié)完善,最終探索出一條正確的農(nóng)村污水治理路徑。
1 農(nóng)村污水治理設(shè)施規(guī)劃
農(nóng)村污水治理設(shè)施規(guī)劃包括戶內(nèi)收集模式與建設(shè)布局兩個問題。
1.1 農(nóng)村污水戶內(nèi)收集模式
戶內(nèi)收集模式與廁所改造緊密相關(guān)。第一種是旱廁模式。最初,農(nóng)村廁所普遍是旱廁,清掏的糞尿直接還田,生活雜排的灰水潑在院內(nèi)直接滲入地下,污水不出戶,也不出村。這一原生態(tài)模式持續(xù)了千百年,雖然受到一些專家的推崇,但衛(wèi)生狀況差,污染地下水,應(yīng)該在新農(nóng)村建設(shè)中逐步予以治理。第二種是節(jié)水廁所模式。所謂節(jié)水廁所,就是在旱廁上設(shè)置水沖裝置,用少量水將糞尿沖到化糞池,再用抽糞車定期將化糞池存儲的糞尿抽取還田。這種模式的關(guān)鍵是控制沖廁用水量,否則化糞池需要做大或抽糞車頻繁抽取。采用這種模式,好處是不需要專門建設(shè)污水收集處理設(shè)施,投資低,有一定的治理效果,但衛(wèi)生狀況仍未根本改善。第三種是衛(wèi)生廁所模式,采用與城市一樣的抽水馬桶。這種模式將根本上改變農(nóng)村的衛(wèi)生狀況,但污水量也大了,化糞池存儲容量不足,必須建設(shè)污水收集處理設(shè)施,同時將灰水一并納入處理。抽水馬桶被公認為人類最偉大發(fā)明之一,早在1848年英國議會通過的“公共衛(wèi)生法令”就規(guī)定,凡新建房屋住宅,必須辟有廁所并安裝抽水馬桶。當(dāng)今世界上已將抽水馬桶普及程度作為衛(wèi)生狀況的重要指標,在新農(nóng)村建設(shè)中,普及抽水馬桶、實現(xiàn)衛(wèi)生改廁,是一個必然的方向。不同的發(fā)展狀況下可采用不同的模式,但戶內(nèi)實現(xiàn)黑水、黃水、灰水統(tǒng)一收集處理應(yīng)是最終標準模式。
1.2 農(nóng)村污水治理設(shè)施建設(shè)布局
建設(shè)布局包括原位、小集中和大集中三種,具體取決于居住密度、村莊規(guī)模以及地形地貌等因素。原位是指每戶單獨建設(shè)處理裝置,污水就地處理;小集中是將幾戶、十幾戶或幾十戶的污水收集起來,建設(shè)處理設(shè)施就近處理,每村可能建設(shè)多座設(shè)施;大集中是將全村污水統(tǒng)一收集進行集中處理。采用哪種布局是個技術(shù)經(jīng)濟問題。發(fā)達國家城近郊區(qū)人口居住密度很低,每戶之間相隔幾十米,采用原位治理最經(jīng)濟。美國25%的人口居住在城近郊區(qū),約2 000萬個家庭采用原位治理方式,全國小集中或集中處理設(shè)施只有約10 000座。日本約800萬個家庭采用原位治理方式,全國小集中或集中處理設(shè)施只有約3 600座。原位治理節(jié)約了收集管網(wǎng)的投資,但增加了處理設(shè)施的管理難度。我國農(nóng)村居住集中,戶與戶之間普遍一墻相隔或相距很近,較易集中收集,沒有必要采用原位治理方式。規(guī)模較大的村莊,可分成若干片區(qū),每片采用小集中;規(guī)模較小的村莊,可直接采用大集中。山區(qū)或丘陵地區(qū),當(dāng)建設(shè)收集管網(wǎng)難度較大時,可視情況采用原位治理。
2 農(nóng)村污水治理設(shè)施建設(shè)
農(nóng)村污水治理設(shè)施建設(shè)包括排水體制、處理工藝選擇與排放標準等問題。
2.1 農(nóng)村排水體制及小口徑污水收集
農(nóng)村地區(qū)排水體制應(yīng)采用分流制。在農(nóng)村地區(qū),污水量比雨水量小很多,且雨水常采用明渠或蓋板暗渠排除,如采用合流制,污水在溝渠內(nèi)沒有流速,雨水溝渠成了停留時間很長的沉淀池,沉下的污泥厭氧發(fā)臭。當(dāng)雨水溝渠建設(shè)標準較低時,還將導(dǎo)致污水下滲。另外,農(nóng)村地區(qū)污水收集應(yīng)采用小口徑收集系統(tǒng)。 現(xiàn)在建設(shè)的一些農(nóng)村污水收集管網(wǎng)仍采用城市排水設(shè)計規(guī)范,管徑過大、坡度過小,使污水管道變成了沉淀池。小口徑收集系統(tǒng)是一套技術(shù)體系,既有措施防止堵塞,又使管徑大大降低,在保證收集功能前提下節(jié)約了投資。
2.2 農(nóng)村污水處理工藝選擇
農(nóng)村污水處理工藝選擇應(yīng)遵循三個基本原則。
第一個原則是選擇抗沖擊負荷能力強的工藝。自然村的日污水量通常在100 m3以下,這么少的水量主要分布在早、中、晚三個高峰時段產(chǎn)生,日變化系數(shù)高達5~10。污水量季節(jié)變化也很明顯,冬季污水量遠低于夏季,隨著污水量變化,污水濃度變化也很大。水量水質(zhì)大幅度變化的特點,決定了農(nóng)村污水治理應(yīng)首先選擇生物膜法等固著類生物處理工藝,不宜采用活性污泥法等懸浮類工藝。對于活性污泥系統(tǒng),污水量太小會由于過曝氣導(dǎo)致污泥解體,污水量太大則會直接導(dǎo)致污泥沖刷,兩種情況都將造成系統(tǒng)崩潰。如果采用大調(diào)節(jié)池勻和水量水質(zhì),則必需設(shè)置機械攪拌防止懸浮物沉積,建設(shè)及運行費用都將大大增加。
第二個原則是選擇運行維護簡單的工藝。運行維護簡單可定義為“免操作、低維護”,所謂“免操作”就是不需要設(shè)專人經(jīng)常性進行工藝檢測或調(diào)節(jié),為農(nóng)村處理站配備足量懂工藝的專業(yè)人員,即使在發(fā)達地區(qū),目前也不存在普遍可行性,可以設(shè)專人定期巡視但無法經(jīng)常性操作。生物膜法可以實現(xiàn)免操作,傳統(tǒng)活性污泥系統(tǒng)則需要經(jīng)常性基于污泥性能及時調(diào)節(jié)曝氣量、回流比和排泥量等工況參數(shù)。日本把生物膜法叫“設(shè)施依賴型”工藝,意思是該工藝主要依賴設(shè)施運行,把活性污泥法叫“運行依賴型”工藝,意思是該工藝對運行要求較高。所謂“低維護”就是維護量少且維護難度低,如果工藝中采用了鼓風(fēng)曝氣,維護難度就必然加大。曝氣頭堵塞了,曝氣效率降低,充氧量降低,就必須清洗或清理,曝氣頭破損了,則必須停產(chǎn)更換,無論是清洗還是更換,都是一件很麻煩的事情,都不屬于低維護工藝。生物膜法可以“抗沖擊、免操作”,可否不設(shè)鼓風(fēng)曝氣,進一步滿足“低維護”要求呢?事實上,傳統(tǒng)的生物滴濾池、生物塔濾池以及生物轉(zhuǎn)盤就是這類工藝,西方國家目前仍有一大批小型污水處理設(shè)施采用這些工藝。應(yīng)該關(guān)注的是,這類非鼓風(fēng)曝氣的傳統(tǒng)生物膜工藝出水水質(zhì)較差,技術(shù)上存在通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化提升水質(zhì)的潛力。尚川水務(wù)對傳統(tǒng)生物滴濾池的優(yōu)化,桑德環(huán)境對傳統(tǒng)生物轉(zhuǎn)盤的優(yōu)化,都大大提升了水質(zhì),取得了較好的效果。